黃艷綜述；張艷亮，段勇審校

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科，云南 昆明 650032)

·述 評(píng)·

MXD3基因與腫瘤相關(guān)性的研究進(jìn)展

黃艷綜述；張艷亮，段勇審校

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科，云南 昆明 650032)

MXD3(MAX dimerization protein 3)在髓母細(xì)胞瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中高表達(dá)，扮演著癌基因的角色；在前列腺癌、神經(jīng)纖維肉瘤等實(shí)體瘤中低表達(dá)甚至缺失，起著抑癌基因的作用。MXD3在腫瘤的增殖、凋亡、侵襲和轉(zhuǎn)移過(guò)程中起到重要作用，因此有望成為新型腫瘤標(biāo)志物和臨床上腫瘤治療的新靶點(diǎn)，可用于腫瘤早期診斷、治療及預(yù)后判斷。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新報(bào)道，重點(diǎn)就MXD3轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能以及與腫瘤的關(guān)系等研究新進(jìn)展作一綜述。

MXD3基因；腫瘤；調(diào)控

惡性腫瘤的發(fā)病率和死亡率逐年上升，在越來(lái)越多的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，惡性腫瘤是死亡的主要原因[1]。腫瘤的形成是一個(gè)多因素聯(lián)合作用、多基因綜合作用、多階段逐漸形成的復(fù)雜過(guò)程。既往MXD3在調(diào)控細(xì)胞增殖和凋亡方面的研究比較多。近年來(lái)，MXD3在惡性腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮的作用得到越來(lái)越多的關(guān)注和研究，有望成為新型的腫瘤標(biāo)志物和臨床腫瘤治療的新靶點(diǎn)。本文就MXD3轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能以及與腫瘤的關(guān)系等研究新進(jìn)展作一綜述。

1 MXD3的生物學(xué)特性

MXD3(MAX dimerization protein 3)即 MAX 二聚體蛋白 3（又稱為 MAD3、bHLHcl3、MYX）為 Mad轉(zhuǎn)錄家族的成員之一，其編碼基因全長(zhǎng)約為60kb。MXD3基因定位于人染色體5q35.3[2]。編碼的完整MXD3蛋白一般由206個(gè)氨基酸構(gòu)成，分子量為23477Da，在四級(jí)結(jié)構(gòu)中：MXD3基因的有效結(jié)合需要與另一種bHLH蛋白進(jìn)行二聚化，結(jié)合DNA作為與MAX的異源二聚體，與Sin3A和Sin3B相互作用以及與RNF17相互作用。MXD3蛋白主要包含三個(gè)區(qū)域：⑴堿性螺旋-環(huán)-螺旋-亮氨酸拉鏈區(qū) （basic helix-loop-helix leucine-zipper，bHLH-zip），該區(qū)域主要是結(jié)合DNA以及與其他bHLH-zip蛋白相互作用；⑵近氨基末端Sin3結(jié)合區(qū)（Sin3 interacting domain，SID），至少由13個(gè)氨基酸構(gòu)成，可以募集Sin3-HDAC相關(guān)共轉(zhuǎn)錄抑制因子。⑶羧基末端保守區(qū)域（carboxy1 terminus，CT）[3]。 MXD3是堿性螺旋-環(huán)-螺旋轉(zhuǎn)錄因子MXD家族的一員，在MYC/MAX/MAD轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)中，與Myc競(jìng)爭(zhēng)同Max結(jié)合形成異二聚體；是一個(gè)在細(xì)胞周期的S期特殊表達(dá)的轉(zhuǎn)錄抑制因子[4]。Max-MXD3復(fù)合物的破壞將引起細(xì)胞增殖失控和腫瘤形成。

