王文君,於宇,崔久嵬
ERG基因(ETS-related gene)位于21號染色體q22(21q.22.2)上,屬于 E26轉(zhuǎn)化特異性(E26 transformation-specific,EST)轉(zhuǎn)錄因子家族。ERG基因參與生理性和病理性血管生成、調(diào)節(jié)血管發(fā)育、控制內(nèi)皮分化和重編程、維持外周血小板數(shù)量、參與正常巨核細(xì)胞(megakaryocytes,MEG)生成等[1]。近年來越來越多的研究發(fā)現(xiàn),ERG基因在一些腫瘤中過表達(dá),在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。ERG與其他基因易位產(chǎn)生融合基因產(chǎn)物可導(dǎo)致ERG過表達(dá),進(jìn)而調(diào)控ERG的靶基因和下游信號通路,參與腫瘤發(fā)生發(fā)展,例如前列腺癌(prostate cancer,PCa)、尤文肉瘤(Ewing′s sarcoma,EWS)和白血病等[2]。在白血病中,ERG本身作為癌基因也可以發(fā)生過表達(dá)。但是ERG在腫瘤中的具體作用機(jī)制尚未完全明確[3]。目前,關(guān)于ERG在腫瘤中的診斷、靶向治療和預(yù)后成為研究熱點(diǎn),為腫瘤治療提供了新的方向。本文就ERG基因的結(jié)構(gòu)功能、與腫瘤的關(guān)系以及靶向治療做一綜述。
ERG基因跨越282個千堿基對(kilobase,kb),含有至少12個外顯子和3個近端啟動子(PⅠ-Ⅲ)。轉(zhuǎn)錄起始下游85 kb的區(qū)域已被鑒定為ERG增強(qiáng)子。在正常造血過程中該增強(qiáng)子具有活性,ERG通過其正向調(diào)節(jié)自身表達(dá)[1]。ERG的C′端有一個高度保守的ETS DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域,可以識別含有核心GGA(A/T)的DNA序列,介導(dǎo)DNA結(jié)合和轉(zhuǎn)錄激活。N′端含有蛋白激酶C和PNT結(jié)構(gòu)域的磷酸化位點(diǎn),PNT結(jié)構(gòu)域可形成螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu),供蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用和同/異二聚化[1],見圖1。
Fig.1 Diagram of translocation of ETS-related gene as well as EWSBR1 in ERG and Ewing′s sarcoma圖1 ERG和尤文肉瘤中EWSBR1和ERG易位的示意圖
正常情況下,ERG表達(dá)僅限于在內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cell,EC)、MEG和軟骨細(xì)胞中。在ETS家族中,ERG在EC中表達(dá)最高,幾乎所有EC特異性表達(dá)的基因在其啟動子中都具有ETS結(jié)合位點(diǎn)[1]。在胚胎發(fā)育期間和出生后,ERG在胚胎發(fā)育、血管生成、造血系統(tǒng)、細(xì)胞凋亡等方面發(fā)揮重要作用。
在胚胎發(fā)育方面,ERG通過結(jié)合心內(nèi)膜間質(zhì)轉(zhuǎn)化(endocardial-mesenchymal transformation,EnMT)調(diào)控因子的啟動子和內(nèi)含子來上調(diào)鋅指轉(zhuǎn)錄因子Snail家族表達(dá),介導(dǎo)EnMT。EnMT減少而導(dǎo)致ERG突變體胚胎的心內(nèi)膜墊形成缺陷,無法發(fā)育為成熟的功能瓣葉。
ERG還可促進(jìn)血管成熟、穩(wěn)定性和連接的完整性[1]。ERG通過調(diào)節(jié)多個EC基因的表達(dá),如血管生成素-1、claudin-5(CLDN5)、細(xì)胞間黏附分子 2(intercellular adhesion molecule 2,ICAM-2)等[1]。在造血系統(tǒng)中,ERG是正常血液干細(xì)胞發(fā)育所需的ETS家族轉(zhuǎn)錄因子。ERG通過誘導(dǎo)造血干細(xì)胞(hematopoietic stem cell,HSC)自我更新因子的幾種基因表達(dá),抑制HSC中原癌基因MYC驅(qū)動的HSC分化,從而調(diào)節(jié)HSC自我更新和分化之間的平衡。ERG還參與生成正常MEG、維持外周血小板(platelet,PLT)數(shù)量。ERG屬于造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞(hematopoietic stem and progenitor cells,HSPC)表達(dá)的轉(zhuǎn)錄因子七肽(包括 GATA2、LYL1、TAL1、ERG、FLI1、RUNX1和LMO2)。
