发布时间：2021-03-02所属分类：医学论文浏览：1次
摘 要： 摘要CXXC锌指蛋白1(CXXCfingerprotein-1,CFP1)是一种表观遗传调控因子，在哺乳动物细胞内参与DNA甲基化和组蛋白修饰。研究表明CFP1的失调影响细胞的基因表达、DNA损伤修复、信号转导、增殖、分裂、分化等，与恶性肿瘤的发生发展、治疗及不良预后密切相关。本
摘要CXXC锌指蛋白1(CXXCfingerprotein-1,CFP1)是一种表观遗传调控因子，在哺乳动物细胞内参与DNA甲基化和组蛋白修饰。研究表明CFP1的失调影响细胞的基因表达、DNA损伤修复、信号转导、增殖、分裂、分化等，与恶性肿瘤的发生发展、治疗及不良预后密切相关。本文简要综述CFP1的基本功能及在恶性肿瘤中的研究进展，以期为后续研究新的肿瘤标志物和潜在的治疗靶点提供依据。
关键词CXXC1;H3K4me3;DNMT1;恶性肿瘤;表观遗传学
近年来通过高通量测序技术对恶性肿瘤的表观基因组进行了大规模的系统研究，发现有不同程度的转录控制失调，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA的异常表达等，与恶性肿瘤的发生发展密切相关[1]。随着表观遗传学的迅猛发展，一些未知的表观调节子相继被发现。1999年,研究者通过双链寡核苷酸探针成功分离出一种新型编码人类CpG结合蛋白-CXXC锌指蛋白1(CXXCfingerprotein-1,CFP1)的cDNA，CFP1基因位于人染色体18q21.1区域，全长2487bp，转录生成的蛋白由656个氨基酸序列组成，定位于细胞核中[2]。在哺乳动物细胞内CFP1蛋白只能与未甲基化的核苷酸序列结合，通过调控DNA甲基转移酶1(DNMT1)参与胞嘧啶甲基化[3]。CFP1也是组蛋白甲基转移酶Set1的亚基，于H3组蛋白4号赖氨酸上进行三甲基化(H3K4me3)，使染色质处于开放状态促进基因表达[4]。CFP1在DNA甲基化和组蛋白修饰中发挥重要作用，可能和恶性肿瘤的发生发展密切相关。研究发现CFP1发生基因突变、异常表达和与DNMT1结合障碍等对恶性肿瘤的发生发展有促进或抑制作用。本文简要综述CFP1的基本功能及在恶性肿瘤中的研究进展，以期为后续研究新的肿瘤标志物和潜在的治疗靶点提供依据。
1.CXXC1的基本功能
1.1CFP1与DNA甲基化
DNA甲基化是在DNA甲基转移酶(DNAmethyltransferases,DNMTs)催化作用下在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶5号碳原子上共价结合一个甲基基团，能引起DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而调控基因表达[5]。DNA甲基转移酶主要包括DNMT1、DNMT3a、DNMT3b，DNMT3a和DNMT3b完成DNA初始甲基化，DNMT1维持DNA的甲基化状态[6]。此外，研究发现DNMT1在DNA初始甲基化中同样发挥重要作用[7]。在许多哺乳动物细胞基因组中存在大量散在的甲基化的CpG二核苷酸，而在某些区域，如基因的启动子处存在高度聚集的CpG二核苷酸，它们被称为CpG岛(CpGislands,CGIs)，大约72%的人类基因启动子位于CGIs，它们的甲基化水平很低[8]。基因启动子区域CGIs的甲基化与基因沉默密切相关，甲基化的DNA可以招募甲基结合蛋白(methyl-bindingdomainproteins,MBDs)抑制转录因子的结合。而在肿瘤细胞中CGIs往往呈高甲基化状态，这种高甲基化状态是导致抑癌基因失活的一个重要机制[9]。
