转录因子Brachyury在肿瘤细胞EMT过程中作用的研究进展

转录因子Brachyury在肿瘤细胞EMT过程中作用的研究进
展
李开春;应明真;王雅杰
【摘要】上皮间充质转化(EMT)指上皮细胞通过特定程序转化为具有间质表型细胞的生物学过程.EMT在胚胎发育、慢性炎性反应、组织重建和癌症转移中发挥重要作用.EMT过程被一组转录因子调控,其中包括T-box家族成员Brachyury.Brachyury因子促进EMT及肿瘤细胞的迁徙和播散.Brachyury因子与EMT过程相关的信号通路主要有TGF-β信号通路、FGF/FGFR信号通路和
Wnt/β-连环蛋白信号通路等.Brachyury因子是一个很有潜力的T细胞介导肿瘤免疫治疗的候选靶标.本文对转录因子Brachyury在肿瘤细胞EMT过程中的作用进行综述.
【期刊名称】《癌症进展》
【年(卷),期】2017(015)009
【总页数】4页(P994-997)
【关键词】转录因子;Brachyury;上皮细胞-间充质细胞转换
【作者】李开春;应明真;王雅杰
【作者单位】同济大学附属天佑医院肿瘤科,上海 200331;第二军医大学附属长海医院肿瘤科,上海 2004330;第二军医大学附属长海医院肿瘤科,上海 2004330【正文语种】中文
【中图分类】R730.231
T-box转录因子Brachyury在胚胎发育过程中发挥重要作用。

近年来研究发现，Brachyury也促进肿瘤细胞的上皮间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）。

EMT是上皮细胞来源恶性肿瘤发生转移的关键一步，也被认为是肿瘤细胞对常规放化疗抵抗的原因之一。

EMT过程被一组转录因子调控，其中包括T-box家族成员Brachyury。

本文旨在对Brachyury因子的结构和功能、EMT过程、Brachyury因子与EMT之间的关系，以及靶向Brachyury通路的抗肿瘤治疗进展作一综述。

自1927年T基因被首次发现以来，越来越多的具有同源DNA结构域的基因被归入T-box基因家族。

1990年，T基因在小鼠中被成功克隆并发现其编码一种转录因子。

T-box基因家族通常分为5个亚科，包括T、Tbx1、Tbx2、Tbx6和Tbr 亚科。

T-box基因家族调节早期胚胎细胞分化，并参与中胚层发育和器官形成，T-box基因突变将导致多种疾病[1]。

转录因子Brachyury是由T基因编码的T-box转录因子家族中的重要成员，是一种序列特异性DNA结合蛋白，在物种进化中高度保守（即T-box区），各成员之间的其余序列并未发现相似性[2]。

Brachyury蛋白的T-box区为N端229个氨基酸残基，具有DNA结合特性，能与5 bp的DNA功能域（TCACA）特异性结合[3]。

在已经筛选的所有两侧对称动物以及腔肠动物中发现Brachyury转录因子的存在。

T基因也被称为Brachyury基因。

Brachyury基因突变首次在小鼠中被鉴定。

携带Brachyury突变的杂合子小鼠被发现有短且稍扭结的尾巴，这也是Brachyury翻译为鼠短尾突变体表型的原因。

携带Brachyury突变的纯合子小鼠胚胎通常由于严重的生长缺陷而宫内死亡[4]。

Brachyury基因先后在非洲爪蟾、鸡、果蝇、斑马鱼、文昌鱼、海鞘、棘皮动物和人类中被鉴定出来[5]。

人Brachyury基因位于染色体6q27，长10 kb，由8个外显子和7个内含子组成。

人Brachyury编码序列为1305个核苷酸长的开放阅
读框，编码435个氨基酸，与鼠Brachyury具有91%的同源性[6]。

在胚胎发育过程中，特别是在原肠胚形成时，上胚层相对未分化的细胞发展成3
个明确的胚层，即外胚层、中胚层和内胚层时，Brachyury因子发挥多个正常功能，促进胚胎细胞移动和黏附[7]。

在上皮肿瘤发生、发展过程中，Brachyury因子发
挥类似的作用，促进EMT及肿瘤细胞的迁徙和播散。

研究发现，过度表达Brachyury的肿瘤细胞下调表达黏附分子E-钙黏蛋白（E-cadherin），这使得上
皮来源肿瘤细胞发生间充质转化，促进侵袭和转移[8]。

EMT是指上皮细胞通过特定程序转化为具有间质表型细胞的生物学过程。

EMT在胚胎发育、慢性炎性反应、组织重建、癌症转移和多种纤维化疾病中发挥重要作用，其主要特征有细胞黏附分子（如E-钙黏蛋白）表达减少、角蛋白为主的细胞骨架
转化为波形蛋白（Vimentin）为主的细胞骨架以及形态上具有间充质细胞特征。

