分化抑制因子2对胶质瘤发生和发展的影响

王怡春，黄毓杰，钟根深

(1.河南省免疫与靶向药物重点实验室，河南 新乡 453003；2.新乡医学院医学检验学院，河南 新乡 453003)

胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤之一，预后不良，致死率仅次于胰腺癌和肺癌，中位生存期仅15个月左右[1-2]。目前，胶质瘤的治疗方案仍然是传统的手术联合放射治疗和化学治疗。但化学治疗的毒副作用和肿瘤的耐药性降低了其临床治疗效果[2]。近年来研究提示，针对胶质瘤特有的分子靶点开展分子靶向治疗或许是研究新型抗癌方法的有效策略[2-3]。分化抑制因子(inhibitor of differentiation,ID)于1990年被BENEZRA等[4]发现，随着研究的不断深入，目前已在哺乳动物中发现4个ID分子(ID1～ID4)，它们广泛且重要的生物学功能引起了越来越多科学家的关注。ID2又被称为DNA结合抑制因子2，是DNA结合和细胞分化的抑制因子，其与另外3个ID家族成员一样，缺乏与DNA结合所必需的碱性氨基酸序列，可通过与具有碱性氨基酸序列的螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)结构基序的转录因子如E蛋白等结合形成异二聚体而发挥经典的转录抑制作用。近年来研究发现，ID2在组织中协同调节免疫细胞分化和基因表达，参与多种人类肿瘤的发生、发展[5]；其能调控胶质瘤免疫微环境，促进胶质瘤浸润性生长[6]；ID2的表达量一定程度上还与胶质瘤患者的预后密切相关。本文从ID2的分子结构、基本功能、表达调控、对胶质瘤进展的影响等方面进行综述，旨在为基于ID2靶点的胶质瘤治疗药物的研发提供新的理论参考。

1 ID2蛋白的结构和基本生物学功能

ID2属于螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix,HLH)转录因子蛋白质家族，编码基因定位于2p25染色体[5]。ID2蛋白相对分子质量小，由2个高度保守的α螺旋和连接这2个螺旋的袢环区段构成[5]，其半衰期短，通过真核生物体内一种高效的蛋白质降解途径即泛素-蛋白酶体途径降解[7]。

由于ID2缺乏与DNA的 “E box”或 “N box”相结合的碱性氨基酸序列，ID2与bHLH蛋白结合形成异二聚体，抑制后者与DNA或其他bHLH转录因子结合，对bHLH的转录活性起负调控作用,从而抑制相关基因的表达，这是ID蛋白的经典生物学功能；ID蛋白还能通过其HLH结构与抑癌基因视网膜母细胞瘤蛋白(retinoblastoma protein，pRb)及其相关口袋蛋白结合，从而升高后者的磷酸化水平，解除细胞周期阻滞[8-9]。此外，ID2还能与配对盒蛋白(人类：PAX，小鼠:Pax)转录因子[10]、20 S蛋白酶体的C8亚单位[11]、26 S蛋白酶体的S5a亚单位[12]和雌激素受体β-1[13]等非bHLH转录因子结合发挥不同的作用。除HLH结构域外，ID2蛋白的N-端和C-端的特定氨基酸序列也参与其执行广泛的生物学功能[5]。

2 ID2对胶质瘤发生和发展的影响

对不同类型肿瘤患者的ID mRNA和蛋白质进行分析发现，神经系统肿瘤、前列腺癌、乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、直肠癌、胰腺癌、肝癌、子宫内膜癌、宫颈癌、甲状腺癌和鼻咽鳞状细胞癌等多种肿瘤患者的ID mRNA和蛋白质水平均增高，且高水平的ID mRNA和蛋白质与疾病严重程度和不良预后密切相关[14]。在某些情况下，原癌基因也能介导ID基因的过度表达，进一步促进肿瘤的发生[14-16]。正常成人大脑静息星形胶质细胞和内皮细胞中几乎检测不到ID2，而恶变的胶质瘤细胞中ID2表达明显升高，且其表达水平与肿瘤恶性等级及肿瘤血管密度呈正相关，例如与恶性程度低的星形细胞瘤相比，恶性程度高的间变性星形细胞瘤和胶质母细胞瘤(glioblastoma，GBM)中的ID2蛋白表达量明显更高[17]。作为神经系统中普遍存在的ID和增殖促进因子，ID2通过各种机制参与胶质瘤的发生、发展。

2.1 ID2促进胶质瘤细胞恶性增殖据统计，约87%的胶质瘤患者在早期就会出现肿瘤抑制基因p53的失活[18]。正常情况下，p53能够与ID2基因启动子的保守区域结合，抑制后者的表达，调控神经干细胞的自我更新能力，突变的p53可导致ID2表达升高，促进胶质瘤干细胞的增殖和自我更新[19]。

