DACH1在多种肿瘤发生中的作用机制研究进展

Research Progress on the Mechanism of Action of DACH1 in Various Tumorigenesis

摘要: 肿瘤一直以来都是全世界医学研究的热门课题。近年来，研究发现细胞命运决定因子DACH1在人类多种肿瘤细胞中的表达与肿瘤的发展关系密切。然而DACH1在肿瘤中确切的作用和机制还没有形成统一的认识。本文对DACH1的来源分布、结构特点、生物学功能以及在多种肿瘤细胞中的发生发展机制进行了综述，皆在探索DACH1在肿瘤发生发展中的抑制作用。

Abstract: Tumor has always been a hot topic in medical research all over the world. In recent years, it has been found that the expression of cell fate determinant DACH1 in a variety of human tumor cells is closely related to the development of tumor. However, the exact role and mechanism of DACH1 in tumor have not yet formed a unified understanding. In this paper, the origin, distribution, structural characteristics, biological function and the mechanism of occurrence and development of DACH1 in a variety of tumor cells were reviewed, all of which were to explore the inhibitory effect of DACH1 on tumorigenesis and development.

1. 引言

DACH1 (Dachshund homolog 1)是果蝇dachshund基因的人类同源基因，参与果蝇眼睛、神经系统和四肢的发育 [1]。DACH1基因编码760个氨基酸，分子量为52 kDa。腊肠家族转录因子1由DACH基因编码，全长400 kDa，由12个外显子编码。该基因位于人类的第13号染色体(13q22)。它编码一种染色质相关蛋白，与其他DNA结合的转录因子结合，在发育过程中调节基因的表达、mRNA的翻译、辅活化子的结合和细胞命运的决定。而近几年的研究发现，DACH1基因在肿瘤的发生发展中同样有着不可小觑的作用。

2. DACH1基因的结构及蛋白质修饰

DACH1基因有四种编码不同异构体的剪接转录本，在包括肾脏和心脏在内的多个人类组织中检测到DACH1 mRNA。Dachshund结构域1 (Dachshund domain 1，DD1，又称Box-N)具有一个预测的螺旋–转角–螺旋家族结构。人DACH1Box-N的X-射线晶体结构表明，DACH1蛋白含有一个与原癌基因SKI/SnO保守的结构域，该结构类似于α/β结合蛋白的翼螺旋/叉头亚组，广泛表达于骨髓、脑、结肠、眼、心、肾、肝、肺、胰腺、松果腺、胎盘、前列腺、视网膜、骨骼肌等部位。

DACH1被磷酸化、乙酰化和SUMOlation修饰，DACH的乙酰化决定了DACH1与p53抑癌基因的结合，从而决定了与干细胞抑制和抑制细胞增殖有关的p53功能的子集，而DACH的乙酰化决定了HDAC的结合。Dach1的磷酸化促进yb-1的结合、亚细胞分布和通过翻译emt调控基因诱导EMT的发生。

3. DACH1的功能

生物发育：DACH是Ski基因家族中的一员，DACH1基因编码参与了眼睛和组织的发育，促进冠状动脉的生长 [2] [3]，并对肾功能的正常发挥具有重要作用 [4]。Dach1基因缺失小鼠在出生后早期死亡，但在所检测的任何器官系统中，包括肾脏，都没有发现发育缺陷，但Dach1基因缺失的小鼠在出生后早期就会死亡，而Dach1基因缺失的小鼠在出生后早期就会死亡，尽管在所检测的任何器官系统中都没有检测到发育缺陷，包括肾脏。DACH1在视网膜和垂体细胞增殖的前体中起着重要的作用。

转录：DACH1通过与包括c-jun、雌激素受体α、雄激素受体和基础转录装置在内的转录因子相互作用，通过与协整蛋白CA150的结合来实现转录功能。奇怪的是，DACH1选择性地与c-jun的δ结构域结合，该结构域已知与内源性细胞抑制因子相互作用。DACH1直接与叉头状DNA序列结合，抑制FKHR蛋白子集的致癌信号。DACH1控制EMT调控的mRNA翻译和Snail1的转录。

