锌指蛋白在消化道肿瘤中的研究进展

Research Progress of Zinc Finger Protein in Gastrointestinal Tumors

摘要: 锌指蛋白(Zinc Finger Proteins, ZFPs)是人体内最大的转录因子家族，通过其特有的锌指结构域来调控基因表达，在细胞分裂周期调控、形态功能转化、程序性死亡以及物质能量转换等基础生命活动中发挥重要作用。近年来，研究发现，多种锌指蛋白在消化道肿瘤(如胃癌、结直肠癌、肝癌等)的发生、发展及耐药性中发挥关键作用。本文综述了锌指蛋白的结构与功能分类、在消化道肿瘤中的分子机制及其临床转化潜力，以期为靶向治疗和诊断标志物的开发提供理论依据。

Abstract: Zinc finger proteins (ZFPs) are the largest family of transcription factors in the human body, which regulate gene expression through their unique zinc finger domains and participate in various biological processes such as cell proliferation, differentiation, apoptosis, and metabolism. In recent years, studies have found that a variety of zinc finger proteins play a key role in the occurrence, development and drug resistance of gastrointestinal tumors (such as gastric cancer, colorectal cancer, liver cancer, etc.). This article reviews the structural and functional classification of zinc finger proteins, their molecular mechanisms in gastrointestinal tumors, and their potential for clinical translation, in order to provide a theoretical basis for the development of targeted therapies and diagnostic markers.

1. 引言

据统计，每年全世界新发癌症病例中，消化道肿瘤新发病例增长态势与致死率在全球各区域呈持续升高趋势，手术治疗及放化疗等常规的治疗手段已无法日渐满足患者的临床需求[1]。越来越多的研究表明，锌指蛋白在多种消化道恶性肿瘤的发生和发展中起着至关重要的作用。锌指蛋白是人类基因组中最大的转录因子家族，其在不同的消化道肿瘤类型中失调的表达，表明它们可以充当肿瘤的促癌因子或抑癌因子[2]。因此，锌指蛋白的研究对于了解消化道肿瘤的发生、发展、复发和转移等生物学机制有着重要意义。本综述旨在总结锌指蛋白对消化道肿瘤细胞的生物学行为的调控机制，为探索其是否作为恶性肿瘤的潜在调节因子或预后标志物，提供临床干预方案及完善药物研发的理论支撑。

2. 锌指蛋白的结构与功能分类

锌指蛋白的锌指结构域是由锌离子与特定氨基酸残基(半胱氨酸/组氨酸)结合形成的具备独立功能的区域，其自我折叠形成短而稳定的“手指”状多肽空间构型，称为锌指。根据锌结合位点周围的主链构象和二级结构，可分为C2H2型、KRAB型、SCAN型等亚类[3]。锌指蛋白参与的蛋白质与DNA/RNA的特异性结合、蛋白质–蛋白质识别和相互作用以及膜结合等过程由于结构和结合对象的多样性，使得锌指蛋白具有多种生物学功能，如发育和分化过程、代谢、转录以及转录后调控和激活、蛋白质降解和信号转导等。

2.1. C2H2型锌指蛋白

Cys2-His2锌指蛋白(C2H2-ZNF)构成了最大的一类DNA结合转录因子[4]。C2H2锌指蛋白可与特定蛋白互作，结合或阻止结合DNA序列，识别相似蛋白或其他互作蛋白，进而调节基因转录表达[5]。例如，在各种癌症中，上皮–间质转化(EMT)与肿瘤发展中增强的细胞运动性和侵袭性密切相关。研究发现，ZNF217这一类C2H2型锌指蛋白，通过上调其表达，会抑制E-钙粘蛋白(E-cadherin)表达，从而促进EMT [6]。具体机制是通过调节EMT相关的MTA2/MTA3/Snai1/E-cadherin信号传导通路，进一步促进了癌细胞的粘附和侵袭[7]。C2H2锌指蛋白在多种分子、信号通路及病理生理活性调节中的作用表明，其可用作诊断或预后标志物，或作为某些癌症的治疗靶点或增敏剂。

2.2. KRAB型锌指蛋白(KZFP)

Krüppel相关盒(KRAB)结构域锌指蛋白构成了高等脊椎动物中最大的哺乳动物转录调节因子家族。KZFP的特征是存在一个N端KRAB结构域和一系列C端C2H2锌指结构域[8]。已被证实在遗传印记建立与维持、细胞分化等过程中主要作为转录抑制因子发挥转录抑制功能。越来越多的研究显示KZFP参与肿瘤生物学多个方面，多数作为肿瘤抑制基因[9]。研究发现，KZFP不仅调节基因表达，还参与DNA复制和基因稳定性，这可以影响癌细胞的遗传多样性和亚克隆群体的发生，从而发挥促癌作用。

