锌指蛋白在非小细胞肺癌中的研究进展

Progress of Zinc Finger Proteins in Non-Small Cell Lung Cancer

摘要: 肺癌是一种严重危害人类健康的恶性肿瘤，其发生发展的分子机理仍不清楚。锌指蛋白是一种重要的转录因子，对基因的表达具有重要的调节作用。研究发现，锌指蛋白在肺癌中发挥着类似于原癌和抑癌基因的功能，是一种潜在的肿瘤基因治疗靶点。由于小细胞肺癌的发生发展机制复杂，至今尚未完全揭示。锌指蛋白已被证明在包括非小细胞肺癌在内的许多癌症中起着关键作用。本文就锌指蛋白与非小细胞肺癌的关系做一综述。我们将讨论锌指蛋白的组成和类型及其在非小细胞肺癌中的作用机制。

Abstract: Lung cancer is a kind of malignant tumor that seriously endangers human health, and the molecu-lar mechanisms have not been elucidated. Zinc finger proteins are a class of transcription factors with finger-like domains that play an important role in gene regulation. Studies have shown that zinc finger proteins are widely involved in the occurrence of lung cancer, and their effect is similar to that of oncogenes or tumor suppressor genes, which is expected to become a new target for gene therapy of lung cancer. Due to the complex mechanism of small cell lung cancer, it has not been fully revealed. Zinc-finger proteins have been shown to play a critical role in many cancers, including small-cell lung cancer. This paper summarizes the relationship between zinc finger protein and non-small cell lung cancer. We will discuss the composition and type of zinc finger proteins and their mechanism of action in non-small cell lung cancer.

1. 引言

肺癌在恶性肿瘤中具有很高的致死率。非小细胞肺癌(Non-Small Cell Lung Cancer, NSCLC)是肺癌发病率最高的一种。肺癌在我国的发病率和死亡率在恶性肿瘤中一直居高不下。近年来，肺癌的治疗方法也不断地丰富起来。非小细胞肺癌的治疗是肿瘤研究的热点 [1] [2] [3] 。肺癌的死亡率在世界范围内极高。男女肺癌发病率存在差异，分别为12%和13%，死亡率为22% [4] 。它远远超过其他类型癌症的死亡率，在癌症死亡率中排名第一。其中，非小细胞肺癌(NSCLC)约占全部肺癌的85% [5] 。非小细胞肺癌与小细胞肺癌相比，其早期临床表现并不显著，大多数在就诊时进展，预后较差。虽然NSCLC的靶向药物治疗已经取得了一些进展，但患者在治疗过程中仍可能出现耐药性 [6] 。因此，寻找新的特异性分子靶点和药物治疗对NSCLC的防治具有重要意义。锌指蛋白(Zinc-Finger Proteins, ZNFs)是真核生物中普遍存在的一类蛋白质，可以调节多种生物学功能。它们是最早发现的DNA结合蛋白之一，因此也是研究最多的基因调控因子。大多数锌指蛋白都是保守的，并且仅存在于特定类型的细胞中。锌指蛋白在许多恶性肿瘤中起着重要的作用。ZNF以参与调控基因的转录和翻译的方式参与肿瘤的发生发展过程 [7] 。转录因子(Transcription Factors, TFs)是真核细胞内普遍存在的一种蛋白，通过与DNA特异序列相互作用来调控基因的表达。转录因子可以特异地结合到DNA的序列上，也可与RNA聚合酶形成转录起始复合物，从而调节特异性序列基因的转录。在1985年，非洲爪蟾卵母细胞的TFIIIA蛋白中发现了一种新的锌指蛋白，它与重复序列发生了多次的相互作用。1988年，Frankel和Pabo首次提出了半胱氨酸(Cys)和组氨酸(his)两个保守氨基酸序列的相对独立结构。可以通过β折叠和α螺旋与Zn²⁺结合形成稳定的“指状”结构，因此得名“(Zinc Finger)” [8] 。研究表明，锌指蛋白在非小细胞肺癌组织及癌旁组织细胞中的异常表达与非小细胞肺癌的发生发展有关。为了揭示锌指蛋白在非小细胞肺癌中的作用机制，为非小细胞肺癌的诊断和治疗提供新的靶点。本文就锌指蛋白的组成和类型及其在非小细胞肺癌中的作用机制做一综述。

