勇宏，刘友胜，金山

(1.内蒙古医科大学，内蒙古 呼和浩特；2.内蒙古医科大学附属医院普外科，内蒙古 呼和浩特)

0 引言

非组蛋白染色质蛋白主要以高迁移率族(HMG)蛋白为主，根据HMG蛋白的DNA结 合 域分为HMGA、HMGB和HMGN等三个亚家族[1]。HMGA蛋白家族由四个成员组成，分别由HMGA1和HMGA2两个基因编码。HMGA1蛋白编码三个转录本HMGA1a、HMGA1b和HMGA1c，而HMGA2蛋白只编码HMGA2[2]。HMGA2蛋白可编码108个氨基酸残基，自身缺乏转录活性，但它可以通过调节多个基因转录而改变染色质结构[3]。其包含3个DNA结合域能与DNA分子中氨基端富含AT的小钩结合成半月形结构，即所谓的AThooks[4]。HMGA2根据DNA中富含AT的结合位点的数量和间距的不同，以不同的结合方式影响DNA底物的构象，从而增强或抑制基因的转录活性，继而影响各种生物过程[5]。

1 HMGA2在肿瘤中的表达

HMGA2在胚胎发育期间在胚胎细胞中表达，但在成人组织细胞中不表达或低水平表达[6]。HMGA2与人类生长有关[7]，干扰HMGA2可能导致胎儿生长受限[8]。动物实验证明，杂合子HMGA2-/+小鼠和纯合子HMGA2-/-小鼠表现出侏儒型，由于细胞生长减少，它们的体型分别为野生型的80%和40%[6]。距今为止，有多项研究表明，HMGA2在不同人类肿瘤组织中的表达失调，HMGA2的高表达可能是恶性肿瘤发病机制中的关键步骤。据报道，HMGA2在[9]肾癌，肺癌[10]，乳腺癌[11]，胃癌[12]中高表达。其异常的表达水平与肿瘤分期分级、淋巴结转移、局部组织浸润和生存率降低显著相关[13]。此外，本课题组对正常甲状腺组织、甲状腺良性癌组织、伴有淋巴结转移和无淋巴结转移的甲状腺乳头状癌组织进行了蛋白质组学研究发现，伴有淋巴结转移的癌组织中HMGA2蛋白表达升高，这可能与甲状腺乳头状癌侵袭转移有关[14]。肿瘤侵袭转移机制中上皮间质转化是重要性途径之一。

2 HMGA2促进上皮间质转化

上皮间质转化(EMT)是胚胎发生、肿瘤侵袭和转移中的关键步骤。它能将贴壁的上皮细胞转化为可移动的间质细胞。其特征性变化是使E-cadherin蛋白(由CDH1编码)显著下调，使其维持上皮细胞-细胞粘附的功能丧失[15]。研究表明，在几种癌细胞[16-18]中，随着HMGA2过表达的上皮细胞特异性标志物的降低和间质标志物表达的增强，提示HMGA2参与了EMT的调控并与多个信号通路有关。

2.1 HMGA2与TGF-β/Smad信号通路

TGF-β途径在癌变的早期起到肿瘤抑制作用，而在肿瘤晚期则显著增强肿瘤细胞的侵袭和转移能力[19]。研究表明，TGF-β途径分别与TβRⅠ和TβRⅡ结合，且磷酸化并激活下游Smad2和Smad3，再与Smad4结合，形成复合体Smads。Smads复合体和其他转录因子(transcription factors，TFS)共同与DNA双链结合，调控特定的基因转录[20]。HMGA2位于TGF-β/Smads通路的上游，HMGA2可使TGF-βRII的表达显著上调和Smad3的磷酸化，从而激活TGF-β途径，进而诱导EMT[21]。最新研究表明，在肾癌中HMGA2通过TGF-β/Smad2通路促进EMT。TGF-β通路在调控EMT机制中还包括非smad通路，如PI3K/AKT信号通路。沉默HMGA2通过减弱高糖诱导的HK2细胞抑制PI3K/AKT通路激活而阻止EMT[22]。上皮间质转化涉及几个主要调控因子，包括锌指蛋白(snail)、锌指蛋白(slug)、螺旋环螺旋蛋白(Twist)、锌指E盒结合蛋白(ZEB)。HMGA2可与Smads形成复合物或直接与内源性Twist1和Snail启动子结合，诱导目的蛋白表达，导致EMT[23-26]。异常的HMGA2直接与近端E-cadherin基因(CDH1)启动子结合，与DNA甲基转移酶3A共同导致E-cadherin表达沉默，导致EMT[27]。