细胞迁移及抑制癌细胞增长：DACH1能够抑制血管内皮细胞、成纤维细胞和前列腺上皮细胞的迁移，其中DACH1通过异型信号维持迁移的方向性。DACH1蛋白能够阻止癌细胞(肺、乳腺、前列腺)的增殖 [5] [6]，并抑制乳腺癌细胞中雌激素受体的活性。

4. DACH1在各种肿瘤发生机制中的作用

4.1. DACH1与乳腺癌

乳腺癌虽然在早期的诊断和治疗策略上取得了显著的成就，但由于其高发病率和死亡率，仍受到世界各国的高度关注 [7] [8]。

视网膜决定基因网络(RDGN)包括DACH1、EYA1和SIX1，在多器官发育中起着至关重要的作用。作为RDGN的两个重要成员，SIX1和EYA1的高表达是影响乳腺癌患者临床结局的不利因素 [9] [10]。相反地，DACH1却表现出抑癌作用，且DACH1表达减少，预示着乳腺癌患者的生存能力较差。近年来，多项证据表明启动子区域的高甲基化导致了DACH1的下调，这与包括乳腺癌在内的许多癌症的增殖、侵袭和转移密切相关。DACH1拮抗乳腺癌癌基因的转录和翻译，诱导，诱导上皮细胞间质化 [11]，抑制了肿瘤的生长，侵袭和迁徙。近年来的研究表明，肿瘤干细胞(cancer stem cells, CSCs)具有强大的自我更新能力，可导致肿瘤复发和转移，内源性DACH1参与了CSCs的负调控。

CD44是一种广泛存在于哺乳动物细胞膜上的糖蛋白，在细胞分裂、黏附和迁徙等多种生物学功能中发挥着重要的作用。CD44作为CSCs的一个众所周知的标志物，促进肿瘤的发生、侵袭、转移和治疗抵抗 [12]。它通过调控Ras-Raf-Mek-Erk-Cyclin D1通路、phosphoinositide 3-激酶(PI3K)-Akt信号通路等相关通路促进细胞增殖、抑制细胞凋亡，并刺激EMT，促进肿瘤侵袭转移。

而最新的研究发现，DACH1与CD44呈负相关，CD44可能是乳腺癌中DACH1的新靶点。与正常乳腺相比，乳腺肿瘤组织中DACH1减少，而CD44增加。低级别和高级别的癌组织通过IHC分析后，显示出DACH1与肿瘤级别呈负相关，CD44与肿瘤级别呈正相关；同时，使用载体将DACH1在乳腺癌细胞Met-1中转导表达后，通过mRNA分析，CSC标志物CD44、KLF4、MYC减少；EMT标志物FN1、VIM也减少。通过Western bolt发现，DACH1异位表达导致Met-1细胞中CD44、纤连蛋白、波形蛋白显著降低，p21、p27显著上调。采用Met-1细胞皮下植入裸鼠，然后将DACH1在Met-1细胞中表达，与对照组相比，可以显著的观察到肿瘤的体积和重量均降低了接近90%，其肿瘤生长的速度也明显降低。

最后为了评估DACH1在乳腺癌预后中的价值，通过分析已发表的基因数据库(GEO)，其中包括3574名乳腺癌患者。得出了患者DACH1的mRNA更高的表达，其死亡时间延后。

4.2. DACH1与肺腺癌

C-X-Cmotif ligand 8 (CXCL8)是一种促炎趋化因子，通过自分泌或旁分泌的方式对肿瘤细胞的增殖、侵袭和迁移产生多种作用。CXCL8又称为白介素-8 (IL-8)，属于谷氨酸–亮氨酸–精氨酸(ELR) + CXC趋化因子。一般由巨噬细胞、上皮细胞、气道平滑肌细胞和内皮细胞产生。由肿瘤坏死因子α (TNF-α)和白介素-1β (IL-1β)诱导快速产生。与CXCL5、IL-6等炎症因子类似，CXCL8负责中性粒细胞和粒细胞向炎症部位的募集和活化 [13]。过表达CXCL8在肺腺癌(lung adenocarcinoma, ADC)的发生发展中发挥了重要作用。

