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HMGA与肿瘤关系研究进展 摘要：高迁移率族蛋白（high mobility group protein，HMG蛋白）是一类染色质有关非组蛋白，因其在聚丙烯酰胺凝胶中高迁移率而得名。HMG蛋白家族涉及HMGA、HMGB和HMGN3个家族，具备通过变化染色体构造而调节基因表达能力，当前已经在诸各种类肿瘤中发现HMGA过表达。本文对HMGA蛋白及其与肿瘤关系作一综述。 核心词： 高迁移率族蛋白（HMG蛋白）；HMGA； 转录调节；肿瘤 1、研究背景 高迁移率族蛋白（high mobility group protein，HMG蛋白）由Goodwin等1于1973年在牛胸腺细胞中初次发现，是一类染色质有关非组蛋白，因其在聚丙烯酰胺凝胶中高迁移率而得名。Bustin等2将HMG蛋白分为三类：HMGB、HMGA和HMGN。各类HMG蛋白都各具有不同构造，但却具备广泛类似功能。 HMG蛋白家族广泛参加各种重要核内生物学功能不但涉及调节DNA复制、转录、重组和修复等，还参加了DNA损伤修复过程。关于HMG蛋白参加DNA损伤修复分子机制研究较少3。其中重要是通过对基因表达转录调控。HMG蛋白通过与DNA发生结合使其变形或弯折，或影响其与表达关于构造，或增进其她调节蛋白结合，影响大分子复合物形成，从而调节转录起始过程。HMGA蛋白是重要成员之一，重要参加DNA损伤修复、基因转录调控等，胚胎时期常高表达，普通成体细胞中低表达或不表达【4】。研究发现，HMGA蛋白在大肠癌、卵巢癌、甲状腺癌和非小细胞肺癌等肿瘤中都存在高表达5，6。 2、HMGA家族 2、1 HMGA构造特性 HMGA分为两大类蛋白HMGA1，和HMGA2，分别由HMGA1基因、HMGA2基因编码.由于HMGA1基因转录后可变剪接，使HMGA1又分为长度有所不同HMGAl1a和HMGA1b、HMGA1c3种蛋白2。这4种HMGA相对分子质量约10000-11000，氨基酸构成以富含脯氨酸、碱性氨基酸和酸性氨基酸为特点，在体内呈高度磷酸化状态，所有HMGA都是由3个互相独立而又构造相似AT环和1个酸性C末端构成，其中，AT环是由9个氨基酸残基构成，使HMGA在染色质小沟处与富含AT碱基DNA序列结合。而在HMGAC端则是由大量带负电荷氨基酸残基构成，HMGA分子中3个AT环具备不同位置并且不重叠，其成果是HMGA可以和富含ATDNA在不同结合位点发生结合，从而形成各种蛋白质分子之间互相作用系统。研究表白，AT环核心构造能诱导DNA分子构造发生变化如弯曲、拉直或展开7，8。HMGA许多不同区域都被证明可以和其她核内蛋白质之间互相作用，但最重要区域还是第2个AT环区及第2个AT环与第3个AT环之间氨基酸残基序列9，10。HMGA酸性C末端可以和H1组蛋白结合，通过磷酸化和乙酰化作用影响核小体空间构象，参加活性染色质形成。此外，HMGA还参加将反转录病毒整合到染色体上、RNA加工、DNA修复和染色质构造重组等11。 2.2 HMGA功能 2.2.1 HMGA在表达调控中作用 HMGA蛋白自身不具备转录活性，重要是通过变化DNA分子空间构造、参加增强子形成来调节基因转录。例如：IFN-基因基因表达调控是一种正反馈调控，该基因表达活化所需要增强体由各种因子构成，HMGA2是构成增强体核心因子。它通过与增强体中其她因子互相作用，进一步使DNA 弯曲，并且增进其她转录因子与DNA 结合位点结合。HMGA还可以通过直接和TFs蛋白质一蛋白质互相作用来调节基因转录，其机制是诱导其她蛋白质和DNA结合位点之间产生亲和力。例如血清应答因子（serum response factor，SRF）就是由于和HMGA互相作用增强了其调节基因转录活性12。 此外，依照HMGA蛋白在肿瘤组织细胞中表达量多，推测HMGA蛋白可以变化染色质构造。资料表白，HMGA是和核骨架结合序YlJ（MARs/SARs）有关一类重要元件，MARs/SARs是基因组DNA上特殊片段，与核骨架有高亲和力，同步还富含AT序列。这些序列能将染色质锚定在细胞核中央位置，还能将在DNA转录和翻译过程中都起作用独立DNA区域组织成拓扑构造13。现已证明，在染色质MARs/SARs位置，HMGA可以取代组蛋白H1，进一步活化染色质转录14。 2.2.2 HMGA在病毒整合和表达中作用 HMGA在病毒整合和在宿主细胞中病毒基因表达方面有明显作用。