RUNX3基因在胃癌发病中的作用及机制

　　　　　　 作者：霍江涛 李保红 李晓斌

【关键词】 RUNX3基因; 胃癌; 作用机制

RUNX3基因为一种新近发现的肿瘤抑制基因，其能调控细胞的生长发育和凋亡，对细胞的信号转导和其他生物学效应有着重要而复杂的转录调控作用，因其表达下调在人类多种恶性肿瘤的发生、发展过程中起重要作用而倍受关注。现就RUNX3基因在胃癌发生、发展中的作用及机制作简要综述。

　　1 RUNX3基因及其蛋白的结构特点

　　RUNX3基因位于人染色体1p36.1，全长约67 kb，含有P1、P2两个启动子，6个外显子和1 290 bp的开放阅读框，两个启动子区域均含数个分离的转录起始点[1]。RUNX3基因的转录主要由启动子P2操纵，P2位于外显子2之前，GC含量较高(64%)，其周围有一个明显的CpG岛，故理论上比启动子P1更易发生甲基化[2]。

　　RUNX3基因的编码产物RUNX3蛋白是由α、β亚单位构成的含有415个氨基酸残基的异二聚体。α亚单位含有一个128个氨基酸组成的RD(Runt domain)保守域，RD位于RUNX3的氨基末端，含有一个S形免疫球蛋白折叠，介导RUNX蛋白与DNA结合以及介导蛋白之间的相互作用[3， 4]。β亚单位能增强RD与靶DNA的结合力，RUNX3蛋白的羧基末端富含脯氨酸和丝氨酸，在转录调控方面起重要作用[5， 6]。

　　2 RUNX3基因在胃癌发生、发展中的作用及机制

　　Osaki等[7]发现 RUNX3表达在正常胃粘膜绝大部分主细胞和一部分G细胞，但在肠化生和肿瘤细胞不表达。 Sakakura等[8]发现9个胃癌细胞系中RUNX3 表达下调了78%。RTPCR 检测显示胃癌RUNX3比周围正常组织下降了69%。Tricostatin A and 5'azacitidin 能复活胃癌中RUNX3表达。Wei等[9]发现RUNX3蛋白的表达在86例胃癌标本中显著低于正常组织，并与患者的生存期显著相关。在Cox比例危险率模型中，RUNX3蛋白表达独立预言患者的生存率。RUNX3蛋白在多种胃癌细胞系中不表达或微表达。在体外恢复RUNX3表达后，导致cyclin D1表达下调但p27，caspase 3，7，8表达上调，细胞周期阻滞和凋亡。在动物模型中，抑制肿瘤生长，制止肿瘤转移。Sakakura等[10]发现RUNX3 表达下调在原发性胃癌为75%，伴腹膜转移者为100%，与正常胃粘膜差异显著。稳定转染RUNX3轻度抑制细胞增殖，并出现了适度的TGFB诱导的抗增殖和凋亡效应;强烈抑制动物模型中胃癌的腹膜转移。Li等[11]发现RUNX3阴性的鼠胃粘膜由于过度增殖和凋亡受到抑制而出现异型增生，并且对TGFB诱导的生长抑制和凋亡不敏感。人胃癌细胞系在裸鼠的致癌性与RUNX3的表达水平呈负相关。上述研究证明，RUNX3在正常胃粘膜中发挥重要的生理作用，是胃上皮细胞主要的生长调控因子。RUNX3在肠化生和胃癌中沉默会抑制凋亡、促进增生和转移，是胃癌的重要致癌因素。

　　Fukamachi等[12]研究RUNX3/ 鼠胃上皮细胞，发现一些细胞分化为肠型细胞，并表达Cdx2， 而Cdx2a 能诱导转基因鼠的肠化生。RUNX3+/+ 胃上皮细胞不出现肠化生。Saeki等[13]观察到隐窝细胞GSDM 、LMO1、 RUNX3和TGFB RII共表达。在胃上皮细胞系，TGFB上调LMO1和GSDM表达，能诱导凋亡，分别抑制LMO1、 RUNX3或GSDM 表达后会抑制凋亡。提示TGFB、LMO1、RUNX3和GSDM可能形成一个调控隐窝细胞凋亡的途径。Nagahama等[14]构建RUNX3 cDNA腺病毒载体 (AdTetFLAGRUNX3)， 感染后72 h，表达RUNX3细胞的增殖活性是55% 显著低于对照组。流式细胞仪检测显示表达RUNX3的细胞subG(1) 峰值增高 (34.11%)。凋亡增加、细胞色素C从线粒体释放到细胞质、caspase3劈开。cDNA microarray 分析显示在MKN1 细胞中，RUNX3上调17个凋亡相关基因(包括FADD、TRAF6、caspase2、ING1、ING4、Calpain 10、DNase1等) ，下调135 个凋亡相关基因(包括FLIP、PEA15、TXN2、HSPD1、IKK、TIAL1等)。基因功能网络的路径分析显示促进诱导死亡的信号传导复合体的形成和线粒体介导的路径的活化与RUNX3诱导的凋亡有关。提示在MKN1细胞中，外源性RUNX3表达抑制细胞增殖，通过线粒体介导的死亡受体而诱导凋亡。