2 MXD3及其家族

MXD3作為Mad轉(zhuǎn)錄抑制蛋白家族的一員，主要是同Myc競(jìng)爭(zhēng)與Max結(jié)合形成異二聚體，所形成的二聚體封閉了Myc依賴基因的激活轉(zhuǎn)錄而發(fā)揮生物學(xué)功能[5]。其家族成員主要有Mad1、Mad2(Mxi1)、Mad3(MXD3)、Mad4、Mnt/Rox、Mga[6]。 該家族都含有堿性螺旋-環(huán)-螺旋-亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu) （basic-helix-loop-helix-leucine-zipper，bHLH-zip）[7]。Myc 基因家族包括 C-Myc，N-Myc 和 L-Myc；Myc基因?qū)儆诰幋a核蛋白的癌基因，3個(gè)基因都編碼一種與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的核內(nèi)DNA結(jié)合蛋白，且3個(gè)基因是在70%的人類癌癥中過(guò)表達(dá)的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子[8，9]。Myc基因家族及其產(chǎn)物可促進(jìn)細(xì)胞增殖，永生化，去分化和轉(zhuǎn)化等，在多種腫瘤形成過(guò)程中處于重要地位；而Myc基因家族中的3個(gè)成員在腫瘤形成方面的作用存在差異。目前認(rèn)為，C-Myc的擴(kuò)增與腫瘤的發(fā)生與轉(zhuǎn)歸以及在誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡起重要作用，N-Myc的擴(kuò)增對(duì)腫瘤的預(yù)后判斷有意義，與腫瘤患者的生存率呈負(fù)相關(guān)[10]。LMyc的擴(kuò)增與腫瘤的易感性和預(yù)后在不同的腫瘤中表現(xiàn)不一樣。近年來(lái)，研究表明Mad基因家族蛋白及其相關(guān)蛋白Myc和Max可組成MYC/MAX/MAD網(wǎng)絡(luò)來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期[11]。在MYC/MAX/MAD轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，胞外刺激信號(hào)被轉(zhuǎn)化為核內(nèi)特定基因調(diào)控程序發(fā)揮作用，該網(wǎng)絡(luò)與一大類轉(zhuǎn)錄因子相關(guān)，這些轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)蛋白之間的相互作用并結(jié)合到特定靶基因上啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄或產(chǎn)生抑制效應(yīng)，該網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的基因涉及細(xì)胞增殖、凋亡、分化、發(fā)育等多個(gè)方面，當(dāng)這些調(diào)控因子發(fā)生異常時(shí)，將導(dǎo)致細(xì)胞增殖分化失控，形成腫瘤[12]。Mad家族作為一種具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能的蛋白，具有拮抗CMyc的轉(zhuǎn)錄相關(guān)作用已經(jīng)受到人們廣泛關(guān)注和重視[13]。C-Myc作為一種原癌蛋白，作用包括推進(jìn)細(xì)胞周期、促進(jìn)細(xì)胞轉(zhuǎn)化以及抑制細(xì)胞分化[14]，許多C-Myc靶基因產(chǎn)物控制細(xì)胞的生長(zhǎng)和代謝[15]。CMyc通常和細(xì)胞內(nèi)其他蛋白質(zhì)結(jié)合，最主要的是Max和C-Myc形成異二聚體后再和DNA核心序列結(jié)合，控制DNA的轉(zhuǎn)錄，通過(guò)調(diào)控目的基因的表達(dá)，結(jié)合細(xì)胞所處的內(nèi)外環(huán)境來(lái)影響細(xì)胞的生物學(xué)行為從而促進(jìn)細(xì)胞增殖或誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[16]。MXD3同C-Myc競(jìng)爭(zhēng)與Max結(jié)合形成的異二聚體識(shí)別 E-box的 5’-CAC[GA]TG-3’序列，其與 Myc相反的作用是通過(guò)mSin-histone緩解水解復(fù)合物來(lái)抑制轉(zhuǎn)錄的發(fā)生[17]，去乙?；谷旧w結(jié)構(gòu)更為緊密，從而抑制DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄[18]。

