HOPX在肿瘤中的研究进展

刘春梅，刘义庆，鞠瑛，邱旸，张仁峰

(山东第一医科大学附属省立医院 临床医学检验部，济南 250021)

同源域蛋白同源盒(homeodomain-only protein homeobox， HOPX)于2002年由2个独立的研究小组鉴定出来[1-2]，先后被命名为不在绒毛膜癌克隆中表达1(not expressed in choriocarcinoma clone 1，NECC1)、肺癌相关基因Y(lung cancer-associated gene Y，LAGY)、奇数同源框1蛋白(odd homeobox 1 protein，OB1)和心脏同源结构域(homeodomain，HD)[3-5]。HOPX是含有同源域的蛋白家族中已知相对分子质量最小的成员，在多种组织中广泛表达，参与调节肠黏膜上皮或表皮细胞的增殖和分化。在人类皮肤组织中，HOPX通过调节晚期分化标志物控制表皮形成，在小鼠皮肤中，HOPX被鉴定为存在于休止期基底隆起中的小鼠毛囊干细胞的标志物[6-7]。HOPX(基因库编码为NT022853)最初发现时被认为是一种参与调节心脏生长发育与心力衰竭发生的相关基因[8]，近年来研究认为HOPX是一种新的抑癌基因，并且其甲基化现象在多种类型肿瘤如乳腺癌、鼻咽癌、头颈部鳞状细胞癌、肺癌及结直肠癌等中均有报道[9-13]。本文根据HOPX在肿瘤中的最新研究进展，就其在其中的表达、功能及相关机制作一综述。

1 HOPX的结构

HOPX在小鼠心脏发育时开始表达，并且在胚胎和出生后发育期间的心肌细胞中持续表达。Northern blotting法检测提示，在小鼠胚胎组织和成人心脏、脑、肺、肝脏、肠道和脾脏中检测到1.2 kb的转录物[1]。Shin等[2]克隆小鼠HOPX并鉴定了人类同源物。研究显示，HOPX蛋白具有3个α螺旋，折叠成同源框的“螺旋-转角-螺旋”形态特征，在1号和2号螺旋之间有1个单独的氨基酸插入，因而缺乏DNA结合所需要的某些保守残基，不能与之结合[14]。

人HOPX位于4号染色体(4q11-q12)，由7个外显子组成。仅外显子1、5、6和7完全或部分参与5种mRNA剪接变异体的转录。mRNA变异体1编码91氨基酸组成的蛋白质，命名为a亚型；基因变异体2、3和4均编码由73氨基酸组成的蛋白质b亚型；mRNA变异体5编码112氨基酸组成的蛋白质c亚型，与其他蛋白质亚型相比，显示出高度不同的C末端序列[15-16]。相反，小鼠HOPX位于5号染色体上，包括3个HOPX剪接变异体，均编码相同的73 aa蛋白质(国家生物技术信息中心数据)，人和小鼠的HOPX序列相似，在氨基酸水平上具有92%的一致性[17]。在HOPX3个剪接变异体NM 139212.2、NM 139211.2和NM 032495.4中，只有剪接变异体HOPX-β的启动子含有CpG岛，而HOPX-α和HOPX-γ的转录起始位点附近相同启动子不含任何CpG岛[15]。而且，HOPX-β翻译的蛋白质中含有特定的同源结构域基序，作为衔接蛋白在基因转录中发挥作用[18]。

2 HOPX在肿瘤中的表达与甲基化

HOPX在人类正常组织中广泛表达，在休眠的结肠干细胞、毛囊滤泡细胞中表达水平较高[6-7， 19]，但在包括乳腺、结(直)肠、食管、头颈部、肺、胰腺、胎盘、胃和子宫内膜等不同部位恶性肿瘤中呈不表达或者低表达[3-5，11，15，20-24]。