2.2 HMGA2与Wnt/β-catenin通路

Wnt/β-catenin通路是经典的Wnt信号途径，多项研究表明，Wnt信号通路调控胚胎发育过程外，在促进肿瘤细胞侵袭能力的过程中发挥重要作用。当激活Wnt通路时，根据Axin2-Gsk3β-Snail1轴，β-catenin与T-cell factor结合成转录复合物来触发EMT[28]。Wnt/β-catenin途径在HMGA2的调控EMT中起到主要作用。HMGA2/WIF1融合转录表达细胞中HMGA2的上调和WIF1的下调激活了Wnt/β-catenin途径[29]，表明HMGA2通过与Wnt/β-catenin途径的相互作用而参与了EMT[28]。综上所述，以上数据支持HMGA2有促进肿瘤侵袭转移的作用，可以直接或间接促进EMT的形成。

3 HMGA2维持端粒长度

端粒是位于染色体末端的非编码DNA序列，通常是由六个碱基(TTAGGG)序列重复构成[30]。当编码序列的丢失时可以被端粒防止其降解。如果没有端粒修复，当短端粒达到极限时，细胞就会开始衰老和凋亡[31]。端粒酶是端粒修复的关键复合物，它含有多种成分，包括催化蛋白亚单位端粒酶逆转录酶(HTERT)、人端粒酶RNA(HTR)、人端粒酶相关蛋白1(HTP1)、热休克蛋白90(HSP90)、P23和dyskerin。几乎90%的癌症病例(148例)表现出端粒酶过度激活，这是癌变过程中的关键步骤。敲除HepG2细胞中HMGA2基因会导致端粒侵蚀，降低肿瘤形成能力[32]。此外，HMGA2可以直接结合端粒并维持端粒的稳定性[33]。HMGA2和hTERT在脂肪源性干细胞中的表达水平较低，而在脂肪瘤源性的间质干细胞中的表达水平较高[34]。然而，HMGA2如何调控hTERT表达的机制尚不清楚。提示HMGA2以蛋白质对蛋白质的方式抑制H3-K9的超乙酰化，从而刺激hTERT活化，促进端粒修复。TRF2是端粒保护的关键调控因子，它可以直接与端粒的双链TTAGGG重复序列相结合，通过两步机制实现染色体末端保护功能[35]。Natarajan[34]等人发现，HMGA2通过其AT-Hook直接与TRF2启动子结合，保护端粒免受损伤。