在成熟的脈管系統(tǒng)中,ERG促進(jìn)穩(wěn)態(tài)基因表達(dá)、抑制炎癥相關(guān)基因表達(dá),如ICAM-1、纖溶酶原激活物抑制劑等,抑制細(xì)胞因子誘導(dǎo)的EC激活。在細(xì)胞凋亡方面,ETS轉(zhuǎn)錄因子參與各種細(xì)胞類型的細(xì)胞凋亡,并且通常作為保護(hù)性因子。最后,ERG是滑膜關(guān)節(jié)形成機(jī)制的重要組成部分,可以調(diào)節(jié)大多數(shù)滑膜細(xì)胞的發(fā)育行為。
ERG的表達(dá)具有組織特異性,作為譜系決定轉(zhuǎn)錄因子,ERG的過表達(dá)與腫瘤發(fā)病機(jī)制有關(guān),包括促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和腫瘤血管生成兩方面。
在腫瘤細(xì)胞增殖方面,在細(xì)胞分裂發(fā)生染色體易位過程中,ERG與其他基因發(fā)生易位,產(chǎn)生融合基因產(chǎn)物導(dǎo)致ERG過表達(dá),例如PCa中雄激素調(diào)節(jié)跨膜絲氨酸蛋白酶(transmembrane protease,serine 2,TMPRSS2)與ERG融合形成TMPRSS2-ERG融合基因,EWS中的Ewing肉瘤斷裂區(qū)域1(Ewing sarcoma breakpoint region 1,EWSR1)基因和FUS RNA結(jié)合蛋白(FUS RNA binding protein,F(xiàn)US)基因分別與ERG融合形成EWSR1-ERG和FUS-ERG融合基因,白血病中也形成FUS-ERG融合基因。另外,一些白血病中ERG作為癌基因發(fā)生過表達(dá)。ERG過表達(dá)后調(diào)控ERG靶基因和下游相關(guān)信號通路,發(fā)揮促腫瘤作用。
ERG還在腫瘤血管生成中發(fā)揮重要作用,血管生成是腫瘤生長和侵襲轉(zhuǎn)移的重要因素。Strzepek等[4]發(fā)現(xiàn),相比ERG陰性PCa,ERG陽性PCa中有更高的微血管密度,而微血管密度是許多腫瘤的預(yù)后因素。腫瘤血管生成是由于血管生成因子和抑制因子之間的失衡,ERG誘導(dǎo)Notch配體DLL4和其他血管生成基因表達(dá),在促進(jìn)腫瘤新血管生成方面有重要作用[1]。血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)/絲分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)信號傳導(dǎo)通路控制ERG活性,ERG磷酸化后招募p300至VEGF依賴性增強(qiáng)子來調(diào)節(jié)許多血管生成基因表達(dá),即組成VEGF/ERK/ERG/p300轉(zhuǎn)錄途徑[5]。而靶向ERG磷酸化,選擇性阻斷血管生成和維持血管穩(wěn)定性,可能利于降低ERG的致癌活性[5]。
3.1 ERG在PCa中的表達(dá)及臨床研究進(jìn)展 PCa是全球癌癥死亡的第五大常見原因,發(fā)病機(jī)制尚不清楚,且治療方法局限,且患者易發(fā)展為去勢抵抗性前列腺癌,預(yù)后差[6]。2005年,Tomlins等[7]首次發(fā)現(xiàn)PCa中存在一種復(fù)發(fā)性基因組重排,即TMPRSS2和ERG基因之間發(fā)生融合,在高加索人、美國人中發(fā)生率為40%~60%,在激素難治性PCa中達(dá)50%~70%,在PCa的發(fā)生發(fā)展中有重要臨床意義。
3.1.1 PCa中的TMPRSS2-ERG融合基因及作用機(jī)制 前列腺上皮細(xì)胞通常不表達(dá)ERG,而基因融合導(dǎo)致ERG成為PCa中最常見的過表達(dá)原癌基因,并且驅(qū)動前列腺上皮內(nèi)瘤變向PCa轉(zhuǎn)變。在PCa中,TMPRSS2的5′端非翻譯區(qū)和ETS家族基因[包括ETS 變體 1(ETV1),ETV4 和 ETV5]發(fā)生融合[7-8]。ERG和TMPRSS2是21號染色體長臂上相距3 Mb的2個基因,并且ERG內(nèi)含子2以及TMPRSS2內(nèi)含子1和2中均存在脆弱的位點(diǎn)和斷點(diǎn)。