Ooki等[15]研究发现，在9个胃癌细胞系中，HOPX均沉默表达，此现象可被脱甲基试剂逆转，83.75%(67/80)的原发性胃癌组织(截止值3.55)中可检测到HOPX的甲基化。类似的结果也被Kikuchi等[9]证实，在所有检测的人乳腺癌细胞系中均观察到HOPX的表达下调。7个人乳腺癌细胞系中有6个发生HOPX启动子甲基化，并且脱甲基试剂同样可恢复HOPX的表达，这与表皮生长因子受体2(human epithelial growth factor receptor-2， HER2)的表达以及晚期淋巴结转移(乳腺癌中)显著相关[9]。另外，HOPX也是鼻咽癌组织甲基化基因中甲基化水平最显著的，其在肿瘤组织及细胞系中表达下调，逆转可以抑制鼻咽癌细胞的转移并增强其化疗敏感性，高水平甲基化的患者临床预后较差[10]。同样，HOPX启动子的表观遗传沉默在子宫内膜癌、结直肠癌、甲状腺癌中也被证实，并且甲基化水平的定量评估被建议作为肿瘤侵袭性的标志物[13，23，25-27]。钟玉斌等[27]通过对 140 例非小细胞肺癌肿瘤组织及 20 例正常支气管组织行 HOPX 蛋白表达检测及与临床相关因素分析发现，在肿瘤组织中 HOPX 蛋白表达量较正常支气管组织中表达量显著降低，并且其低表达与患者肿瘤状态(tumot-lymphnode-metastass, TNM)分期等临床病理资料的基本特征存在相关性，故而认为HOPX在NSCLC发生发展中具有抑癌作用，有望成为患者早期诊断及预后判断的新参考指标。Xu等[28]研究发现，肺癌患者血浆游离DNA中也存在甲基化的HOPX。另外，Ooizumi等[29]在人甲状腺癌细胞系中观察到了HOPX的低表达和启动子甲基化。脱甲基试剂可恢复HOPX的表达。特别是在Ⅰ期甲状腺乳头状癌患者中，HOPX启动子甲基化与不良预后显著相关，认为HOPX启动子甲基化独立预测甲状腺乳头状癌患者的疾病复发[29]。虽然Waraya等[21]研究发现，q-PCR和Western blotting结果均显示HOPX在胰腺癌组织中表达增加，免疫组化结果揭示其在朗格汉斯胰岛细胞中优势表达，但肿瘤细胞均未被显色，且启动子高甲基化的肿瘤细胞中HOPX表达水平显著降低。由此可见，在实体肿瘤的进展过程中HOPX启动子甲基化是频繁发生的肿瘤特异性事件，其程度可以作为实体肿瘤预后的独立预测指标。Lin等[30]在非实体瘤的研究中发现，急性髓细胞白血病患者的白血病细胞中HOPX启动子区域几乎未甲基化。这与其在实体瘤中的研究结论尚不一致，其具体机制有待于进一步研究和阐明。

3 HOPX在实体瘤中的作用和机制

研究显示，HOPX作为一种新型的抑癌基因，被认为在肿瘤中发挥重要的调控作用，参与实体肿瘤的发生与发展。

3.1 抑制肿瘤细胞增殖Kikuchi等[9]发现在MDA-MB-231细胞系转染HOPX后，克隆形成明显减少，细胞增殖活性明显受到抑制，且凋亡细胞明显增加，说明HOPX具有抑制肿瘤细胞增殖的作用。HOPX在上皮细胞动态平衡中起着关键作用。Yap等[12]在头颈部鳞状细胞癌中发现，在3种不同的头颈癌亚型中其表达显著下调，包括口腔肿瘤、口咽癌和鼻咽癌。转录组测序技术(RNA-seq)结果显示，HOPX通过调节H376OSCC/HOPX细胞中与细胞增殖、黏附以及调节上皮发育和分化的相关基因的表达调节鳞状上皮细胞胞内稳定性。在乳腺癌MCF细胞系中，HOPX通过抑制细胞进入S期进而抑制细胞增殖，其机制可能是HOPX通过与血清反应因子(serum response factor, SRF)作用以抑制雌二醇诱导的c-fos活性[22]。Ooki等[15]在胃癌GCIY细胞系中转染HOPX后，发现克隆形成及细胞增殖活性显著降低，细胞周期及侵袭能力也会受到影响。Waraya等[21]将HOPX转染胰腺癌细胞系后细胞表现出G1阻滞和亚G1的积累，提示HOPX可以通过多种途径抑制肿瘤细胞的生长增殖。