4 HMGA2影响细胞周期及增殖

细胞增殖需要稳定的细胞周期，否则某个细胞周期会发生停滞，这是导致细胞转化为肿瘤的原因之一。由于HMGA2的过表达促进癌细胞增殖，因此认为HMGA2会影响癌细胞周期的进程。敲除HMGA2会导致卵巢癌细胞停滞在G1期[36]和白血病细胞停滞在G2/ M期[37]。 HMGA2直接与细胞周期蛋白cyclinA2的cAMP结合，取代了复合物p120E4F，从而诱导cyclinA2表达并促进细胞周期进程[38,39]。HMGA2还通过促进AP1的转录诱导cyclinA2的表达增强。HMGA2调节细胞增殖过程中转录因子激活蛋白-1(AP1)至关重要；AP1复 合 物 由Jun蛋 白(JUN，JUNB和JUND)，FOS蛋 白(FOS，FOSB和FRA1)和FRA2的成员组成[40]。在缺乏HMGA2的细胞中，JUNB和FRA1的表达完全受到抑制[41]。相反，当HMGA2异位过表达时，这些基因表达相应上调[41]。视网膜母细胞瘤蛋白(pRB)作为一种肿瘤抑制蛋白，通过与E2F1转录因子协同来把控细胞G1-S期的进程[42]。细胞处于G1期时，pRB被磷酸化并失活以释放E2F1，从而导致细胞周期进程[43]。提示HMGA2可以使组蛋白脱乙酰基酶1脱离pRB的磷酸化或直接作用于E2F响应性DNA元件，从而促进E2F1的活化并导致促进细胞周期进程[44]。P16INK4A和p21CIP1/WAF1是细胞周期蛋白依赖性抑制剂，在通过抑制释放E2F1转录因子来限制细胞周期进程中扮演重要角色。HMGA2的高表达直接激活(PI3K)/AKT/mTOR/p70S6K信号通路，随后促进cyclinE并抑制p16INK4A和p21CIP1/WAF1的活性，导致细胞增殖[45]。cyclinD1/CDK4/CDK6的激活负责pRB磷酸化。敲除HMGA2会显著降低cyclinD1的合成，而异位表达HMGA2具有相反的作用，这表明HMGA2还通过影响cyclinD1/CDK4/CDK6/pRB-E2F1轴来调节细胞周期进程[46,47]。此外，由ccnb2基因编码的cyclinB2蛋白是一种细胞周期依赖性蛋白，可控制G2/M期过渡[48]。HMGA2蛋白能够与ccnb2启动子结合并增强cyclinB2的表达以增加细胞生长[49]。

5 HMGA2促进化疗耐药性

化疗耐药是人类治疗肿瘤失败的主要原因之一。癌细胞面对化疗刺激的反应，启动了一系列防御机制来保护自身免于死亡并产生化疗耐药。肿瘤干细胞(cancer stem cell，CSC)具有增强DNA修复损伤的能力[50]。Summer[51]等人证实HMGA2具有内在的5’-脱氧核糖磷酸(DRP)和脱嘌呤/脱嘧啶(AP)位点裂解活性，从而提高了细胞依赖碱基切除修复(BER)途径的DNA损伤的抵抗力，这种保护与HMGA2的表达水平直接相关[52]。另一项研究报道，HMGA2通过促进共济失调-毛细血管扩张-突变蛋白(ATM)和Rad 3相关激酶及其下游靶点检测点激酶1的磷酸化过程，从而增强DNA损伤修复，阻止G2/M期转化进而抑制细胞凋亡或衰老来保护肿瘤细胞不受基因毒物的损害[53]。最新研究表明，HMGA2通过激活Dvl2/Wnt通路增强大肠癌对5氟尿嘧啶(5-FU)的耐药性[54]。此外，HMGA2是Let-7a在胰腺癌中的重要下游靶点，HMGA2过表达可以恢复被Let-7a所抑制的胰腺肿瘤细胞的增殖、侵袭转移和化疗耐药性[55]。

6 展望

迄今众多研究表明，HMGA2在胚胎发育过程中起着关键作用，但在成体细胞中表达时，被视为是一类癌蛋白。HMGA2通过影响细胞生物学过程，从而增强了肿瘤细胞的侵袭转移能力和化疗耐药性，导致多数肿瘤治疗以失败告终。同时是肿瘤患者生存率降低的主要原因之一。越来越多的证据表明，HMGA2是恶性肿瘤的独立预后标志物，并且HMGA2的表达水平与某些化疗药物的疗效有关。因此，检测肿瘤组织中HMGA2的表达水平可为临床工作者提供重要的预后数据，但还需进一步深入研究如何影响肿瘤预后。深入研究HMGA2在肿瘤发生发展中的重要机制，对研制出HMGA2靶向药物有重大意义。