转录因子CUX1在肿瘤中的双向调控作用*

余莉华 综述，刘北忠 审校

1.重庆医科大学附属永川医院检验科，重庆 402160；2.重庆医科大学附属永川医院中心实验室，重庆 402160；3.重庆医科大学临床检验诊断学教育部重点实验室，重庆 400016

肿瘤是全球范围内威胁人类健康的主要疾病之一，在全球112个国家中，肿瘤是造成人类70岁前死亡的第一或第二大原因[1]。国际癌症机构发布的最新数据显示，2020年全球有1 930万肿瘤新发病例和近1 000万肿瘤死亡病例，预计2040年将达到2 840万例[2]。面对肿瘤的高发病率和高病死率，进一步探索其分子机制十分重要。同源框CUT样蛋白1(CUX1)在细胞增殖、细胞周期调控、细胞分化进程、DNA损伤修复和组织器官发育等方面发挥重要作用，也参与多种肿瘤的发生、发展[3]。有趣的是，CUX1在某些肿瘤中可以作为促癌基因发挥作用，而在另外一些肿瘤中又扮演着肿瘤抑制因子的角色。本文主要从CUX1的结构和蛋白同工型、生物学功能、促癌和抑癌作用等方面进行综述。

1 CUX1的结构和蛋白同工型

CUX1属于转录因子同源结构域CCAAT置换蛋白(CDP)家族的成员，在进化上高度保守[3]。人类CUX1基因定位于第7号染色体7q22.1上，基因长度约340 kb，有至少5个不同的转录本[4]。由于转录起始改变或蛋白酶水解作用，CUX1可以经不同转录本编码或不同蛋白酶水解产生多种蛋白同工型，且不同的同工型表现出不同的DNA结合特性和转录活性[5]。

目前已经公开报道的CUX1蛋白同工型主要有p200(全长型)、p150、p110、p90、p80、p75和p55 CUX1。其中，只有p200、p110和p75 CUX1可以稳定存在于细胞中，并在人体大多数器官和组织细胞表达[6]。p200 CUX1是CUX1基因编码的全长型蛋白分子，约由1 505个氨基酸组成，包含4个高度保守的DNA结构域，即3个CUT重复序列和1个CUT同源域HD(CR1-CR2-CR3-HD)[3]。此外，p200 CUX1的N端和C端分别有1个自抑制域和2个主动抑制域(R1和R2)[5]。由于其自抑制域结构，p200 CUX1只能与含CCAAT序列的DNA启动子发生快速而短暂的结合，并往往作为转录抑制因子发挥作用[6]。p110 CUX1同工型是p200 CUX1被组织蛋白酶或丝氨酸蛋白酶水解的产物，含有CR2、CR3和HD 3种DNA结构域(CR2-CR3-HD)[7]。p75 CUX1同工型是一种独特的剪接变异体，经选择性剪切产生，只包含CR3和HD两种DNA结构域(CR3-HD)[8]。由于N末端自抑制域结构的缺失，p110和p75 CUX1可以与DNA稳定结合，并根据所结合的启动子不同，作为转录激活因子或转录抑制因子发挥作用[5]。

2 CUX1的生物学功能

CUX1是在进化上高度保守的转录因子，在胚胎和神经系统发育、细胞增殖、细胞周期调控、细胞分化进程和DNA损伤修复等方面发挥重要作用。

2.1CUX1在胚胎和神经系统发育中的作用 CUX1在人类胚胎发育时期即可检出，并在大多数器官和组织中表达[9]。研究发现，CUX1基因敲除的小鼠由于肺上皮细胞的分化迟缓，在出生后不久即出现部分死亡，剩余的存活小鼠也表现出生长发育减慢、毛囊缺陷、生育力降低、皮肤发育异常和免疫系统发育不全等特征[10]。相反，过表达CUX1的转基因小鼠则表现为器官肿大和多器官增生[11]。在神经系统发育方面，CUX1可以刺激大脑皮质Ⅱ～Ⅲ层神经元的树突分支和突触形成，影响认知和记忆功能的发育，其等位基因突变和单倍剂量不足可能是导致智力残疾和发育迟缓的直接原因[12]。