3.2 抑制肿瘤细胞侵袭Ren等[10]在鼻咽癌研究中观察到，HOPX可以抑制肿瘤细胞发生上皮细胞-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)进而抑制细胞侵袭迁移，其机制可能是HOPX可以与组蛋白去乙酰化酶2结合增强Snail启动子的组蛋白H3K9去乙酰化而使SNAIL转录沉默，后者则可通过与E-box 基序结合，直接抑制ECADHERIN转录，促进上皮间质转化发生，使细胞获得侵袭性和化疗抵抗性。Cheung等[11]采用体内实验证实，敲除HOPX和GATA6后的动物发生肺腺癌多器官转移的概率显著增加。Kovárová等[31]认为HOPX是一种转移相关基因，通过体内外试验发现，HOPX特异性敲除后引起3种转移相关基因(NCAM、FOXG1和ITGA4)的表达模式改变，进而降低v-src转化的转移性肉瘤细胞系PR9692细胞的运动迁移能力。HOPX启动子甲基化导致甲状腺乳头状癌的侵袭性表型，而HOPX表达可抑制体外细胞的增殖和侵袭活性[29]。由此可见，HOPX与肿瘤细胞的增殖侵袭等恶性行为有关，它的甲基化沉默在肿瘤的侵袭转移过程中发挥重要作用。

3.3 诱导肿瘤细胞凋亡Chen等[32]在肺癌中观察到，HOPX除了可以抑制肺癌细胞的增殖、迁移、侵袭，更有趣的是，其过度表达可以通过活化Ras和下游MAPK通路加速细胞衰老，进而下调MDM2(p53的负调控分子)和增强p21(p53的下游靶分子)的表达，说明HOPX可能通过Ras诱导肺癌细胞的衰老而发挥其肿瘤抑制活性。另外，HOPX的过表达抑制非小细胞肺癌细胞活性、生长、增殖、迁移、侵袭和上皮间质转化，诱导细胞凋亡，其机制是HOPX促进Wnt通路的下游β-连环蛋白(β-catenin)、细胞周期蛋白D1和c-Myc的表达，影响Wnt/β-catenin信号通路的转导而发挥其调控作用[33]。在胃癌GCIY细胞系中转染HOPX后，其早期凋亡和晚期凋亡细胞数显著增加[15]。由此可见，HOPX可能通过多重途径引发内在凋亡程序激活，通过促凋亡作用抑制肿瘤的发生、发展。

4 HOPX在非实体瘤中的作用和机制

HOPX除了通过表观遗传方式参与实体瘤的发生发展外，还与非实体瘤相关，但相关研究相对较少。HOPX-/-小鼠的功能验证研究表明，HOPX缺失导致造血干细胞的多能祖细胞亚群(LSKCD150-CD48-)发生特异性功能缺陷，从而影响造血干细胞的固有稳态[34]。这也刚好与HOPX的表达影响AML患者的完全缓解率和生存期这一论点吻合[30]。

5 HOPX与肿瘤预后

有研究显示，在胰腺神经内分泌肿瘤组织中HOPX蛋白表达水平与病程相关，表达越低提示无进展生存期越差，预后越差[35]。食管鳞癌组织中，HOPX启动子甲基化水平越高，患者生存率越低[5]。在分化型甲状腺癌中，HOPX-β的高甲基化与不良生存率相关[26]。这些研究表明，HOPX与肿瘤进展及预后有关。

6 结语

近年来大量研究证实，HOPX是一种新型抑癌基因，与肿瘤发生与发展、临床分期及预后均密切相关，且HOPX在多种肿瘤如乳腺癌、子宫内膜癌、胰腺癌、结直肠癌、肺癌、头颈癌、鼻咽癌及胃癌等组织中均表达下调，这与表观遗传的启动子甲基化有关。同时，HOPX的表达和启动子甲基化程度及肿瘤的临床分期与预后相关，因此，可以考虑将其作为肿瘤预后的独立预测指标。HOPX可以抑制肿瘤细胞的迁移与侵袭，但机制不完全相同，由此可见，其与肿瘤的关系十分重要且复杂。已有研究证明HOPX在Treg介导的免疫耐受过程中发挥重要作用，肿瘤患者体内Treg的数量明显增加，且与预后相关[36-37]。其在免疫调节和免疫耐受方面也发挥作用，但具体的机制并不十分明确，需要进一步的研究和探索。