研究显示在感染免疫缺陷型病毒 I（HIV-1）、鸟类肉瘤病毒（ASV）等过程中，HMGA蛋白能增进病毒cDNA整合到宿主细胞染色体中，起到共因子作用。HMGA 蛋白也许与整合前复合物（PICs）关于，现已证明，整合前复合物形成包括一种不可缺少重要成分即宿主细胞提供HMGAla，在此复合体作用下，免疫缺陷型病毒1（HIV一1）基因整合成感受态细胞宿主基因组一某些。 2.2.3 HMGA在胚胎发生和分化中作用 在正常细胞中，HMGA只限于在胚胎发生阶段表达，生长发育逐渐进行，HMGA含量也随之减少，在正常成人细胞中HMGA含量已经很少或者基本没有，此时，HMGAl重要表达于外胚层、中胚层和内胚层来源身体特殊器官，而HMGA2表达局限于中胚层来源组织中。HMGAl在人和大鼠成熟组织中均检测到低水平表达，而HMGA2 表达虽然被检测也是很低水平。Chada实验证明了被阻断HMGA2基因小鼠表型矮小，其特性是脂肪组织大量减少。她们还进一步证明了HMGA2在脂肪生成中作用，即缺少HMGA2基因小鼠不会由于食物而变得肥胖。 2.3 HMGA蛋白与肿瘤转化 HMGA在胚胎期广泛表达，而在正常成人组织低表达或表达缺失。有研究表白，在恶性肿瘤组织中均检测到HMGA蛋白表达，涉及甲状腺肿瘤、前列腺肿瘤、结直肠肿瘤 、胰腺肿瘤等，阐明HMGA也许参加了肿瘤转化和发生，诸多机制被提出来解释这一现象。大多数机制是以HMGA蛋白下调或上调那些在控制增殖和侵袭中有重要作用基因表达为基本。 2.3.1 HMGA过表达损伤DNA修复 DNA修复系统是细胞用于抵抗肿瘤发生最佳防御机制。当前普遍被接受观点是，DNA修复系统破坏是肿瘤发生过程中核心环节。 多证据表白HMGA蛋白在DNA修复中起重要作用，HMGAl可与抑癌基因P53及错配修复基因hMSH2.hMSH6复合物竞争结合霍利迪连结体（Holliday junction），影响DNA错配修复功能。HMGAl还可负性调节DNA修复有关一系列基因转录，间接影响修复功能，Borrmann等报道HMGA2结合核苷酸切除-修复基因ERCC1启动子，负性调节它活性。并且HMGA2表达可抑制DNA双链断裂修复信号通路激活。 2.3.2 HMGA与细胞周期 细胞周期蛋白（cyclin）是调节细胞周期活动重要蛋白。HMGA2 可以诱导E2F1活性，而E2F1对诸多细胞周期蛋白涉及cyclinA 和细胞进入S期和G2/M 期所需其她蛋白表达有调节作用，因而，HMGA2 可以间接干扰细胞周期。并且已经证明HMGA2通过和转录抑制物p120E4F（也叫E4F1）协同，上调cyclinA表达，同步，HMGA2也可以结合cyclin B2基因启动子，上调cyclinB2表达，加速细胞周期转化，增进肿瘤发生。HMGA2也可以通过结合pRB继而提高E2F1转录因子活性，增进肿瘤异常增殖。 2.3.3 HMGA 蛋白与上皮间质转化（EMT） 上皮间质转化（Epithelial- mesenchymal transition，EMT）是胚胎发展和上皮细胞去分化到一种成纤维样状态，重新获得侵袭、迁移和或以一种失控形式增殖晚期上皮性肿瘤中一种普遍特性。Thuault等研究发现，在TGF-信号通路中，smad可以通过HMGA2上调其下游目的基因snail、Twist和slug表达上调，特别是snail表达上调，导致E-cadherin表达下调，细胞间极性丧失而诱发EMT。 查郎等研究发现，胃癌组织中HMGA2表达与E-cadherin和N-cadherin表达有明显有关性，其重要机制也许是HMGA2促使癌细胞发生EMT，使之具备更强侵袭能力。 2.3.4 HMGA与miRNA 表达 miRNAs是一类小分子单链RNA，长18-24个核苷酸，可以典型结合特异靶向mRNA3UTR，抑制它们在转录后水平表达。HMGA蛋白合成是受miRNA 调节。Let-7是最早发现miRNAs之一，可发挥肿瘤抑制作用。Let-7可增进HMGA2mRNA降解，抑制其表达。Let-7对HMGA2作用重要是通过与HMGA23-UTR多标记位点结合，而染色体异位使HMGA2失去3-UTR后，let-7无法与其结合从而失去抑制作用，最后诱导肿瘤发生。 反过来，HMGA也能调节miRNA表达。研究发现，HMGA1在MCF7细胞中上调miR-181。这与在各种恶性肿瘤中miR-181 表达增长数据是一致。