2.3. 其他功能域组合

C2H2型锌指蛋白亚家族成员氨基端普遍含有由84个氨基酸组成、进化中高度保守且位于N端附近的SCAN结构域。SCAN结构域即亮氨酸富集区，是蛋白质相互作用结构域，介导自缔合或选择性结合[10]。BTB/POZ结构域是进化保守的蛋白互作模块，存在于特定C2H2锌指转录因子氨基端及kelch基序相关的细胞骨架调控蛋白中[11]。其功能多样性源于结构域组合差异和互作网络的特异性，涉及基因转录调控、染色质动态修饰、蛋白降解通路及细胞骨架重构等多个层面[12]。

3. 锌指蛋白在消化道肿瘤中的调控机制

3.1. 胃癌

大量研究表明，胃癌中存在锌指蛋白的异常表达，其失调与肿瘤恶性生物学行为显著相关，多种锌指蛋白通过不同信号传导通路驱动恶性表型。

ZNF545被认为是胃肿瘤抑制因子与潜在独立预后因素，其对rRNA转录的抑制与结合rDNA启动子、募集辅阻遏蛋白和异染色质蛋白1β有关。有研究结果表明，约90%胃癌细胞系中，ZNF545基因因启动子高甲基化致转录水平显著降低，过表达ZNF545可抑制胃癌细胞增殖、促进凋亡，临床分析其甲基化状态与I~II期患者总生存期相关，可作为胃癌早期分子分型预后评估指标及诊断癌症的表观遗传生物标志物[13] [14]。联系临床，笔者认为可以针对这种潜在的预后生物指标建立理想的患者预后康复评估指标，以及开发独立的早期胃癌诊断标记物。这依赖于更多的临床样本收集、相关实验数据以及患者的回访调查，需要更深入的研究。

ZNF139在胃癌组织和胃癌细胞系中的表达水平显著高于癌旁组织和正常胃上皮细胞系。研究表明，敲低胃癌细胞中ZNF139的表达可有效降低肿瘤的侵袭和迁移能力，这一过程可能通过调节MMP-TIMP平衡发挥作用[15]。ZNF139也可以通过促进Bcl-2和存活素以及抑制细胞凋亡来促进胃癌的生长和转移[16]。针对相关的作用通路及Bcl-2等因子开发相应的生物抑制剂或许可以抑制胃癌细胞的进展。有研究显示ZNF139基因与胃癌细胞凋亡密切相关，可能通过线粒体和抑制凋亡通路基因调控，这提示ZNF139可作为治疗靶点来调节胃癌细胞凋亡[17]。大多研究证明锌指蛋白家族中多数转录因子扮演着胃癌的促癌因子的角色，未来需要更多的实验数据来佐证这一结论，从而针对胃癌研制对应的靶点抑制剂，为临床治疗提供理论依据。

3.2. 结直肠癌

锌指蛋白基因的异常表达与结直肠癌(CRC)密切相关，在CRC中，结直肠癌的功能、潜在机制、表达和预后预测作用，表明锌指蛋白将是CRC的潜在预后预测因子和治疗靶点。

KRAB和SCAN结构域3 (ZKSCAN3)的锌指蛋白在结肠癌中为致癌转录因子，在癌症晚期或淋巴结转移晚期病例中有明显ZKSCAN3过表达，表明其为恶性肿瘤进展因素[18]。有研究将ZKSCAN3确定为结肠癌中WNT/β-catenin/TCF信号通路的下游靶标。发现ZKSCAN3上调后，通过抑制有丝分裂纺锤体检查点蛋白MAD2L2的表达，抑制其启动子活性并最终诱导结肠癌细胞染色体不稳定。同时ZKSCAN3可增强参与癌细胞增殖(细胞周期蛋白D2)、生长(IGF-2、整合素β4)、转移(MMP26)和血管生成(VEGF)等多种靶基因的表达。最终结果表明，ZKSCAN3可用作结直肠癌的早期肿瘤标志物[19]。

检测正常参与者、0~I期和II~III期结直肠癌患者及两种ZNF217敲低水平稳定细胞系中相关蛋白水平，发现血浆外泌体lncRNA PCAT1在结直肠癌组织和细胞系中显著增加，RIP检测表明其可靶向ZNF217，下调它可降低ZNF217在两种结直肠癌细胞系中的蛋白表达。此外，敲低ZNF217后增加了两种结直肠癌细胞系中的E-钙粘蛋白表达。说明了ZNF217可以协调lncRNA PCAT1通过调节MTA2/MTA3/Snai1/E-cadherin信号转导通路来促进结直肠癌的粘附和侵袭[7]。这揭露了锌指蛋白家族与上皮间充质转化(EMT)存在紧密关联，探讨与之相关的生物行为学过程应成为结直肠癌研究的重点，为此研究其与EMT相关的热门通路，或许可以探索其具体的癌作用机制，来制定更为精准的抑癌手段。