3 MXD3在細(xì)胞增生和腫瘤形成中的作用機(jī)制

Myc的拮抗基因MXD3被認(rèn)為是一種抑癌基因，MXD3蛋白的缺失或失活，導(dǎo)致體內(nèi)MXD3-Max異二聚體數(shù)量的減少和Myc-Max異二聚體數(shù)量的增加，從而間接地提高了Myc蛋白的活性[19]。MXD3轉(zhuǎn)錄抑制因子與Myc轉(zhuǎn)錄激活因子之間相互作用，封閉了后者的激活結(jié)構(gòu)域。現(xiàn)在認(rèn)為CMyc和MXD3蛋白均需與Max蛋白形成異二聚體而發(fā)揮其各自的生物學(xué)作用，Max蛋白在Myc蛋白調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的網(wǎng)絡(luò)中起中心作用[20]。C-Myc/Max異二聚體通過(guò)招募組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶（HAT）活性激活細(xì)胞周期特異性基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)細(xì)胞增殖。MXD3/Max異二聚體抑制 C-Myc的活性，MAD/MAX異二聚體通過(guò)招募組蛋白乙?；福℉DAC）的活性抑制轉(zhuǎn)錄，從而拮抗MYC/MAX導(dǎo)致細(xì)胞增殖停滯和細(xì)胞分化。Myc基因家族屬于核蛋白類調(diào)控基因，已證明其基因產(chǎn)物Myc蛋白在許多腫瘤中存在異常表達(dá)，在細(xì)胞周期變化、細(xì)胞的生長(zhǎng)代謝、基因的不穩(wěn)定性、刺激血管生成、細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化、分化及凋亡中起重要的調(diào)節(jié)作用[21]。強(qiáng)調(diào)Myc原癌蛋白表達(dá)在腫瘤細(xì)胞生物學(xué)中的重要性，是因?yàn)樗鼈兊脑鰪?qiáng)表達(dá)能促進(jìn)細(xì)胞增殖和核糖體生物發(fā)生[22，23]，抑制末端分化程序[24，25]，并刺激腫瘤血管生成[26，27]。C-Myc參與細(xì)胞多方面的功能，包括增殖，生長(zhǎng)，代謝，分化和凋亡[28]。以前的研究表明，C-Myc激活多種已知基因作為與Max的異二聚體復(fù)合物的一部分[28]。C-Myc可以通過(guò)RNA聚合酶Ⅲ（PolⅢ）來(lái)控制轉(zhuǎn)錄，RNA聚合酶Ⅲ對(duì)于許多短的必需RNA分子如5SRNA，tRNA和U6 RNA的轉(zhuǎn)錄是必需的[28]。多數(shù)情況下，C-Myc主要通過(guò)C端堿性螺旋-環(huán)-螺旋亮氨酸拉鏈區(qū) （basic-helixloop-helix-leucine-zipper，bHLH-zip） 與同樣含有bHLH-zip結(jié)構(gòu)的Max蛋白形成異二聚體，特異地識(shí)別其靶基因DNA序列中的CACGTG核心序列(E-box)并與之結(jié)合，使被調(diào)節(jié)的基因激活或轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)[29]。目前研究認(rèn)為，MXD3拮抗Myc的作用主要通過(guò)以下幾個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)：⑴競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合Myc轉(zhuǎn)錄依賴的Max蛋白；⑵結(jié)合Myc調(diào)控靶基因的E-box序列，通過(guò)募集Sin3A或Sin3B轉(zhuǎn)錄抑制因子，共抑制因子N-CoR及組蛋白去乙酰化，抑制Myc依賴基因的轉(zhuǎn)錄。⑶直接抑制C-Myc啟動(dòng)子活化，抑制其表達(dá)[30-31]。Myc-Max異二聚體能夠激活含有E-box結(jié)構(gòu)的DNA的轉(zhuǎn)錄從而促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞分化和凋亡；而MXD3-Max異二聚體則拮抗Myc-Max異二聚體的作用，阻止含有E-box結(jié)構(gòu)的DNA的轉(zhuǎn)錄，抑制細(xì)胞增殖、促進(jìn)細(xì)胞的分化和凋亡[32]。

4 MXD3在腫瘤中的研究現(xiàn)狀

MXD3基因在人髓母細(xì)胞瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中的作用研究比較全面，BarisoneGA等學(xué)者研究報(bào)道MXD3基因在人髓母細(xì)胞瘤細(xì)胞中異常高表達(dá)，在髓母細(xì)胞瘤生物發(fā)生、維持和增殖中起重要作用[33，34]。Satake等學(xué)者在急性淋巴細(xì)胞白血病的靶向治療中應(yīng)用到了MXD3小干擾RNA[35]，進(jìn)一步證實(shí)MXD3在惡性腫瘤中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。在前列腺癌、神經(jīng)纖維肉瘤等實(shí)體瘤中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)MXD3基因表達(dá)異常[36]。在小鼠髓母細(xì)胞瘤模型和大部分人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤以及大約40%癌前細(xì)胞中MXD3表達(dá)水平上調(diào)，過(guò)表達(dá)的MXD3蛋白與Max異二聚體競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合DNA結(jié)合位點(diǎn)，抑制Myc蛋白的作用，導(dǎo)致細(xì)胞增殖失控和抑癌作用的下調(diào)[37，38]，這可能也是MXD3上調(diào)表達(dá)導(dǎo)致腫瘤發(fā)展的機(jī)制之一[39]。異常高表達(dá)的MXD3在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的作用不可忽視，其具體的全面的生物學(xué)效應(yīng)有待進(jìn)一步研究。

5 展望與小結(jié)

目前腫瘤仍是嚴(yán)重危害人類健康的疾病，很大一部分惡性腫瘤發(fā)現(xiàn)時(shí)已是晚期，早期診斷早期治療是腫瘤防治的重要策略。MXD3在多種惡性腫瘤中表達(dá)異常，影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，對(duì)腫瘤的診斷、治療和預(yù)后判斷有重要的意義，有望成為新的腫瘤標(biāo)志物。其在腫瘤中發(fā)揮作用的具體機(jī)制尚不明確，需要更多相關(guān)研究去進(jìn)一步探討。

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R523

A

1674-1129(2017)05-0635-03

10.3969/j.issn.1674-1129.2017.05.001

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81160292）、（81460325）云南省衛(wèi)生高層次人才培養(yǎng)計(jì)劃（L-201202）

黃艷，女，1990年生，昆明醫(yī)科大學(xué)臨床檢驗(yàn)診斷學(xué)在讀碩士，主要研究生物化學(xué)與分子生物學(xué)。

段勇，男，1964年生，教授，碩（博）士研究生導(dǎo)師，主要研究肺癌發(fā)病機(jī)制等，Email:duanyong7@139.com

2017-04-18；

2017-08-10)