CFP1通过调控DNA甲基转移酶1(DNMT1)参与胞嘧啶甲基化，Butler等[10]研究发现缺乏CFP1的小鼠胚胎干细胞(ES)整体基因组70%的胞嘧啶甲基化下降，并伴随着多聚核糖体水平降低,导致翻译起始降低。尽管DNMT1转录水平显著升高，但DNMT1蛋白合成减少。通过脉冲/chase分析结果显示在CFP1缺失的小鼠胚胎干细胞(ES)中DNMT1蛋白半衰期也有一定程度的降低。基于以上结果，Tate等[11]进一步研究发现缺乏CFP1的胚胎干细胞参与DNA碱基切除修复的核酸内切酶(Apyrimidinicendonuclease/Redoxfactor-1,Ape1/Ref-1)蛋白表达下降，DNA损伤增加。这些结果揭示了Cfp1在翻译起始及DNA损伤修复中的作用，表明CFP1缺失会导致基因组胞嘧啶甲基化水平下降、DNMT1蛋白合成和半衰期降低及DNA损伤增加。
1.2CFP1与组蛋白修饰
组蛋白与DNA共同组成核小体,是染色质的基本结构单位，组蛋白氨基末端(N端)结构域伸出核小体可同其他调节蛋白和DNA发生相互作用。其N端尾区可进行乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化、苏素化、ADP核糖基化等修饰，可改变染色质的状态以及调控基因的表达，进而引起肿瘤的发生发展[12]。
组蛋白甲基化修饰相关蛋白主要包含组蛋白甲基转移酶(HMTs)和组蛋白去甲基转移酶(HDMTs)。组蛋白甲基化对基因表达的影响较为复杂，主要取决于被修饰的氨基酸位点，而甲基化程度又分为三个水平，分别为一甲基化、二甲基化、和三甲基化(me1/me2/me3)即分别在同一个氨基酸位点添加一个甲基、两个甲基和三个甲基[13]。某些被沉默的抑癌基因启动子区域均可发现H3K4me2/3修饰的缺失以及H3K9me2/3、H3K27me3修饰的获得[14]。大多数组蛋白甲基转移酶都通过Set结构域来发挥主要功能，CFP1作为组蛋白H3K4甲基转移酶Set1的组成单位与未甲基化的CpG岛结合定位H3K4me3到染色质上，从而调控染色质的结构，促进基因表达[3]。
Yu等[15]研究发现在卵母细胞中CFP1修饰的H3K4me3与基因启动子相关，并在发育过程中使启动子激活并转录。Sha等[16]研究发现在成熟卵母细胞中CFP1是H3K4me3积累和沉积在染色质上所必要的蛋白，缺乏CFP1将导致H3K4me3降低，进一步导致转录活性下降、卵母细胞减数分裂障碍、受精后无法完全成熟。基于以上结果，Sha等[17]进一步研究发现卵母细胞缺失CFP1，直接破坏了基因表达模式，间接破坏了促黄体激素的作用和损害了促卵泡激素对颗粒细胞的基本信号通路，导致卵泡生长和排卵均受到影响。以上研究表明CFP1对H3K4me3的修饰对卵母细胞增值、减数分裂、基因表达、信号转导至关重要。
2CXXC1在恶性肿瘤中的研究
2.1CFP1与胃癌
胃癌是一个全球性的健康问题，是癌症相关死亡的第三大主要原因，越来越多的研究表明胃癌的表观遗传异常可以促进癌变发生[18]。Sun等[19]对84例胃癌患者进行了研究，通过免疫组化方法检测胃癌组织中CFP1与14-3-3蛋白表达水平，并进行相关性分析。14-3-3蛋白在哺乳动物中存在7个亚型(α/β,γ,ε,ζ,η,σ和θ/τ),由不同的基因编码，可参与细胞内信号转导、细胞周期调控和细胞迁移、分化、凋亡等过程[20]。14-3-3σ编码基因的甲基化会导致14-3-3σ蛋白在肿瘤细胞中持续低表达，会对P53产生负性调控作用，从而促进肿瘤细胞的增值[21]。研究发现，在同一视野中CFP1的表达量与14-3-3蛋白的表达呈负相关，CFP1呈高表达的患者总体生存时间小于呈低表达的患者，而14-3-3蛋白对患者生存时间的影响则与CFP1相反。Mai等[22]研究发现CFP1与14-3-3蛋白之间的相互作用与核因子κB(nuclearfactorkappa-B,NF-κB)蛋白有关，在B细胞中14-3-3蛋白的表达依赖于NF-κB蛋白在14-3-3基因启动子区募集CFP1蛋白，CFP1是组蛋白甲基转移酶Set1的指南针，使启动子特异性地富集了H3K4me3，使染色质处于开放状态，标志转录激活。因此可以推测CFP1与14-3-3蛋白通过NF-κB蛋白可能会影响胃癌细胞的细胞周期、细胞迁移及侵袭能力等，但仍需进一步实验证明。CFP1可能会成为胃癌患者新的分子标志物及潜在的治疗靶点。