ERG和TMPRSS2由于染色體易位或基因間片段缺失而融合形成TMPRSS2-ERG融合基因。雄激素信號募集雄激素受體(androgen receptor,AR)和拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱβ至TMPRSS2和ERG基因的調(diào)控區(qū)域內(nèi)的斷點(diǎn)區(qū)域,從而誘導(dǎo)DNA雙鏈斷裂和基因融合;因此,這種融合被認(rèn)為是由長期暴露于雄激素、AR活性增強(qiáng)和阻止DNA雙鏈斷裂的蛋白質(zhì)PIWIL1的抑制造成的[9]。此外,TMPRSS2-ERG基因融合還受ER依賴性信號調(diào)節(jié):在高級前列腺上皮內(nèi)瘤變中,ERα上調(diào)并介導(dǎo)雌二醇的致癌作用,在去勢抵抗性前列腺癌中,ERβ作為腫瘤抑制因子發(fā)生部分缺失,從而促進(jìn)TMPRSS2-ERG基因融合[10]。最新研究發(fā)現(xiàn),BET溴結(jié)構(gòu)域蛋白家族成員中的溴結(jié)構(gòu)域蛋白4(Bromodomain containing 4,BRD4)參與修復(fù)DNA雙鏈斷裂和非同源末端連接途徑,促進(jìn)TMPRSS2-ERG 融合[11]。
然而TMPRSS2-ERG融合基因作用機(jī)制尚不清楚。TMPRSS2的啟動子含有雄激素敏感元件,雄激素存在時,該融合基因驅(qū)動ERG過表達(dá),調(diào)控一系列的靶基因和信號通路,從而抑制前列腺細(xì)胞分化和增加PCa細(xì)胞侵襲性,促進(jìn)PCa的發(fā)生與發(fā)展。
幾乎在所有PCa中,AR都高表達(dá)。一方面,AR驅(qū)動TMPRSS2-ERG基因融合;另一方面,該融合基因反之破壞AR信號傳導(dǎo),從而導(dǎo)致細(xì)胞處于去分化狀態(tài)和惡性轉(zhuǎn)化。此外,ERG還解離多梳抑制復(fù)合物2,生成多梳抑制復(fù)合物2亞基EZH2,上調(diào)組蛋白去乙酰化酶和致癌轉(zhuǎn)錄因子c-Myc,來抑制細(xì)胞分化,促進(jìn)PCa的惡性轉(zhuǎn)化[12-13]。
ERG過表達(dá)可抑制15-羥基前列腺素脫氫酶(15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase,HPGD),從而阻斷前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)分解代謝,PGE2積聚還導(dǎo)致尿激酶型纖溶酶原激活物(urokinase-type plasminogen activator,uPA)活化和細(xì)胞生長,ERG還直接與uPA的啟動子結(jié)合,上調(diào)PGE2受體4(E prostanoid receptor type 4,EP4);ERG可與 SPOP(Speckle-type POZ protein)同時發(fā)生突變,促進(jìn)PCa侵襲和轉(zhuǎn)移;ERG過表達(dá)上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)和PLXNB1(plexin B1)的表達(dá)[14-15];ERG 過表達(dá)激活Notch信號,從而激活Hes(Hairy/Enhancer of split)和Hey-1(hairy/enhancer-of-split related with YRPW motif protein 1),促進(jìn)PCa細(xì)胞增殖。Notch信號還可上調(diào)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-to-mesenchymal transition,EMT)轉(zhuǎn)錄因子;ERG過表達(dá)時有磷酸酶和張力蛋白同系物(phosphatase and tensin homologue,PTEN)失活或缺失,隨后通過PTEN/AKT/PIK3/mTOR途徑加速PCa的發(fā)展[16];ERG過表達(dá)導(dǎo)致EZH2(enhancer of Zeste Homolog 2)生成,EZH2催化組蛋白H3K9和H3K27三甲基化,招募DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase,DNMT);ERG過表達(dá)還上調(diào)組蛋白去乙?;福╤istone deacetylases,HDACs)表達(dá)和抑制組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(Histone acetyltransferases,HATs)。ERG還可以結(jié)合其自身啟動子內(nèi)的ETS基序,即反式激活自身啟動子,形成正反饋循環(huán),與PCa細(xì)胞的侵襲性增加有關(guān),見圖2。