神经前体细胞(neural precursor cell,NPC)作为神经干细胞的一种类型，在生物体的整个生命周期中具有持续分裂的能力。许多研究结果提示脑胶质瘤细胞可能来源于NPC[20-22]。p53基因突变将解除其对ID2的表达抑制，引起多种癌前表型，包括NPC细胞大量增殖和自我更新[22-23]。此外，胶质瘤相关的蛋白磷酸酶2能保护ID2去磷酸化不被降解，使ID2在NPC和GBM细胞中维持较高的活性水平，促进肿瘤细胞的恶性增殖[5,24]。

2.2 ID2维持胶质瘤细胞在代谢应激状态下的存活大量扩增的癌细胞通过有氧糖酵解来满足其对能量、生物合成和氧化还原增加的需求，对葡萄糖有高度依赖性[25-27]，包括胶质瘤在内的实体肿瘤中经常处于葡萄糖缺乏状态。低糖可以通过促进线粒体活性氧(reactive oxygen species,ROS)的产生诱导肿瘤细胞死亡。研究发现，ID2的表达水平与胶质瘤细胞在缺糖状态下的存活能力显著相关[28]。ID2可以通过调节线粒体电子传递链复合物的功能，减少葡萄糖剥夺诱导的线粒体超氧化物和ROS的产生，从而减少线粒体损伤，提高肿瘤细胞在缺糖时的存活率。缺氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor 1α,HIF1α)能促进糖酵解，调节肿瘤细胞的代谢，保护应激状态下的肿瘤细胞。作为HIF1α的转录靶点，ID2能够与其他HIF1α靶基因如3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1或缺氧诱导基因1协同作用来增强HIF1α的功能，将葡萄糖从能量生产转为生物合成，提高细胞的存活能力，促进胶质瘤细胞的增殖[29-30]。

2.3 ID2促进胶质瘤新生血管形成免疫抑制、炎症反应、血管及淋巴管生成等支持并促进肿瘤细胞的增殖与转移，最终导致转移病灶的出现。胶质瘤有丰富的新生血管网络支持其呈浸润性生长。除了对正常造血分化的影响外，ID2对胶质瘤免疫微环境中新生血管形成也有重要作用。在血管生成中起主导作用的血管内皮生长因子受体2(vascular endothelial growth factor receptor 2,VEGFR2)能驱动造血祖细胞分化为具有癌前免疫抑制和促血管生成功能的髓源抑制细胞[6]。有报道称，ID2是 VEGFR2 发挥促血管生成和免疫抑制功能的关键上游蛋白，参与调控造血分化，促进胶质瘤新生血管形成[6,30-31]。

2.4 ID2促进胶质瘤细胞的侵袭和迁移肿瘤的侵袭转移是恶性肿瘤进展的生物学特征。基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)是介导细胞膜降解和细胞迁移的锌依赖性内肽酶[32]。ID2可能通过促进MMP基因的表达，支持胶质瘤细胞浸润[5,33]。本课题组研究发现，使用特异性ID2小分子抑制剂能降低人胶质瘤细胞U87和HS683中高表达的ID2，同时抑制MMP2和MMP9的表达，显著减慢胶质瘤细胞的侵袭和转移[34]。已有研究表明，与低转移的肿瘤细胞系相比，高转移的人类肿瘤细胞株具有相对较高的ID2表达量和较低的脑信号素3F(semaphorin 3F,SEMA3F)水平[35]。E47属于bHLH蛋白，是真核生物的一个重要核转录因子，ID2能与其结合，抑制相关基因的表达。研究发现，SEMA3F是E47/ID2通路的一个直接靶基因，同时也是一种有效的细胞转移抑制因子。在U87等高转移性人类肿瘤细胞系中，原癌基因c-Myc上调导致ID2过表达，使SEMA3F表达降低[36]。即恶性胶质瘤中可能存在这样一条信号通路：胶质瘤细胞中突变的c-Myc上调ID2，异常升高的ID2与E47蛋白形成异二聚，抑制SEMA3F的表达，从而增强肿瘤细胞的侵袭和迁移能力。

3 结论

传统的胶质瘤治疗手段是手术辅以放射治疗、化学治疗，但化学治疗的不良反应和肿瘤的耐药性严重制约患者的治疗效果。目前普遍认为，肿瘤的发生是基因与环境因素共同作用所致，在基因水平上针对肿瘤特有的分子靶点进行干预已成为研究新型抗癌方法的关键。ID2是一种特殊的多功能蛋白，在胶质瘤的发生、发展中通过不同的信号通路发挥重要作用。深入探讨ID2在人胶质瘤中的表达性质及其在肿瘤恶性进展中的作用机制，有望为胶质瘤的治疗提供新的思路。