EMT过程表现为上皮细胞失去细胞极性，通过多种分子和生化改变，附着于基底
膜呈现出一个间质细胞的表型。

这些改变包括大大增加的细胞外基质（extracellular matrix，ECM），以及增强的侵袭能力、迁徙能力和抗凋亡能力[9]。

EMT过程通常分为3种类型：1型EMT参与胚胎着床和发育以及器官的形成；2
型EMT参与伤口愈合和再生以及组织纤维化；3型EMT参与恶性上皮肿瘤细胞
的浸润和转移[10]。

1型EMT表现为相邻上皮细胞间失去联系和获得间质表型，
使细胞突破基底膜从而分离胚胎内不同的组织，促进胚胎发育[11]。

2型EMT表
现为上皮细胞分化为肌成纤维细胞，促进ECM的分泌和伤口收缩，然后正常上皮细胞参与上皮化重建，以修复伤口[12]。

3型EMT表现为上皮来源的癌细胞获得
转化能力，通过间质转变，脱离最初的部位，然后通过突破基底膜，从而浸润周围组织和发生远处转移[13]。

正常胚胎发育过程和伤口愈合再生过程发生的EMT与
肿瘤发生、发展过程中发生的EMT在本质上是相同的。

在EMT过程中，上皮细胞下调上皮蛋白（E-钙黏蛋白）表达。

E-钙黏蛋白表达下降或功能丧失导致上皮屏障功能丧失[14]。

E-钙黏蛋白表达下降的同时，N-钙黏
蛋白表达增加。

这个平衡的改变导致过渡期细胞失去原有上皮细胞表型，从而获得间叶细胞表型[15]。

胚胎发育和肿瘤进展的EMT过程所涉及的信号通路及其调控
本质上没有区别，均由一组多效性转录因子控制，包括Slug、Snail、Goosecoid、Twist、Sip1、ZEB1 和 ZEB2 等[16]。

这些转录因子的表达通过抑制上皮细胞标
志物表达和诱导间充质细胞标志物表达，从而过渡到一个间充质状态。

Palena等[17]研究发现在人类肿瘤EMT过程中的一个新的驱动因子，称为Brachyury（来自希腊语“short tail”，又称为“T基因”）。

通常Brachyury
因子过度表达后，上皮癌细胞系才出现EMT过程的特征性改变，包括增强的肿瘤细胞运动和侵袭能力。

当Brachyury因子表达被抑制时，具有间叶表型的肿瘤细
胞出现间叶-上皮转变（mesenchymal epithelial transition，MET），包括间叶标志物表达缺失，上皮标志物表达出现，同时伴有肿瘤转移和侵袭能力的缺失[18]。

进一步明确上皮肿瘤细胞发生EMT过程的分子机制，并探索基于EMT过程关键
信号通路的靶向治疗，也许是未来抗肿瘤转移治疗的一个方向。

多种生长因子包括肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）、表皮
生长因子（epidermal growth factor，EGF）、白细胞介素-8（interleukin-8，
IL-8）及其受体、血小板衍生生长因子（platelet derived growth factor，PDGF）、成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）及其受体（FGFR）和转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等，负
责感应EMT相关的一系列功能[19]。

转录因子，特别是 Snail、Slug、ZEB1、Twist、Goosecoid和FOXC2等，随后会被激活。

转录因子Brachyury激活
EMT过程的信号通路还没有被完全阐明。

本文探讨Brachyury因子与EMT过程
相关的3个主要信号通路：TGF-β信号通路、FGF/FGFR信号通路和Wnt/β-连环
蛋白（β-catenin）信号通路。

TGF-β是一种多功能细胞因子。

在组织修复过程中，TGF-β能刺激ECM的沉积。

同时TGF-β也能调节肿瘤细胞的增殖、分化和细胞存活，并刺激肿瘤细胞获得更
积极的转移表型。

TGF-β能够直接调节EMT的转录程序，也可与多种信号网络包括Notch信号、Wnt信号以及其他信号相互作用，从而影响Brachyury因子通路[20]。

Larocca等[21]通过对多种人类肿瘤细胞系包括肺癌和前列腺癌的研究表明，
TGF-β1可诱导产生Brachyury。

在EMT过程中，TGF-β1和Brachyury相互促
进表达间质表型。

研究发现，抑制TGF-β信号通路可以降低Brachyury的表达并且逆转EMT，同时能够提高肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。

化疗联合TGF-β抑制剂似乎是很有前景的临床治疗策略。

FGF/FGFR信号通路的激活，可促进EMT，促进肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移，
以及增强对放化疗的耐受性[22]。