Fig.2 The role of TMPRSS2-ERG fusion gene in the pathogenesis of prostate cancer圖2 TMPRSS2-ERG融合基因在PCa發(fā)病機(jī)制中的作用
3.1.2 TMPRSS2-ERG融合基因在PCa中的臨床研究進(jìn)展 在診斷、監(jiān)測進(jìn)展風(fēng)險和預(yù)后方面,TMPRSS2-ERG融合基因與高侵襲性和預(yù)后不良的PCa相關(guān),免疫組織化學(xué)染色法檢測和ERG抗體可以有效診斷PCa及其轉(zhuǎn)移灶[17]。TMPRSS2-ERG融合基因檢測有助于優(yōu)化臨床風(fēng)險分層、預(yù)測主動監(jiān)視期間PCa的進(jìn)展風(fēng)險、提高預(yù)后準(zhǔn)確性;其也是PCa患者接受前列腺切除術(shù)治療最重要的預(yù)后因素[18]。聯(lián)合分析 TMPRSS2-ERG、前列腺抗原 3(PCA3)和高級別前列腺上皮內(nèi)瘤變可提高特異度和敏感度,減少前列腺組織活檢[19-20]。
在治療方面,首先,靶向TMPRSS2-ERG融合基因及相關(guān)信號通路的靶向治療可以作為PCa治療的新方向。目前,恩雜魯胺(Enzalutamide)和阿比特龍均已被美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)批準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)移性去勢抵抗性前列腺癌的治療,這2種藥物顯著提高總體生存率,但很快出現(xiàn)耐藥[21],因此需要更有效的靶向藥物。靶向抑制TMPRSS2-ERG融合基因表達(dá)可引起PCa細(xì)胞生長明顯停滯。BET抑制劑通過抑制BRD4表達(dá),進(jìn)而抑制DNA修復(fù)基因在前列腺細(xì)胞中的表達(dá)和非同源末端連接DNA修復(fù)途徑,從而減少TMPRSS2-ERG融合[11]。目前有兩項關(guān)于iBET762的臨床試驗正在進(jìn)行中(ClinicalTrials.gov;NCT01587703,NCT01943851)。此外,ERG抑制肽和衍生肽類可以特異性結(jié)合和水解ERG蛋白,從而阻斷ERG蛋白與DNA和蛋白質(zhì)之間的相互作用,治療前景廣闊[22]。
其次,Notch通路抑制劑可間接抑制TMPRSS2-ERG表達(dá),延緩TMPRSS2-ERG陽性PCa的生長,并且提高對各種腫瘤常規(guī)療法的藥物敏感性。小分子γ-分泌酶抑制劑1是Notch通路抑制劑,可以抑制TMPRSS2-ERG陽性PCa細(xì)胞的生長,并增加其對雄激素生物合成抑制劑和AR抑制劑的敏感性[15],但其作用未完全確定[23]。另外,2種HDAC抑制劑,抗癲癇藥物丙戊酸/2-丙基戊酸(Valproic acid/2-propylpentanoic acid,VPA)和曲古抑菌素-A,可結(jié)合HDAC催化位點(diǎn),從而抑制Ⅰ、Ⅱ類HDAC和AR的活性,并且影響p53的乙?;癄顟B(tài),上調(diào)p21/WAF1/CIP1,抑制TMPRSS2-ERG的表達(dá),從而抑制PCa的發(fā)生與發(fā)展。Notch和AR抑制劑的組合療法、同時靶向EZH2和組蛋白去乙?;傅囊恍┞?lián)合治療均有治療前景[15]。
3.2 ERG在EWS中的表達(dá)及臨床研究進(jìn)展 EWS是繼骨肉瘤后第二大原發(fā)惡性骨癌,治療主要依靠放療、化療和分子靶向治療[24]。85%~90%的EWS患者中存在一種特異性的t(11;22)易位,最常見的融合基因包括 EWS-FLI1[t(11;22)(q24;q12)]、EWSBR1-ERG[t(21;22)(q22;q12)]等,還有罕見的FUS-ERG融合陽性EWS。鑒于EWS細(xì)胞形態(tài)學(xué)具有非特異性,這種基因融合可以改進(jìn)EWS的鑒別、分類、診斷和分子靶向治療[2]。