近年来，ADC在mRNA和蛋白水平上均发现DACH1降低 [14]。DACH1以依赖p53的方式阻断ADC细胞生长，增强细胞周期阻滞。此外，DACH1可抑制过氧化物氧还蛋白3 (PRX3)介导的ADC的发生和侵袭 [15]。

而最新的研究发现，CXCL8无论mRNA水平抑或其蛋白质水平均与ADC的进展有关 [16]。CXCL8mRNA水平随着肿瘤大小的增加呈上升趋势；而通过ELISA法对ADC患者的血清CXCL8蛋白水平进行分析，显示晚期ADC患者血清CXCL8水平明显高于正常样本。此外，晚期ADC患者比早期ADC患者分泌更多的CXCL8到外周循环。Liu Q.等人通过在肺癌组织和细胞中进行了CXCL8和DACH1mRNA水平的相关性分析，其结果显示CXCL8和DACH1之间呈负相关关系。而CXCL8和其他已知的肿瘤抑制基因p53和CDKN1B等无明显的负相关关系。在后续实验中，Liu Q.等人通过建立能够持续表达DAC1的A549肿瘤细胞模型小鼠，发现持续表达DACH1的A549细胞具有较低的致癌能力与较慢的肿瘤生长速度。在稳定表达DACH1的ADC细胞系(A549和SKLU)中进行的实验研究表明，CXCL8在mRNA和蛋白水平上均下调。另一方面，DACH1的缺失可以消除其对CXCL8的抑制作用，导致CXCL8的过度活化。在功能上，DACH1明显抑制了CXCL8诱导的A549和SKLU细胞迁移，说明CXCL8的促癌作用可通过DACH1在ADC中的表达而减弱。基于ADC异种移植小鼠模型的结果，DACH1有效抑制CXCL8及促增殖因子cyclin D1、Ki-67的表达，从而显著抑制肿瘤生长。综上所述，CXCL8是DACH1的潜在靶点，DACH1可以抑制CXCL8在体内外介导NSCLC细胞生长和转移的表达和功能 [17]。此外，DACH1也能够明显抑制CXCL1的表达，改善ADC患者预后 [18]。

4.3. DACH1与结直肠癌

结直肠癌(Colorectal cancer, CRC)是所有恶性肿瘤中治愈率最高的肿瘤之一，但仍是世界第四大癌症相关死亡原因。绝大多数证据表明，异常表达microRNA (miRNA/miR)通过影响调节癌症进展的基因的表达来促进CRC的发展。

最新的研究发现，miRNA-552与CRC有着密不可分的关系。Cao J.等人 [19] 首先通过RT-qPCR检测20对CRC组织及其邻近正常组织中的表达，结果显示miRNA-552在CRC组织中的表达水平明显高于正常对照组织。而与正常结肠癌NCM460细胞系相比，miRNA-552在CRC、LOVO、SW620和HCT116的细胞系中均上调。同时通过菌落形成实验发现miRNA-552过表达增加了两种CRC细胞系的增殖能力。同时，Cao J.等人进行了伤口愈合和Transwell实验，miRNA-552低表达组与对照组相比较，LOVO与SW620细胞伤口愈合速度明显下降。

已知DACH1在CRC中经常下调，与预后差密切相关。Cao J.等人将LOVO与SW620细胞中的miRNA-552表达下调之后，通过RT-qPCR和western blot分析显示DACH1的mRNA和蛋白表达明显上调。

除此之外，已经确认了在乳腺癌与卵巢癌中DACH1会抑制生长因子β信号通路，在CRC中会抑制Wnt/β连环蛋白通路。Wnt/β-连环蛋白通路是一种进化保守的途径，这是很重要的在启动和调节各种各样的细胞活动，包括细胞增殖、细胞钙稳态和极性。有很多目标蛋白质在Wnt/β-连环蛋白信号通路，包括c-Myc基因，细胞周期蛋白D1，MMP3和LEF。既往研究表明，DACH1与c-Myc和cyclin D1呈负相关。高表达的DACH1常伴有低表达的c-Myc。将miRNA-552下调之后，DACH1显著上调，同时c-Myc表达也有所降低，在其之后通过western bolt检测到糖原合成酶激酶3β (GSK3β)，细胞周期蛋白D1和β连环蛋白。