2.2CFP1与结直肠癌
结直肠癌(Colorectalcancer,CRC)是世界范围内癌症相关死亡的主要原因之一，由于正常结肠上皮细胞一系列遗传和表观遗传改变的逐步积累，导致结直肠腺瘤和侵袭性腺癌的发生[23]。
相关研究报道，在60%~70%的大肠癌细胞中18q染色体缺失，表明该区域可能含有与大肠癌发生有关的抑癌基因(TSGs)[24]。尽管18q染色体缺失常影响染色体臂的大部分，但结肠癌基因(DCC)缺失的18q21染色体最小区域已被确定，在同一4mb染色体区域内还存在甲基CpG结合蛋白1(MBD1)、甲基CpG结合蛋白2(MBD2)、CpG结合蛋白(CFP1)、sma和mad相关蛋白4(SMAD4)。为了探究该区域是否存在抑癌基因，Derks等[25]发现在结肠癌细胞中只有DCC基因启动子被高甲基化，导致表达沉默，而其它临近基因MBD1、MBD2、CFP1、SMAD4不受影响。此外，Bader等[26]研究表明CFP1在结直肠癌细胞中突变率很低，常被认为是与结肠癌发生无关的突变。综上研究表明CFP1基因可能不是结直肠癌中潜在的抑癌基因，CFP1基因突变在结直肠癌中的作用有限。
2.3CFP1与肺癌
在全球范围内，肺癌是最常见的恶性肿瘤，据报道表观遗传改变在肺癌的发生发展中起重要作用，DNA甲基化、组蛋白修饰和RNA表达在肺癌的早期发现、评估预后和治疗中具有重要意义[27]。
长链非编码RNA(Longnon-codingRNAs,lncRNA)与多种癌症的发生发展相关[28]。Tao等[29]研究发现在肺癌中lncRNAP53RRA表达下调，P53RRA可以与RNA结合蛋白(G3BP)结合，取代G3BP复合物中的P53，导致P53更多的保留在细胞核中，进而促进细胞凋亡，抑制肿瘤进展，发挥抑癌作用。Mao等[30]通过对比肺癌细胞和正常细胞发现，CFP1在癌细胞中与未甲基化的CpG岛结合力降低，导致癌细胞P53RRA蛋白转录起始位点H3K4me3降低、H3K27me3显著升高，抑制P53RRA蛋白表达。在肺癌细胞中诱导CFP1过表达会增加P53RRA的表达水平，发挥抑癌作用。
有研究表明肺泡巨噬细胞在肺癌早期起识别并清除肿瘤细胞的作用，随着肿瘤发展又在肿瘤细胞的生长、转移、侵袭过程中发挥重要作用[31]。Hui等[32]研究发现CFP1缺失会导致粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)的受体亚基Csf2rα基因启动子区H3K4的修饰减少，导致肺泡巨噬细胞的吞噬和杀菌活性降低。小鼠缺乏CFP1容易受到细菌感染，在小鼠肺组织表现出自发的炎症症状，包括炎症细胞的侵润和表面活性磷脂蛋白的积累。恢复Csf2rα的表达可以逆转肺泡巨噬细胞活性。肺癌发生发展过程中存在复杂的调节机制，适度的刺激CFP1蛋白的表达可能是治疗肺癌的潜在靶点，但尚需进一步研究证实。
2.4CFP1与胶质瘤
胶质瘤是最常见的原发性恶性脑瘤，以治疗耐药而闻名。在过去的十年中，表观调控基因的突变被认为是胶质瘤发生的关键驱动因素。在成人胶质母细胞瘤患者中，启动子甲基化导致的DNA修复基因MGMT表观遗传沉默可以预测烷基化剂治疗的疗效。这些表观遗传改变被用作生物标记，并在胶质瘤的分类和治疗决定中发挥核心作用[33]。
Bronner等[34]研究发现CFP1对DNA甲基化修饰是通过与DNMT1相互作用实现的，抑制CFP1表达后DNMT1活性明显降低，而DNMT3a、DNMT3b活性无明显变化。DNA甲基化是基因组的一个生物学过程，DNMT水平升高而引起启动子和其他调控区域的局部高甲基化，从而使肿瘤抑制基因沉默，因此有研究者提出DNMT抑制剂是表观遗传药物开发的潜在靶点，可能为胶质瘤治疗耐药患者提供新的治疗方案[35]。