3.3. 肝癌

肝癌是全球恶性肿瘤患者死亡的第三大主要原因，到2025年估计发病率已超过100万例，大量研究已显示锌指蛋白与肝癌的发生和预后的发展密切相关[20]。研究表明，ZNF在肝细胞癌(HCC)中具肿瘤抑制作用，如ZNF382通过破坏激活剂蛋白1 (AP-1)、刺激Wnt/β-catenin途径活性来激活p53X信号通路，诱导细胞凋亡，抑制细胞增殖、集群形成、迁移、入侵及肿瘤潜能，以改变肿瘤破坏能力[21]。ZNF774可以抑制Notch2相关基因的表达，来降低肿瘤细胞的增殖和侵袭能力，从而抑制其进一步的发展[22]。肝癌在我国的发病率高，研发肝癌有效的抑制剂会大大增加临床治疗的有效手段，相关锌指蛋白的抑制作用应成为肝癌研究的重点。另外，研究显示ZNF与HCC细胞免疫力有关，ZIC2过表达促进体内外细胞增殖、迁移及肿瘤生长，其直接结合激酶4 (PAK4)启动子并调节RAF/MEK/ERK信号通路，这表明ZIC2参与了肝癌干细胞的自我更新维持[23]。笔者认为，锌指蛋白对肝癌肿瘤抑制的作用以及对其免疫的调节存在很大的临床意义，我们可以通过研究其与肝癌细胞的具体机制来实现对肝癌的一些靶向药物治疗。

3.4. 其他消化道肿瘤

胰腺癌(PC)是癌症中5年相对生存率最低的恶性癌症之一。研究发现ZEB1与胰腺癌的发展密切相关，通过抑制E-cadherin和激活TGF-β通路来促进上皮间质转化(EMT)，从而增强了肿瘤的抗性和耐药性[24]。ZFP91通过激活β-catenin信号传导途径促进了胰腺癌细胞的扩散和迁移并增强化学耐药性[25]。近年来的研究都表明大部分锌指蛋白可以促进胰腺肿瘤细胞的增殖，侵袭和迁移。笔者认为，胰腺癌临床发病进展较快，患者预后较差，锌指蛋白的抑癌作用在临床市场有很大的需求，在抗癌、化疗等治疗手段应重点研究其作用机制。

锌指蛋白在食管癌(ESCA)组织中表达有差异，或因各型在肿瘤形成中作用机制不同。用Kaplan-Meier分析6个预后相关锌指蛋白家族基因预后意义，发现ZNF106 、ZNF225、ZNF865和ZNF502等基因表达与ESCA患者预后好相关，ZNF586和ZNF91基因高表达与预后不良相关。Hong等[26]研究结果表明，这6个基因的特征可以评估食管癌的治疗结果并预测患者生存率。对于现有的临床预后调查，或许可以开发相关锌指蛋白因子的表达指标模型，来作为可靠的预后评估标准。

目前针对胰腺癌、食管癌等其他消化道肿瘤的锌指蛋白相关研究较少，且存在局限性。如TCGA数据库正常组织少，需扩展样本验证。锌指蛋白基因特征成员与非肿瘤细胞(尤其是浸润免疫细胞)功能关系未明，其对肿瘤生物学行为的影响需体内外进一步验证，未来需更多研究者探讨。

4. 锌指蛋白的分子作用网络

锌指蛋白的功能涉及DNA与基因调控、RNA代谢、蛋白质互作及翻译后修饰等多层面调控，在发育、免疫、癌症及基因治疗中起关键作用。

4.1. 调控细胞增殖与凋亡

J Jen等[27]发现ZNF322A通过靶向启动子上的AP-1元件来激活细胞周期蛋白D1 (CCND1)等癌基因，以及抑制p53等肿瘤抑制基因来促进肿瘤的生长和转移，发挥其致癌作用。Yao等研究认为，ZNF139和circZNF139可通过激活PI3K/AKT信号通路促进细胞增殖、迁移和侵袭，ZNF139调节PI3K活性使其磷酸化激活并传递给AKT，circZNF139参与通路反馈调节增强激活效果使AKT持续激活，推动细胞周期进程及增殖[28]。细胞凋亡减少在肿瘤发生以及致癌过程中一直被视为极为重要的因素。有研究表示，敲低ZNF655下调Bcl-2和Bcl-XL等抗凋亡蛋白表达，抑制胶质瘤细胞进展(增殖减少、凋亡增强、G2周期抑制、迁移抑制、肿瘤发生减弱)，这对肿瘤治疗和研究具有重要启示。

