Capicua 在肿瘤中的研究进展

薛俊麟，孟庆辉，肖鹏，裴铁民

作者单位：哈尔滨医科大学附属第一医院肛肠外科，黑龙江 哈尔滨150001

恶性肿瘤是严重威胁人类健康和社会发展的疾病。国际癌症研究中心发布的数据显示，2012年全球恶性肿瘤新发病例约1 409 万，死亡约820万［1］，且恶性肿瘤的发病率呈逐年增高的趋势。我国恶性肿瘤中死亡率排名首位的肿瘤为肺癌，其次依次为肝癌、胃癌、食管癌和结直肠癌［2］。肿瘤的防控形势严峻。本研究以Capicua（CIC）为研究对象，探讨CIC 在肿瘤发生过程中的分子机制，这对其相关癌症的诊断和靶向治疗有至关重要的作用。

1 CIC的结构和功能

高迁移率族蛋白（high mobility group-box，HMG-box）因子是细胞内功能多样化的一系列核蛋白。含有HMG-box 串联结构域的蛋白质通常只作为结构因子和染色质因子发挥作用，而不表现出DNA序列特异性。有些含有单个HMG-box的蛋白质，如性别决定基因相关基因（Sex-determining region of Y chromosome Related HMG-box genes，Sox）和 T 细胞因子（TCF）转录因子，能够特异性结合于启动子和增强子中富含 AT 的模体，调控生长发育过程［3］。CIC 属于HMG-box家族的成员之一，在不同物种间高度保守。作为一种转录抑制因子，它与Sox 和TCF 紧密相关，但有别于Sox和TCF的HMG-box，CIC的HMG-box 另有两个保守的模体——C1 和C2，分别位于其C端和中心部分，C1模体与HMG-box的相互作用可使DNA 的结合更加稳定［3］。由促前胸腺激素受体（Torso）和表皮生长因子受体（EGFR）激活的丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路中，C2 模体作为MAPK 的停泊位点，通过与Rolled 相互作用而发挥MAPK 的作用［4］。C2 模体的突变可产生 CIC 衍生物，使Torso 和EGFR 激活的下游信号逃逸，产生类似于Torso和EGFR功能失活的表型［4］。人类CIC编码至少两种蛋白质亚型——CIC-S和CIC-L，它们的分子大小和N 端区域皆有差别。据目前研究可知，CIC 的活性主要与CIC-S 亚型有关，CIC-L 亚型的N端片段包含一个高度保守的延伸的未知功能域，其细胞作用尚不清楚［5］。

受体酪氨酸激酶（Receptor Tyrosine Kinase，RTK）信号通路能调节多种生物学过程，其信号传导能引起各种细胞反应，如增殖、分化、代谢与迁移，RTK信号传导异常则导致多种疾病，尤其在癌症的发生机制中发挥重要作用。CIC 通过特异性识别T（G/C）AATG（A/G）A 序列［6］，抑制RTK 信号传导通路中Torso，EGFR，Ras，Raf，MAPK 等信号传导分子的应答基因表达，从而在组织形成和细胞增殖过程中发挥重要作用，并参与肺泡形成［7］和肝内环境稳定［8］等重要生理过程。当该级联反应下游的MAPK信号处于静止状态时，CIC 组成性表达并抑制其目标基因。一旦MAPK磷酸化，CIC的表达迅速下降，从而诱导PEA3家族基因表达［9］。PEA3家族基因属于E26转录因子（E26 transformation-specific，ETS）家族成员之一，包含 3 个家族成员：ETV1，ETV4 和ETV5，这些转录因子的过度表达与细胞侵袭性和转移性密切相关，因而在肿瘤发生过程中发挥重要作用。据相关文献报道，与基因融合和扩增有关的ETS转录因子ETV1，ETV4和ETV5过表达存在于乳腺癌和前列腺癌中，其中ETV1 与前列腺癌的侵袭性有关，并被确定为黑色素瘤的驱动突变基因［10-12］。正常情况下，CIC 的HMG-box 可结合于编码ETV1，ETV4 和 ETV5 启动子的 DNA 序列上，抑制 PEA3 的表达。EGFR 的激活直接或通过p90核糖体S6蛋白激酶（p90 ribosomal S6 kinase，p90RSK）激活HMG-box邻近区域的Ser173位点，诱导MAPK依赖性CIC磷酸化，促进CIC与14-3-3蛋白的结合，抑制入核蛋白KPNA3定位于CIC的C端核定位序列（nuclear localization sequence，NLS）；同时，CIC 与 14-3-3 蛋白的结合也使CIC与DNA的结合能力减弱［13］。此外，细胞外信号调节激酶（ERK）诱导的磷酸化会降低CIC 的转录抑制活性，促进磷酸化的CIC 从细胞核中输出，最终导致CIC降解［14-15］，该降解方式是通过ERK依赖的泛素E3连接酶复合体Cullin1/SKP1/Archipelago 实现的［16］。值得一提的是，相当一部分RTK 信号的反应元件可与CIC 相结合，因此，RTK信号通路在CIC 的表达过程中扮演着很重要的角色。