而miR-181负性调节polycomb 基因CBX7表达，这种基因表达缺失与结肠癌患者不良预后之间有有关性。 2.4 HMGA 蛋白在良恶性肿瘤中研究进展 HMGA基因在胚胎期及迅速增殖细胞中高表达，但是在已成熟组织表达很低，甚至检测不到4。近些年来研究显示这种基因在肿瘤细胞体外和在体中均表达增高。现将HMGA与肿瘤分述如下： 2.4.1 良性实体瘤 HMGA基因表达最早发现是在间质来源良性细胞中发现，肿瘤特异染色体重排导致一种特异融合蛋白形成，这种融合蛋白显示与诸多肿瘤类型进展关于。HMGA基因重排已经在不同良性间质细胞肿瘤中发现，例如：脂肪瘤、子宫平滑肌瘤、血管粘液瘤、肺错构瘤和子宫内膜息肉等。基因重排是诸多人类良性间质细胞肿瘤特性，相反，未重排HMGA过表达是恶性肿瘤特性。 2.4.2 恶性实体瘤 HMGA蛋白参加人类恶性肿瘤初次证据来源于Bussemakers 等小鼠细胞系。应用差示杂交，将Dunning R-3327-H良性小鼠前列腺肿瘤细胞系和来源于这一细胞系有高度侵袭性MatLyLu 细胞进行对照，她们发现过表达HMGA1与远处转移能力关于，而与生长速度无关，提示它在肿瘤进展中作用。随后，通过原位杂交，她们证明高度前列腺肿瘤中HMGA1表达增长。Motoyama等对110例胃癌患者进行研究后发现HMGA2 mRNA高表达与胃癌浸润深度、淋巴结转移呈正有关，且随访成果表白HMGA2高表达患者生存期明显低于低表达者。查郎等通过对71例胃癌患者研究后发现，胃癌组织中表达与胃癌临床分期呈正有关，伴淋巴结转移胃癌患者组织中HMGA2阳性表达率明显高于无淋巴结转移者。此外，在各种肿瘤组织有发现HMGAl/HMGA2过表达，涉及结肠、肺、乳腺、卵巢、胰腺、甲状腺等。在体内外实验中也发现HMGA2在肿瘤发生发展中发挥重要作用，HMGA蛋白高表达经常与初期转移、高度恶性表型、预后不良及较短生存期有关，可作为潜在预后判断分子。 此外，在血液肿瘤方面，Pierantoni等发现HMGA1在诸多白血病细胞系和大多数人类白血病中过表达。 3.小结 近年来，随着人们生活水平提高和生活方式变化，肿瘤发生率明显升高，已严重危害人类健康。当前，虽然对肿瘤研究正不断深化、广泛，但是，对肿瘤治疗手段，依然以老式手术、放化疗为主，基因治疗正逐渐成为研究热点，有些肿瘤基因靶向治疗也获得了一定效果。 HMGA蛋白可以通过结合DNA内AT丰富区来变化染色体构造或直接干扰诸多转录因子，从而调节诸多目基因表达。在胚胎时期广泛表达，但是在成熟组织中表达缺失或低表达，但诸多研究表白，HMGA蛋白在恶性肿瘤中呈过表达现象，那么通过研究HMGA蛋白在肿瘤发生、发展中详细作用与机制，无疑为肿瘤初期诊断及治疗提供了新方向。 参照文献： 1Goodwin G H et a1.Eur J Biochem，1973。38：14 2Bustin M.Trends Biochem Sci.26：152 3Reeves R et a1.DM Repair（Amst）.4：926 4FuscoA，FedeleM.Roles of HMGA proteins in cancer.Nat Rev Cancer.Nat Rev Cancer，7：899-910. 5Fsdele M，Palmieri D，Fusco A.HMGA2：Apituitary tumour subtype specific oncogene.Mol cell Endocrinol，326：19-24. 6杨国良，薄隽杰.高迁移率族蛋白A2与肿瘤.中华人民共和国癌症杂志，20：156-160. 7Reeves R et a1.Gene，277：63 8Huth JR ef a1.Nat Struct Bio1.1997，4：657 9Leger H et a1.Mol Cell Biol.1995.15：3738 10Tessari MA et a1.Mol Cell Bio1.23：9104 11Reeves R.Molecular biology of HMGA proteins： hubs ofnuclear functionJ.Gene，277（1/2）16381. 12Lewis RT et al.J Biol Chem.276：9550 13Galande S.Curr Cancer Drug Targets.，2：157 14Zhao K et a1.EMBo J.1993.12：3237