　　Huang等[15]发现不表达RUNX3的胃癌细胞经组氨酸去乙酰化酶抑制剂作用后，RUNX3表达上调。组氨酸去乙酰化酶抑制剂作用后，RUNX3阴性的胃癌细胞生长指数明显低于RUNX3阳性者。提示RUNX3阴性者比阳性者在生长阻滞方面对组氨酸去乙酰化酶抑制剂更敏感。潜在的机制是组氨酸去乙酰化酶抑制剂诱导的RUNX3的再活化和RUNX3启动子区乙酰化的H3组蛋白的增多。我们使用组氨酸去乙酰化酶抑制剂诱导三种RUNX3阴性的胃癌细胞，发现RUNX3的表达上调可抑制肿瘤细胞的活性。Peng等[16]发现在胃癌细胞中，RUNX3抑制VEGF的表达。VEGF的表达下调显著损害了肿瘤细胞的血管形成能力。动物模型中RUNX3的恢复能抑制肿瘤的生长和转移。这与抑制VEGF诱导的血管发生和微血管形成相一致。在胃癌标本中，RUNX3表达缺失或减少使VEGF表达增加、微血管形成增多。

　　Yamamura等[17]发现不表达RUNX3的胃癌细胞恢复RUNX3表达后，能与Fox03a/FKHRL1作用而诱导细胞凋亡。RUNX3诱导凋亡依赖蛋白Bim表达。在小鼠胚胎成纤维细胞中，RUNX3 和 FoxO3a/FKHRL1表达是诱导Bim蛋白表达和凋亡所必需的。RUNX3与Bim的启动子上的RBE1和RBE2两个保守成分结合，而RBE1是FoxO结合成分的下游区。RUNX3 和FoxO3a/FKHRL1在 Bim 启动子区共同作用激活Bim的转录。RUNX3和FoxO3a/FKHRL1协同诱导Bim激活的凋亡。Yano等[18]发现用TGFbeta 处理后的胃癌细胞SNU16 and SNU719 的凋亡前体基因Bim被RUNX3转录激活了。在Runx3/ 鼠胃上皮细胞，Bim表达下调并且凋亡减少的程度与Bim/ 的胃上皮细胞相似。提示在TGFbeta诱导的细胞凋亡中，RUNX3负责上调Bim的转录。

　　Guo等[19]用RUNX3真核表达载体转染SGC7901细胞。SGC7901/RUNX3细胞在体外对各种化疗药物更加敏感。用RUNX3特异的小RNA干扰序列阻断胃粘膜永生化细胞GES1或胃癌SGC7901细胞RUNX3的表达，可以增强它们对化疗药物的抗性。流式细胞术检测显示RUNX3表达增加了阿霉素在胃癌细胞内的积聚和贮留。RTPCR and Western blot显示RUNX3下调Bcl2， MDR1和MRP1的表达.荧光酶报告分析显示RUNX3抑制SGC7901细胞中MDR1和MRP1基因启动子的活化。Jung等[20]比较DNMT1 和DNMT3b siRNAs 与5azadC 对胃癌细胞增殖和 DNA 损害的影响。DNMT1靶向抑制能诱导5个基因的(CDKN2A、RASSF1A、HTLF、RUNX3和AKAP12B)再表达和去甲基化， 5azadC能使所有7个基因再激活和去甲基化。 DNMT3b siRNAs 无效果。双敲除DNMT1 and DNMT3b 无协同作用。DNMT1 siRNAs 抑制细胞增殖，诱导凋亡且无DNA损伤。5azadC 导致DNA损伤。

　　上述研究证明，TGFbeta、组氨酸去乙酰化酶抑制剂能促进RUNX3的表达。RUNX3可以通过抑制Cdx2表达而抑制胃粘膜细胞肠化生;可以通过线粒体介导的死亡受体而诱导凋亡，可以与FoxO3a/FKHRL1协同诱导Bim激活的凋亡，可以和LMO1、GSDM协同诱导凋亡;可以抑制VEGF诱导的血管发生和微血管形成，从而抑制肿瘤转移;可以通过下调Bcl2、MDR1和MRP1的表达致敏胃癌细胞对化疗药物的反应。DNMT1靶向治疗可以通过恢复RUNX3表达而治疗胃癌。

　　RUNX3基因作为一种新近发现的抑癌基因，关于其失活机制、抑癌机制及其与疾病关系的研究正在不断深入。对于该基因的进一步研究，势必为胃癌的诊断和治疗揭开新的篇章。

参考文献

　　1 Bangsow C， Rubins N， Glusman G，et al.The RUNX3 genesequence， structure and regulated expression. Gene，2001，279(2):221232.