脊索瘤是一种由残余脊索恶变而来的罕见骨肿瘤。

近期研究认为，家族性脊索瘤与Brachyury基因复制相关。

在脊索的进化过程中，Brachyury因子的表达需要FGF/FGFR信号通路的激活。

Hu等[23]研究发现，脊索瘤细胞可以产生成纤维细
胞生长因子2（FGF2）。

中和FGF2可以抑制MEK/ERK磷酸化，从而降低Brachyury表达，抑制EMT过程，诱导细胞凋亡。

此外，shRNA可以抑制Brachyury表达，抑制FGF2分泌，阻断FGF2效应。

以上研究结果可能有助于开发脊索瘤新的治疗策略。

Wnt/β-catenin信号通路在胚胎发育、干细胞自我更新、肿瘤发生和化疗药物抵
抗过程中发挥重要作用[24]。

Turner等[25]研究发现，EMT参与鼠胚胎干细胞发育，而Brachyury因子依赖于Wnt/β-catenin信号通路激活或者终止EMT过程。

Arnold等[26]研究发现，通过表达LEF-1转录因子和β-catenin核定位，未表达
E-钙黏蛋白的胚胎干细胞可模拟Wnt信号通路。

这些E-钙黏蛋白阴性的细胞同时表达Brachyury因子。

重新将E-钙黏蛋白导入到这些细胞中可导致细胞膜与β-catenin的络合反应，同时下调LEF-1和Brachyury因子表达，从而调节EMT进程。

通过对EMT的影响，Brachyury在肿瘤转移中扮演一个关键角色。

肿瘤细胞发生EMT过程能够引发一连串瀑布反应事件，导致肿瘤侵袭和转移，同时获得肿瘤干细胞（cancer stem cell，CSC）样特征，包括获得对化疗和放疗的抵抗。

理论上，靶向EMT过程的治疗策略可以在肿瘤早期预防侵袭和转移，或者在肿瘤晚期增强对放化疗的敏感性[27]。

然而，由于EMT过程在正常生理过程中也是必不可少的，故靶向EMT治疗可能存在许多实际困难。

越来越多的研究发现，Brachyury因子的高表达可以促进EMT过程，促进肿瘤侵袭和转移。

不同于其他转录因子，Brachyury在几乎所有人类肿瘤中均能被发现，而且除了在成人睾丸和甲状腺有低水平的表达外，正常组织几乎不表达[28]。

2007年，Palena等[17]首次提出Brachyury因子是一个很有潜力的T细胞介导肿瘤免疫治疗的候选靶标。

Hamilton等[29]报道了靶向Brachyury阳性肿瘤的一个免疫平台的研发和特征。

该免疫平台的核心是加热灭活的重组酵母Brachyury载体疫苗（命名为GI-6301）。

研究表明，重组酵母Brachyury因子刺激树突状细胞后，在体外能够激活和扩增Brachyury特异性CD4＋和CD8＋T细胞，可以有效杀伤表达Brachyury蛋白的肿瘤细胞。

接种GI-6301的小鼠也会引起Brachyury特异性CD4＋和CD8＋T细胞反应，并诱导抗肿瘤免疫。

GI-6301用于治疗晚期肿瘤的1期临床研究表明，34例患者观察到了Brachyury 特异性T细胞免疫反应，无自身免疫或其他严重不良事件发生[30]。

其中2例脊索瘤患者既往多次治疗后，仍然达到1例稳定，1例部分缓解，另1例晚期结直肠癌患者多线化疗后，竟达到疾病稳定1年以上，且盆腔肿块密度降低和癌胚抗
原（CEA）下降。

这是治疗性癌症疫苗第一次在人类中的研究，以证明其安全性和免疫原性。

目前，一项随机2期临床研究正在招募患者中。

Li等[18]研究发现，染色体结构维持蛋白1（SMC1）通过上调Brachyury因子促进三阴性乳腺癌细胞的侵袭和转移。

进一步研究还发现，在激素受体阳性乳腺癌细胞，Brachyury通过上调去乙酰化酶-1（SIRT1）促进三苯氧胺耐药[31]。

研究者认为，理论上靶向Brachyury治疗可能阻断三阴性乳腺癌细胞的侵袭转移；靶向Brachyury治疗可能克服他莫昔芬的耐药现象。

Brachyury基因在胚胎发育中参与调节脊索形成，在肿瘤侵袭和转移中也发挥至关重要的作用。

靶向Brachyury免疫治疗可诱导表达Brachyury的肿瘤细胞裂解，从而减少与肿瘤侵袭发展相关的EMT形成。

靶向Brachyury免疫疗法对不表达Brachyury的正常细胞几乎没有影响。

然而，目前对于促进EMT过程的Brachyury因子的信号通路还知之甚少，尤其对于与Brachyury功能相关的上下游基因还不清楚。

现有研究显示，靶向Brachyury的抗EMT治疗应用于临床的潜力巨大[32-33]。

因此，需要更多的研究来更好地理解Brachyury增强肿瘤细胞侵袭和转移的分子机制。

我们也期待更大样本治疗性Brachyury疫苗用于证明其疗效和安全性的临床研究。

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