4.4. DACH1与肝癌

肝细胞癌(HCC)是第四常见的癌症，在癌症中死亡率排名第二。近些年来，肝癌的分子基础方面取得了许多进展。然而，确定早期环境线索与疾病表型之间关系的分子机制却知之甚少。主要原因是这些相互作用是复杂的，难以精确量化，而且经常发生在很长一段时间内。

SIX1是同源结构域转录因子SIX家族的一员，对许多器官的发育是必不可少的。事实上，它被认为是一种癌胎蛋白，因为在动物模型和人类中，由于SIX1的失调和不适当的重新表达会导致基因组不稳定、恶性转化和转移。在人类许多的癌症中发现SIX1有超表达，它还与肿瘤的进展、转移并降低肿瘤患者生存率有关 [20]。SIX1通过刺激肿瘤干细胞从而促进结直肠癌的生长与转移，通过上调血管内皮生长因子(Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF)刺激血管生成。此外，SIX1的升高，与骨肉瘤患者存活率低有关。

Cheng Q.等人 [21] 检测了50例肝癌组织样本和50例癌旁组织样本。在所有差异表达基因中，分别选取5个高表达基因和5个低表达基因绘制热图发现SIX1在肝癌组织中高表达，DACH1在肝癌组织中低表达。其中SIX1的log fold-change值为正值，表明肿瘤组织的表达较邻近肿瘤组织高。DACH1的log fold-change值为负值，表明肿瘤组织相对于邻近组织表达较低。通过RT-qPCR分析50例标本同样显示在肝癌组织中，SIX1高表达，DACH1低表达。而在三种肝癌细胞系(SK-HEP-1, Huh-7 and HepG2)中，HepG2细胞表现最明显。

随后，Cheng Q.等人通过分别上调和下调HepG2中SIX1和DACH1之后发现：在细胞凋亡过程中，SIX1起抑制作用，DACH1起促进作用。细胞周期实验表明，抑制SIX1和过表达DACH1后，细胞在G2 / M期发育迟缓。同时检测细胞周期相关蛋白，当抑制SIX1时，P21表达增加，CDK1表达减少；而表达SIX1时，p21表达受到抑制，CDK1表达升高。而表达和抑制DACH1之后，得到的结果完全相反。

用免疫共沉淀法分析蛋白质间的相互作用，Cheng Q.等人发现DACH1与SIX1和p53相互作用，而SIX1只能与DACH1相互作用。随后通过western bolt进一步验证了DACH1、SIX1、p53和MDM2之间的相互作用。DACH1和p53蛋白的表达与SIX1的表达呈负相关。SIX1过表达抑制了DACH1和p53的表达。当p53表达被抑制时，MDM2升高，这与p53的稳定性有关。而DACH1过表达或沉默对SIX1蛋白表达无显著影响。DACH1过表达升高p53表达，抑制MDM2表达，对SIX1表达无明显影响。过表达SIX1和降低DACH1的表达进一步降低p53的表达，诱导肝癌。通过在小鼠模型上的观察发现，SIX1过表达的小鼠肿瘤细胞生长得更快，相反DACH1过表达的小鼠肿瘤细胞肿瘤生长减缓。前者的肿瘤大小较后者也明显更大。

5. 总结与展望

如今，对于DACH1在肿瘤中的发挥作用的研究报告越来越多，除本文涉及肿瘤之外，在胶质瘤中的作用也在最新的研究中被发现 [22] [23]。DACH1作为一个抑癌基因，作用虽然得到了认可，但其确切机制仍尚待探究。在今后的研究中，探讨与之相关的miRNA或许是一个新的方向。

NOTES

^*通讯作者。