相关期刊推荐：《中国比较医学杂志》ChineseJournalofComparativeMedicine(月刊)1991年创刊，国家级学术期刊。主要刊载有关实验动物和动物实验的理论专著、科研成果论文、科学实验新方法、新材料、实验动物新资源开发、新的动物品系的培育和应用以及实验动物有关的其他学科的科学论述。读者对象：农牧渔业、医学、药学、环保、生物、体育、国防等单位的科技工作者、管理人员以及有关的生产者、大专院校学生等。
有研究表明DNMT1可能与癌基因或抑癌基因的沉默有关，DNMT抑制剂的最初目的是促进被DNA高甲基化的抑癌基因重新激活，而不促进其它癌基因的激活，因此理想的DNMT抑制剂需要靶向特定的DNMT复合物[36]。Cheray等[37]实验表明DNMT1/USP7、DNMT1/Cfp1、DNMT1/Stat3复合物在脑、乳腺和肺肿瘤中表达明显增加。通过将U251细胞皮下注射到小鼠体内，然后使用替莫唑胺(TMZ)和针对三种复合物的抑制剂治疗，结果表明，TMZ和DNMT1/CFP1抑制剂治疗组，TMZ抗胶质瘤细胞的死亡百分比明显增加，肿瘤的生长效率明显降低。异种移植建立体内胶质瘤模型实验表明特异性抑制DNMT1/CFP1复合物同样增加了胶质瘤细胞死亡的百分比，具有提高抗肿瘤疗效的作用。说明抑制CFP1与DNMT1的相互作用可以提高化疗药物TMZ的效果，但具体机制还有待于研究。
2.5CFP1与MLL白血病
混合谱系白血病(mixedlineageleukemia.MLL)是一类恶性程度高、预后差的难治性急性白血病，因此急需开发特定的靶向治疗。MLL基因由急性白血病的染色体异位产生，编码产生白血病的MLL融合蛋白。研究发现Hoxa9基因的表达对急性白血病的发生有促进作用，而MLL融合蛋白的结构域中含有与DNA结合的CXXC结构域，能够与未甲基化的DNA结合，使Hoxa9基因位点的CpG残基和组蛋白H3K9不发生甲基化，促进Hoxa9基因的表达[38,-39]。
Risner等[40]寻找是否存在类似的MLLCXXC结构域，进行替换，以期寻找新的治疗靶点，研究者选择了DNMT1、MBD1、CFP1三种蛋白中的CXXC结构域，用以替换MLL融合蛋白的CXXC结构域。首先比较与未甲基化DNA结合的亲和力，结果：MLLCXXC结构域与未甲基化的DNA亲和力最强，CFP1CXXC结构域与未甲基化的DNA亲和力比MLLCXXC结构域低7倍。DNMT1CXXC结构域比MLLCXXC结构域低34.4倍，而MBD1CXXC结构域与未甲基化的DNA无亲和力。在骨髓集落复制实验和体内白血病实验表明只有DNMT1CXXC结构域能够功能性替代MLLCXXC结构域，使Hoxa9基因位点的CpG残基和组蛋白H3K9不发生甲基化。虽然初步研究表明MLL白血病中CFP1CXXC结构域不能功能性代替MLLCXXC结构域，但是能否通过CFP1调控DNMT1用于治疗白血病仍值得进一步探索。
Young等[41]研究发现，人类PLB-985细胞(人急性髓系白血病细胞)的正常增值分化需要CFP1蛋白。敲除CFP1基因导致细胞存活率降低约50%，倍增时间延长，并且不能向单核细胞及粒细胞分化。由此可见CFP1蛋白是PLB-985细胞生存、增殖、分化的必要蛋白，能否通过调控CFP1基因的表达来治疗白血病值得进一步研究探索。
3小结及展望
综上研究表明，CFP1主要调控DNMT1和H3K4me3以外，还存在其它调节通路，参与表观遗传修饰，与多种恶性肿瘤的发生、治疗及不良预后密切相关，但其复杂的调节机制研究以及大样本队列研究加速其在临床中的应用仍处于初级阶段，亟待进一步的探索研究。随着表观遗传学的发展，CFP1在临床方面的研究会越来越深入，期望CFP1在恶性肿瘤诊断、治疗及预后中成为新的突破点。——论文作者：王东升，穆思宇，王健岗，谢龙飞，钟翔宇
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