　　2 Kato N， Tamura G， Fukase M，et al. Hypermethylation of the RUNX3 gene promoter in testicular yolk sac tumor of infants.Am J Pathol，2003，163(2):387391.

　　3 Coffman JA. Runx transcription factors and the developmental balance between cell proliferation and differentiation.Cell Biol Int，2003，27(4):315324.

　　4 Tang YY， Shi J， Zhang L，et al.Energetic and functional contribution of residues in the core binding factorbeta(CBFbeta) subunit to heterodimerization with CBFalpha. J Biol Chem，2000，275 (50):3957939588.

　　5 Yang N， Zhang L， Zhang Y，et al.An important role for RUNX3 in human L1 transcription and retrotransposition.Nucleic Acids Res，2003，31(16):49294940.

　　6 Ito Y.Molecular basis of tissuespecific gene expression mediated by the runt domain transcription factor PEBP2 /CBF. Genes Cells，1999，4(12):685696.

　　7 Osaki M， Moriyama M， Adachi K，et al.Expression of RUNX3 protein in human gastric mucosa， intestinal metaplasia and carcinoma. Eur J Clin Invest，2004，34(9):605612.

　　8 Sakakura C， Hagiwara A， Miyagawa K，et al.Frequent downregulation of the runt domain transcription factors RUNX1， RUNX3 and their cofactor CBFB in gastric cancer. Int J Cancer， 2005， 113(2):221228.

　　9 Wei D， Gong W， Oh SC，et al.Loss of RUNX3 expression significantly affects the clinical outcome of gastric cancer patients and its restoration causes drastic suppression of tumor growth and metastasis. Cancer Res， 2005，65(11):48094816.

　　10 Sakakura C， Hasegawa K， Miyagawa K，et al.Possible involvement of RUNX3 silencing in the peritoneal metastases of gastric cancers. Clin Cancer Res，2005，11(18):64796488.

　　11 Li QL， Ito K， Sakakura C，et al.Causal relationship between the loss of RUNX3 expression and gastric cancer. Cell，2002，109(1):113124.

　　12 Fukamachi H， Ito K， Ito Y.Runx3/ gastric epithelial cells differentiate into intestinal type cells. Biochem Biophys Res Commun，2004，321(1):5864.

　　13 Saeki N， Kim DH， Usui T，et al.GASDERMIN， suppressed frequently in gastric cancer， is a target of LMO1 in TGFbetadependent apoptotic signalling. Oncogene，2007，26(45):64886498.

　　14 Nagahama Y， Ishimaru M， Osaki M，et al.Apoptotic pathway induced by transduction of RUNX3 in the human gastric carcinoma cell line MKN1. Cancer Sci，2008，99(1):2330.

　　15 Huang C， Ida H， Ito K，et al.Contribution of reactivated RUNX3 to inhibition of gastric cancer cell growth following suberoylanilide hydroxamic acid (vorinostat) treatment. Biochem Pharmacol，2007，73(7):9901000.

　　16 Peng Z， Wei D， Wang L，et al.RUNX3 inhibits the expression of vascular endothelial growth factor and reduces the angiogenesis， growth， and metastasis of human gastric cancer. Clin Cancer Res，2006，12(21): 63866394.

　　17 Yamamura Y， Lee WL， Inoue K，et al. RUNX3 cooperates with FoxO3a to induce apoptosis in gastric cancer cells. J Biol Chem，2006，281(8):52675376.

　　18 Yano T， Ito K， Fukamachi H，et al.The RUNX3 tumor suppressor upregulates Bim in gastric epithelial cells undergoing transforming growth factor betainduced apoptosis. Mol Cell Biol，2006，26(12): 44744488.

　　19 Guo C， Ding J， Yao L，et al.Tumor suppressor gene RUNX3 sensitizes gastric cancer cells to chemotherapeutic drugs by downregulating Bcl2， MDR1 and MRP1. Int J Cancer，2005，116(1):155160.

　　20 Jung Y， Park J， Kim TY，et al.Potential advantages of DNA methyltransferase 1 (DNMT1)targeted inhibition for cancer therapy. J Mol Med，2007，85(10):11371148.