2.2CUX1在细胞增殖、细胞周期调控和细胞分化中的作用 作为转录因子，CUX1在细胞增殖、细胞周期调控等进程中参与了大量基因和microRNA的转录调节，例如CUX1可以通过直接调控DNA复制相关基因，使细胞加速进入S期，并通过加强纺锤体组装，控制有丝分裂进程[13]。CUX1与DNA的结合依赖于细胞周期进程的改变而发生动态变化。在G0和G1早期，CUX1与DNA几乎没有结合，而从G1末期开始，CUX1与DNA开始结合并在S期达到高峰[14]。研究发现，细胞周期蛋白A/CDK1和细胞周期蛋白B/CDK1介导的CUX1过度磷酸化可以使CUX1-DNA的结合活性在细胞G2期明显减弱，甚至在细胞分裂时重置为0[15-16]。另外，CUX1在未分化的组织细胞中表达水平相对更高[17]。而动物实验结果显示，CUX1突变的转基因小鼠往往出现肺上皮细胞分化迟缓、毛囊分化不全等特征[18]。在小鼠和人类中，CUX1在长期造血干细胞(LT-HSC)中的表达水平较高，而在短期造血干细胞(ST-HSC)和髓系祖细胞中的表达水平较低，且对维持人造血干细胞(HSC)静止、调节细胞谱系和细胞的正常分化非常重要[19]。这些结果揭示CUX1在细胞增殖、周期和细胞分化进程中的重要作用。

2.3CUX1在DNA损伤修复中的作用 研究发现，CUX1可以直接或间接地参与DNA损伤修复反应。VADNAIS等[20]根据全基因组分析结果，建议将包括ATM和ATR基因在内的18种与DNA损伤修复反应相关的基因作为p110 CUX1的推定靶标；证实CUX1可以直接调控转录这些DNA损伤修复反应相关基因，是电离辐射和(或)紫外线引起DNA损伤后的修复过程所必需的转录因子。除了直接调控转录，CUX1还可以作为辅助因子来促进DNA损伤修复[21]。例如，CUX1可以通过与8-羟基鸟嘌呤DNA糖基化酶1(OGG1)相互作用，直接刺激OGG1和嘌呤/嘧啶(AP)裂解酶的活性，从而增强ROS诱导的DNA损伤修复[22]。CUX1还可以通过刺激DNA聚合酶β和磷酸脱氧核糖(dRP)裂解酶的活性来促进DNA损伤修复进程[23]。

3 CUX1在肿瘤中的双向调控作用

越来越多的证据显示，CUX1在肿瘤发生、发展中发挥着不可替代的作用。有趣的是，CUX1在肿瘤中的调控作用是双向的，可以作为促癌基因或抑癌基因参与肿瘤的发生、发展。