2. 锌指蛋白的结构及功能

锌指结构是一类广泛存在于多种蛋白中的指状结构。在基因表达调节中，起重要作用的蛋白质多为锌指结构。ZNF是一类由多肽中特有的氨基酸残基形成的稳定蛋白，是一类稳定蛋白。到目前为止，基于锌结合部位周围的结构特征，报道了8种不同类型的锌指结构：类C2H2型锌指(C2H2-likefinger)、塞结状锌指(Gag knuckle)、高音谱号锌指(Treble clef finger)、带状锌指(Zinc ribbon)、Zn2Cys6锌指(Zn2/Cys6-likefinger)、类TAZ2型锌指(TAZ2-domain like finger)、锌离子结合短环锌指(Short zinc binding loops)及金属硫蛋白锌指(Metallothionein) [9] 。由于锌指结构丰富多样的组合，ZNFs在不同的细胞状态和刺激条件下具有不同的基因调控作用，在细胞分化，凋亡、自噬中发挥着重要作用 [10] 。最近的研究提示，ZNFs在肿瘤发生、发展、侵袭、转移、凋亡等过程中起着关键的调控作用。此外，ZNFs的调控机制在不同类型的肿瘤中，在同一肿瘤的不同亚型中也是不同的。

3. 与非小细胞肺癌相关的锌指蛋白

3.1. 锌指蛋白217 (Zinc Finger Protein 217)

锌指蛋白217 (Zinc-Finger 217, ZNF217)是在人类20 q13.2号染色体上发现的一种蛋白质。有调查表明 [11] ，ZNF217在多种肿瘤的发生发展中起着重要作用，并在多种人类肿瘤的发生、发展、侵袭、转移和凋亡中发挥致癌基因作用。ZNF217也是一种核转录调控因子，可以特异性地与DNA结合，抑制肿瘤抑制基因如TGF-和P53的转录 [12] 。在乳腺癌中，有研究表明 [13] ZNF217的高表达是乳腺癌骨转移的中介因子和重要指标。首先，研究人员发现ZNF217mRNA高表达的患者比低表达的乳腺癌患者更容易发生骨转移。其次，体内无创多模态成像显示，ZNF217高表达的患者加速了严重溶骨性病变的发展。因此，在乳腺癌中，ZNF217具有促肿瘤生长及转移的作用，这与乳腺癌患者的总生存率和无进展生存率呈负相关。研究发现 [14] ，在非小细胞肺癌组织和癌旁组织中ZNF217表达较高。因此，我们可以推断，ZNF217可能通过调控参与内皮间质转化(Epithelial-Mesenchymal Transition, EMT)过程中的关键分子的翻译转录，从而影响到非小细胞肺癌的侵袭及转移。另外，更为精确的分子机制水平还需要通过进一步的细胞水平实验来证实。

3.2. E盒结合锌指蛋白2 (ZEB2)

E盒结合锌指蛋白2 (Zinc finger E-box-Binding homeobox 2, ZEB2)也属于锌指蛋白家族 [15] ，但其调控机制尚不清楚。ZEB2是snail家族中的一个关键转录抑制因子。它通过BMP和TGF信号通路对下游转录因子产生影响，并发挥相应的生物学功能。在以往的实验中 [16] ，双荧光素酶分析和Western blot结果证实miR-124可以靶向作用于ZEB2进而抑制ZEB1的表达。首次阐明了miR-124通过3’-UTR与ZEB 2相互作用调控肝癌的增殖、凋亡、迁移、侵袭和EMT。WU [17] 等证实ZEB2mRNA和蛋白在宫颈癌组织中高表达，本研究将有助于阐明ZEB2在宫颈癌发生发展中的作用及机制，为宫颈癌的防治提供新的理论依据。WANG [18] 发现miR-383-5p可能通过下调ZEB2的表达，抑制Eca-109细胞的增殖、浸润及上皮间质转化，延缓食管癌的进展。先前的一些研究 [19] 分析了ZEB2在非小细胞肺癌(NSCLC)和癌旁组织中均有表达，提示ZEB2在非小细胞肺癌(NSCLC)中的表达明显高于癌旁组织。这表明ZEB2基因在非小细胞肺癌(NSCLC)组织中的表达水平与肿瘤大小、分期、淋巴结转移及细胞分化密切相关。该研究中，通过对非小细胞肺癌(NSCLC)病人的长期随访，发现ZEB2基因表达与非小细胞癌患者的总体生存及无病生存显著相关，表明ZEB2小分子信号通路可能是预测NSC患者预后的一个重要指标。