2 CIC在癌症中的作用

2.1 CIC 作为转录抑制因子在癌症中的作用转录因子及其转录抑制因子的生物学功能对维持细胞内环境稳态十分重要，在人类的癌症研究中多可见转录因子和转录抑制因子的失调。CIC 对RTK/RAS/MAPK 信号通路下游靶基因的抑制作用表明，它可作为肿瘤抑制基因在肿瘤发生过程中发挥作用。CIC 作为一种转录抑制因子，其基因突变可导致多种人类癌变，如乳腺癌［17］、肺癌［9］、肝细胞癌［18］、胃癌［9］、血管肉瘤［19］、髓母细胞瘤［20］、少突胶质细胞瘤［21］等。

在脑肿瘤中，CIC 突变绝大部分发生于少突胶质瘤，而在星形胶质肿瘤中非常少见［22］。少突胶质瘤的CIC 突变与异柠檬酸脱氢酶（IDH1）和远端上游元件结合蛋白（FUBP1）突变密切相关，这3 个基因在肿瘤发生中具有协同作用。在少突胶质细胞瘤中，CIC突变主要存在于HMG-box和C1结构域附近［3］。这种特征性的突变分布情况提示CIC的基因突变可能与HMG-box 及C1 模体相关，并影响其DNA的结合能力［3］。但在少数复发型少突胶质细胞瘤中并未发现CIC 突变，提示这种突变不是少突胶质瘤存活所必需的前提。

除脑部肿瘤外，CIC 还参与多种肿瘤的发生与发展过程。肝细胞癌中CIC的研究表明，CIC-ETV4-MMP1 轴参与肝细胞癌的演进过程。MMP1 是一种基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinases，MMPs），它可通过降解细胞外基质、活化生长因子、抑制细胞凋亡、诱导血管生成等作用促进肿瘤的发生。肺癌和胃癌中CIC 的研究表明，CIC-ETV4-MMP24 轴增加癌症的侵袭和转移能力［9］。急性T淋巴细胞白血病的研究表明，CIC可能通过CIC-ETV4轴诱导急性T淋巴细胞白血病［23］。

2.2 CIC-DUX4 融合基因在癌症中的作用尤文氏肿瘤家族（Ewing's family tumors，EFTs）是一类发生于儿童和青少年的高度恶性肿瘤，包括尤文肉瘤、Askin 瘤和原始神经外胚层瘤［24］。细胞遗传学认为，绝大部分EFTs的病变是由于5'端22q12位点的尤文肉瘤蛋白（Ewing sarcoma protein，EWS）基因与3'端的ETS 转录因子家族，如FLI1（11q24），ERG（21q22），ETV1（7p22），E1AF（17q12）或FEV（2q33）之间相互融合而成。Kawamura-Saito 等［25］在尤文氏肉瘤病人中发现CIC 与双同源框蛋白4（Double homeobox 4，DUX4）相互融合，产生CIC-DUX4融合体。该融合体中大部分CIC 蛋白质如HMG-box、TLE 蛋白质的结合位点、MAPK 磷酸化位点都被保留。然而，DUX4相当一部分N端区域丢失，如DNA结合的同源结构域等。DUX4 加入于该融合体的C 端后，CIC 的抑制功能转化为反式激活功能，从而导致PEA3 家族基因等靶基因的表达迅速升高。这种反式激活活性可能与p300/CBP有关［26］。CIC-DUX4融合体的C 端结构域可以通过招募p300/CBP 来获得DUX4 的转录激活功能，逆转CIC 的转录抑制能力，上调靶基因的表达，从而显示出强致癌作用。此外，Okimoto 等［27］发现，在未分化的圆形细胞肉瘤中，CIC-DUX4 融合体能直接靶定于细胞周期蛋白E1（cyclin E1，CCNE1）和 ETV4，增加 CCNE1 和ETV4 的表达，从而加强肿瘤细胞的生存和侵袭能力。