4.2. 驱动EMT与转移

如之前所述，ZNF217 [7]可以调节EMT相关的 MTA2/MTA3/Snai1/E-cadherin信号传导通路来促进细胞迁移。它能抑制E-cadherin，降低细胞间黏附性，调节细胞骨架重塑及细胞运动相关蛋白活性，为细胞迁移供能和指引方向，促进细胞迁移。ZNF217还促进人乳腺上皮细胞的上皮–间充质转化，TGFβ激活的Smad信号通路被确定为ZNF217诱导的EMT的主要驱动因素[29]。ZNF326在结直肠癌细胞的EMT进程中也发挥着加速作用，当其过表达时，这一现象更为显著。Yang等[30]研究中发现，ZNF326上调转化生长因子β结合蛋白4 (LTBP4)和p-Smad2/3表达，构建相关信号通路或调控网络，加速EMT过程，促进结直肠癌细胞的EMT和侵袭。

4.3. 介导化疗耐药

以氟尿嘧啶(5-FU)为基础的化疗是晚期结直肠癌的主要治疗手段[31]。明确致使化疗产生耐药性的分子机制，将有益于设计治疗结直肠癌的全新策略。Zhang等[32]研究发现，在结直肠癌细胞中，锌指蛋白GLI1与信号分子表达升高为5-FU耐药的关键机制。对GLI1进行敲低处理，可促使癌细胞对5-FU治疗变得敏感。GLI分子的特异性抑制剂或许能够更为有效地提升癌细胞对基于5-FU的化疗的敏感性。ZKSCAN3已被报道作为一种转录抑制因子在自噬过程中发挥作用，其沉默可诱导自噬并促进癌细胞中溶酶体的生物发生[33]。ZKSCAN3在多种癌症类型中的表达水平与各种临床结果紧密相关[34]。这暗示其存在可能对肿瘤进展、转移及患者预后产生影响。笔者认为，抑制自噬相关基因可能会增强癌细胞的化疗抵抗性。

5. 临床转化潜力

现在，大量深入且全面的研究结果有力地证明，锌指蛋白在多种复杂的生物学过程中展现出独特的作用和意义，极有可能成为恶性肿瘤极具价值的新生物学标记或者极为关键的治疗靶标。比如，在肝癌患者群体中，血清ZNF216抗体水平往往呈现出特定的变化趋势。有临床研究发现[35]，41例肝癌确诊患者血浆与45例正常组血浆对比，肝癌患者血清中的ZNF216抗体水平有一定程度的升高，抗体表达浓度高于正常对照组，差异具有统计学意义(P < 0.05)。并且这种升高在一定范围内与肝癌的发展进程存在着关联。这表明血清ZNF216抗体水平的检测，有可能为肝癌的早期发现提供新的线索，可作为肝癌的潜在诊断标志物。Tan等人[36]在抑制ZNF139表达后，观察到胃癌细胞对化疗药物的敏感性显著增强，显著降低了胃癌细胞的耐药性。表明ZNF139在胃癌中调节多药耐药性方面起着关键作用。此外，Lin Y等研究了108例诊断为胃癌并接受手术的患者的肿瘤标本后分析，过表达ZNF139与肿瘤分化、浸润深度、临床分期、淋巴转移和血管浸润相关，且患者预后较差(P < 0.01)，表明ZNF139与胃癌的临床病理特征和预后不良相关，因此可能作为风险分层的生物标志物[37]。然而，目前相关研究在临床应用层面的探索却显得进展缓慢，缺乏进一步深入且系统的临床研究和实践验证。

6. 挑战与展望

在同一肿瘤谱系内，特定的锌指蛋白的生物学功能表现可能存在差异。如ZNF322A在肺癌进展中既可发挥促进肿瘤发生的作用[38]，但同时也能够维持肺癌的干细胞样特性[39]。因此，需探究锌指蛋白在不同环节的依赖性机制，另一方面，锌指蛋白结构高度相似，开发高选择性抑制剂面临着很大挑战，同时，由于结构的高度相似，传统小分子抑制剂易产生非特异性抑制作用，锌指蛋白的三维结构复杂性也增加了药物设计难度，需要跨学科的合作和创新的研究方法，且目前研究多局限于动物和细胞模型，需加快临床试验确定其临床应用的安全性和有效性，为未来的临床治疗提供可靠依据。

基金项目

济宁市重点研发计划项目(2022YXNS056)。

NOTES

^*通讯作者。