3.3. CXXC锌指蛋白

CXXC锌指蛋白1 (CXXC Finger Protein-1, CFP1)是一种在哺乳动物细胞中参与DNA甲基化和组蛋白修饰的表观遗传调控因子CXXC锌指蛋白1 (CXXC Finger Protein-1, CFP1)，其CFP1基因点定位于18q21，位于人类染色体的一个区域，长度为2487 bp，656个氨基酸序列组成的转录蛋白位于细胞核中 [20] 。CFP1蛋白在哺乳动物细胞中只能与未甲基化的核苷酸序列结合，并通过调节DNA甲基转移酶1 (DNMT1)参与胞嘧啶的甲基化 [21] 。此外，CFP1是Set1的一种亚基，可通过三甲基化(H3K4me3)修饰组蛋白H3的赖氨酸4，影响DNA损伤修复和DNA损伤修复 [22] 。CFP1是一种参与DNA甲基化及组蛋白修饰的关键基因，与肿瘤的发生发展关系密切。

4. 锌指蛋白在非小细胞肺癌中的作用

4.1. 促进细胞增殖、生长

非小细胞肺癌组织中ZNF217蛋白表达水平显著升高，ZNF217高表达的NSCLC患者生存时间较短 [23] 。进一步研究表明，ZNF217可能通过miR101/ZNF217/CDH1信号通路介导EMT，进而促进HCC侵袭转移 [24] 。神经元限制性沉默因子(NRSF)是一种在人肝细胞癌中显著高表达的锌指蛋白，通过招募组蛋白去乙酰化酶等辅助因子在转录调控中起负作用。NRSF基因敲除后，HepG2细胞增殖受到显著抑制，其迁移、浸润能力显著降低 [25] 。ZNF233基因定位于19 q13.31，为Kruppel的C2类型H2 ZNF家族成员，编码670个氨基酸。我们前期研究发现，ZNF233mRNA在肝癌中显著上调。我们还发现ZNF233能促进SMMC-7721的G1/S期转换，从而促进SMMC-7721的增殖 [26] 。LI等 [27] 研究表明，含13型锌指CCHC (ZCCHC 13)是一类在HCC细胞中高表达的印迹基因。ZCCHC13可通过活化细胞周期相关信号(ATK/ERK/c-MYC/CDK)通路促进肝癌的增殖 [28] 。前期研究发现，ZNF191可通过上调Wnt8B基因的mRNA及蛋白表达，增强Wnt8B启动子区转录活性，进而影响肝癌细胞的增殖。据WANG等 [29] 报道，ZNF300是一个新发现的ZNF300，可活化TRAF2，结合IKKβ，进而激活NF-κB通路，促进肿瘤进展。进一步研究发现，在肝癌中过表达ZNF300后，肝癌细胞增殖和转移能力明显增强。大量的血液肿瘤数据显示，ZFR是一种潜在的致癌基因。在肝癌中，ZFR的过表达和shRNA的沉默都能促进肝癌细胞的增殖，这说明ZFR是通过调控肝癌细胞的增殖来促进肝癌发展的 [30] 。LUO等 [31] 报道，MYC关联锌指蛋白(MAZ)在肝细胞癌中高表达，且与肝细胞癌的远处转移密切相关。并且，MAZ可诱导肝癌细胞发生EMT，进而促进肝癌的侵袭转移。ZHENG等 [32] 发现，E74样转录因子3 (ELF3)在肿瘤组织中表达升高，且ELF3的高表达与病人的预后密切相关。ELF3下调后，miR-141-3P和ZEB1的表达水平降低，进而抑制EMT的发生。