此外，CIC 融合体可存在于DUX4 以外的基因。在罕见的小圆形细胞肉瘤病例中可发现CIC与叉头样转录因子O4（FOXO4）的融合［28］；在中枢神经系统的原始神经外胚层瘤中发现CIC-NUTM1融合体［29］。另外，在120例血管肉瘤中，有9例血管肉瘤病人存在 CIC 突变以及 CIC-LEUTX 融合，在 CIC 突变病例中，PEA3 家族基因也被上调［19］。目前尚无相关研究阐明非DUX4 融合是否也改变了CIC 的抑制功能，但 HMG-box 在 CIC-FOXO4 和 CIC-NUTM1 融合体中都被保留，这表明在非DUX4 融合体中可能也存在类似的功能调整蛋白，这些功能调整蛋白可增强CIC的致癌作用［30］。

3 CIC在其他疾病中的作用

CIC 不仅能参与多种肿瘤的发病过程，也参与除肿瘤外的多种疾病。脊髓小脑性共济失调1 型（CSA1）是一种遗传性神经退行性疾病。有研究表明，聚谷氨酰胺扩增型人失调蛋白1（ATXN1）可与CIC 组成一个庞大的复合体，逆转CIC 的转录抑制活性［5］，其可能原因是 CIC 的结合干扰了 ATXN1 的同源二聚化，并重构形成新的聚合物，进而改变了ATXN1-CIC复合体的构象或功能状态［31］。CIC还可调节肝脏炎症反应和胆汁酸稳态，CIC 失调会导致慢性肝性疾病及代谢紊乱［8］。此外，CIC可通过CIC-EVT5轴维持外周免疫系统的稳定并抑制滤泡性辅助T细胞的分化，从而维持自身免疫，CIC缺失会导致小鼠自身免疫性淋巴增生，从而导致自身免疫性疾病［32］。

4 基于CIC的分子靶向治疗及未来方向

RTK/RAS/MAPK 信号通路是分子靶向治疗的常见靶点，但针对该通路的分子靶向治疗药物多可见获得性耐药［33］。CIC作为RTK信号通路的下游修饰因子，可成为一个很好的替代治疗靶点。由于CIC能抑制MAPK下游信号传导，CIC表达量下调可能是靶向治疗中产生耐药机制之一。Bunda等［34］的研究发现，ERK 通路抑制剂PD98059和司美替尼的长期治疗会减少CIC 的信使RNA（mRNA）表达量，这可能是上述药物在胶质母细胞瘤的治疗过程中易产生耐药性的原因。MAPK诱导的CIC磷酸化会导致CIC 丧失转录抑制功能，因此抑制CIC 磷酸化是一个不错的替代治疗方法，比如使用可阻止CIC的C2 模体与p90RSK 相结合的基因类似物。COP9信号复合体亚基1b（CSN1b）以不依赖于MAPK的方式抑制CIC降解，从而发挥CIC的转录抑制作用，因此，利用CSN1b 基因类似物抑制CIC 磷酸化也可能是今后分子靶向治疗方向之一。此外，检测CIC 和ATXN1L的表达量可用来预测酪氨酸激酶抑制剂和丝裂原活化蛋白激酶激酶（MEK）抑制剂治疗效果，指导后续治疗。

综上可知，在正常生理情况下，CIC可作为转录抑制因子参与细胞增殖和组织形成等生长及发育过程。CIC 突变会导致PEA3 家族转录因子、MMPs等转录异常，或通过CIC-DUX4等融合体导致CIC的反式激活，进而影响细胞生长、侵袭、转移等能力。目前仍有许多疑问尚待解决：除了RTK 信号通路外，CIC是否还在其他调控通路中起作用？CIC-L亚型的细胞功能是什么？为何MAPK诱导的CIC磷酸化会减弱CIC的表达？对这些问题的进一步探究将有利于阐明CIC在正常生理状态及疾病状态的不同调控机制，为CIC 相关的癌症的分子靶向治疗提供理论基础。