3.1CUX1在肿瘤中的促癌作用 在结直肠癌中，CUX1曾被定义为与人结直肠癌最相关的五大基因之一，可以通过增强细胞迁移和侵袭来促进结直肠癌的发生、发展[24]。在乳腺癌中，CUX1一方面可以与雌激素受体α(ER-α)的启动子直接结合，促进乳腺癌细胞的增殖，并增强细胞对雌二醇和4-羟基他莫昔芬的耐药性；另一方面还可以直接调控Snail和E-cadherin基因转录，加速乳腺癌细胞的迁移和侵袭[6]。在胰腺癌中，高表达的CUX1可以通过对BCL2的上调和肿瘤坏死因子α的下调来抑制细胞凋亡[25]。在肺癌中，p110 CUX1通过上皮-间质转化(EMT)信号通路促进肺癌细胞的侵袭和迁移[26]。另外，在神经胶质瘤中，p200、p110和p75 CUX1均被发现与肿瘤分级和不良预后显著相关。其中，p200 CUX1主要通过JAK-STAT途径调控细胞周期，促进肿瘤细胞的增殖及炎症环境和耐药性的产生；p110 CUX1和p75 CUX1则通过促进EMT加速肿瘤细胞的迁移和侵袭[27]。在胰腺神经内分泌肿瘤中，队列研究结果显示，CUX1表达水平与肿瘤严重程度呈负相关，且与经过治疗患者的生存期较短显著相关[28-29]。机制上，CUX1一方面通过上调半胱氨酸蛋白酶和死亡相关蛋白激酶1(DAPK1)的表达来促进肿瘤进程、增强肿瘤细胞的耐药性[28]，另一方面通过调控基质金属蛋白酶9(MMP9)的生成，来促进肿瘤细胞的增殖和迁移[29]，并通过旁分泌方式刺激内皮细胞并促进肿瘤血管生成[30]。近期的研究还揭示了循环CUX1(circ-CUX1)在神经母细胞瘤中的致癌作用，研究发现，circ-CUX1不仅可以通过与EWS RNA结合蛋白1(EWSR1)结合，增强后者与锌指蛋白的相互作用，进而促进瘤细胞的有氧糖酵解和生长速率，还可以通过靶向miR-16-5p/DMRT2信号级联反应加速肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭[31]。

3.2CUX1在肿瘤中的抑癌作用 尽管已有的一些研究揭示了CUX1在肿瘤进展中的致癌作用，但CUX1在某些肿瘤中也可能发挥肿瘤抑制作用。

来自细胞遗传学的数据显示，包括髓细胞性白血病、肾癌、卵巢癌和子宫平滑肌瘤在内的多种肿瘤的发生与第7号染色体丢失密切相关[32-34]。CUX1基因定位于染色体7q22.1，是第7号染色体发生杂合性丢失(LOH)的靶点[21]。CUX1的杂合性丢失常常表现为单倍剂量不足，即CUX1 mRNA和蛋白表达水平降低[35]。AN等[19]发现，在-7/del(7q)相关的急性髓细胞白血病(AML)患者中，CUX1蛋白表达水平约为对照组的66%；而在小鼠模型中，CUX1单倍剂量不足可以使人源的恶性造血细胞在小鼠体内具有更显著的移植优势和更快的细胞增殖速率，而且更易发生骨髓异常增生并伴三系(髓系、红系、淋巴系)细胞发育不良。

除了杂合性丢失，CUX1失活突变也与肿瘤发生、发展相关。PAPAEMMANUIL等[36]发现，约3%的骨髓增生异常综合征(MDS)患者中存在CUX1失活突变。一项对人类7 651种不同肿瘤的大规模基因组分析研究显示，1%～5%的人类肿瘤中均存在CUX1失活突变[37]。基于小鼠模型的研究发现，CUX1失活突变可以导致无效的红细胞生成，进而发展为MDS；相反，在患病小鼠中，恢复CUX1表达足以逆转该疾病进程[19]。新近研究显示，CUX1缺陷型小鼠在大约1岁时开始发展出类似于人恶性造血系统疾病的体征，如脾大、造血系统发育异常和骨髓单核细胞浸润等[38]。这些研究结果为CUX1作为肿瘤抑制因子提供了证据。

4 小结与展望

CUX1在肿瘤中的重要作用毋庸置疑。CUX1可以发挥促癌和抑癌的双向调控作用，其调控方向可能与发挥作用的不同蛋白同工型及不同的肿瘤组织来源有关。相对于p200 CUX1在不同肿瘤中的不同作用，p110和p75 CUX1同工型的促癌作用似乎更为明确。但是，目前大多数研究并未将不同CUX1蛋白同工型区分开来，因此，进一步深入探讨不同CUX1同工型在肿瘤中的生物学效应和分子调控机制具有重要意义。