4.2. 侵袭、转移

与癌旁组织相比，ZNF300和P-糖蛋白(P-gp)在耐药细胞中的表达显著升高。过表达ZNF300后，长春新碱抵抗细胞(Vincristine Oncovin, VCR)水平升高，胞内表达水平升高。在Hep G2IVCR耐药细胞中：ZNF300基因的表达明显增加，并通过上调耐药蛋白P-gp的表达促进肝癌细胞的耐药 [33] 。与丝裂原活化蛋白激酶1 (P-MNK1)相互作用是p38和ERK信号通路下游的常见激酶。其通过磷酸化真核翻译促进因子(eIF4E)的第209位丝氨酸，调控蛋白的生物合成，导致致癌基因的mRNA的翻译，从而促进肿瘤的生长。MAPK信号转导途径在多种生命活动中发挥着重要的调控作用 [34] 。MAPK信号通路在肿瘤细胞的增殖、凋亡、侵袭转移等过程中发挥着重要作用。在关于ZNF217的文章中，P-MNK1和ZNF217在NSCLC中有高表达，这两个基因对NSCLC的预后有一定的影响。可作为非小细胞肺癌患者预后评价的参考指标 [23] 。结果显示，ZNF217蛋白在肝癌组织中的表达明显高于正常组织，肝癌TNM晚期(III + IV期)、ZNF217高表达 [35] 。

4.3. 耐药

肿瘤免疫抵抗一般分为两种机制：1) 肿瘤内源性机制：基因及相关信号通路改变，肿瘤突变(Tumor mutational Burden, TMB)基因负荷下降，新抗原降低，pd1，抗原提前降低；2) 肿瘤外源性机制：免疫效应细胞、替代免疫分析位点、免疫抑制细胞、肿瘤微环境(Tumor Microenvironment, TME)。研究发现，在胃癌、乳腺癌、前列腺癌等恶性肿瘤中，蛋白连接蛋白Annexin A3、ZNF217蛋白的表达存在异常 [36] [37] 。Annexin A3蛋白属于依赖于Ca²⁺的磷脂结合蛋白家族。在肿瘤的发生、转移及耐药中起重要作用。发现该蛋白在前列腺癌、肺腺癌、胆囊癌、结直肠癌、甲状腺癌等肿瘤中与肿瘤细胞功能、肿瘤浸润转移、异常血管形成及肿瘤耐药等有关，近年来学者将该蛋白作为卵巢癌顺铂耐药的标志蛋白 [38] 。研究表明，ZNF217能显著下调阿霉素诱导的乳腺癌细胞凋亡，并通过RNA技术下调ZNF217的表达后，乳腺癌细胞对阿霉素的敏感性明显下降 [39] 。ZNF217在食管癌、前列腺癌、胃癌和乳腺癌等多种癌症中发挥重要作用。此外，对大肠癌的研究显示，ZNFZ17基因表达水平的提高会增加肝转移的几率，使患者的预后变得极其糟糕。卵巢癌患者中也检出ZNFZ17基因扩增及表达增强，提示ZNF217也可能是卵巢癌发生的促进因子之一。研究表明 [40] ，与ZNF217蛋白在卵巢良性肿瘤和正常卵巢组织中的表达相比，Annexin A3蛋白在耐药卵巢癌组织中的高表达率明显高于一些敏感和高度敏感的卵巢癌组织，且ZNF217蛋白在耐药卵巢癌组织中的高表达率明显高于部分高敏感卵巢癌组织，与部分敏感卵巢癌组织无显著差异。最近的研究表明 [41] 非小细胞肺癌患者血清miR-532-3p水平升高和MAPK水平降低与EGFR-TKI耐药有关。两者均可作为评价EGFR-TKI耐药性的血清指标，并与患者预后密切相关。由此可见，非小细胞肺癌的耐药机制是复杂的，需要我们进入更深入的研究。

5. 小结

锌蛋白家族是人类基因组中最大的转录因子家族。不同水平的ZNF蛋白表达在非小细胞肺癌的发生发展中发挥着不同的调控作用。1) 锌指蛋白在非小细胞肺癌中的表达差异由与非小细胞肺癌相关的miFMRNA控制，包括mir101、cdh1轴等。2) 多种蛋白的翻译后修饰(Protein Post-Translational Modification, PTM)也是ZNF的重要组成部分。3) 另外，在多种因子中，ZNF蛋白对基因的活化和抑制作用也各不相同。4) 不同的ZNF蛋白因其序列和与DNA特异性的不同而形成了不同的组合。因此，本项目拟深入研究ZNF蛋白的结构与功能，探索其在NSCLC发生发展中的分子机制，为NSCLC的靶向治疗提供理论依据。然而，ZNF在非小细胞肺癌发生发展中的具体分子机制仍不清楚，有待进一步研究。

NOTES

^*通讯作者。