3.2.1 EWS中的EWSBR1-ERG和FUS-ERG融合基因及作用機(jī)制 RNA結(jié)合TET家族的N′端轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域可以和ETS家族的C′端DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域發(fā)生重排。在典型EWS中,TET家族(包括EWSR1或FUS)與ETS家族(包括FLI1、ERG、ETV1、ETV4或FEV)的基因之間發(fā)生融合。最常見的融合基因是EWS-FLI1,其次是22q12上EWSR1基因與ETS家族成員之間發(fā)生融合,如ERG、ETV1、ETV4和FEV[2]。致癌融合蛋白僅在結(jié)合RNA解旋酶A之后才能具有活性。
EWSR1融合蛋白的表達(dá)干擾內(nèi)源性EWSR1功能,而內(nèi)源性EWSR1在促進(jìn)DNA修復(fù)因子聚集到DNA損傷部位中起關(guān)鍵作用,并且通過改變選擇性剪接來降低幾種DNA損傷應(yīng)答基因的表達(dá)水平。因此,EWSR1融合蛋白導(dǎo)致EWS中的基因組不穩(wěn)定性和高水平復(fù)制應(yīng)激(replication stress,RS),從而導(dǎo)致內(nèi)源性DNA損傷[25]。攜帶致癌基因誘導(dǎo)的RS的EWS細(xì)胞依賴于共濟(jì)失調(diào)-毛細(xì)血管擴(kuò)張有關(guān)激酶(Ataxia telangiectasi and Rad3 related,ATR)/細(xì)胞周期檢測點(diǎn)激酶1(Checkpoint kinase 1,CHK1)存活,在EWS中觀察到ATR和CHEK1過度表達(dá)和活化,CHK1通過下調(diào)RS和防止ATM/半胱天冬酶-3依賴性細(xì)胞死亡,從而增加EWS細(xì)胞的增殖和生存能力[26]。其次,ERG等異常的轉(zhuǎn)錄因子反式激活其他基因,參與EWS的發(fā)生與發(fā)展。如具有DNA修復(fù)、細(xì)胞分化、增殖和腫瘤轉(zhuǎn)化功能的多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶[poly(ADP-ribose)polymerase 1,PARP-1],其啟動子中轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)周圍存在ETS結(jié)合位點(diǎn),EWSBR1-ERG和FUS-ERG融合產(chǎn)物驅(qū)動PARP1過表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄激活,形成正反饋環(huán),與EWS細(xì)胞的增殖相關(guān)。此外,EWSBR1-ERG融合蛋白激活轉(zhuǎn)錄抑制因子HDAC和其他阻遏物,來抑制視黃醇類 X 受體 α(Retinoid X receptor α,RXRα)及其靶基因的正常轉(zhuǎn)錄活性。RXRs作為一種核受體與靶基因啟動子中的特定序列結(jié)合而起轉(zhuǎn)錄因子作用,可以介導(dǎo)類視黃醇包括天然維甲酸及其合成衍生物的抗癌功能。
3.2.2 EWSR1-ERG和FUS-ERG融合基因在EWS中的臨床研究進(jìn)展 在診斷方面,熒光原位雜交技術(shù)檢測EWSR1突變是診斷EWS的金標(biāo)準(zhǔn),但存在假陰性。因此在具有典型形態(tài)學(xué)和(或)強(qiáng)CD99和ERG免疫反應(yīng)的情況下,應(yīng)用一些分子測試可提高復(fù)雜基因重排的診斷率,例如熒光原位雜交技術(shù)或?qū)崟r逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)檢測[27]。
在治療方面,多種靶向藥物試驗正在進(jìn)行中。PARP抑制劑奧拉帕尼可通過抑制PARP1修復(fù)EWS細(xì)胞的DNA,減少EWS細(xì)胞的分裂和侵襲,但少數(shù)ETS結(jié)構(gòu)域內(nèi)存在點(diǎn)突變時無效。一項前瞻性Ⅱ期臨床試驗(ClinicalTrials.gov;NCT01583543)中,奧拉帕尼在標(biāo)準(zhǔn)化療失敗后的晚期EWS患者中安全且耐受性良好。目前,關(guān)于奧拉帕尼和替莫唑胺、伊立替康等化療藥物聯(lián)合應(yīng)用的臨床試驗正在積極進(jìn)行中(ClinicalTrials.gov;NCT01858168)。此外,CHK1/ATR抑制劑作為單一藥物通過多種機(jī)制增強(qiáng)RS,從而導(dǎo)致DNA損傷積累和隨后的細(xì)胞死亡,因此可作為潛在療法[25]。再者,干擾致癌融合蛋白和RNA解旋酶A相互作用的新型生物靶向小分子,例如YK-4-279,可抑制ERG和ETV1依賴的轉(zhuǎn)錄活性,從而降低EWS細(xì)胞的運(yùn)動性和侵襲性[28]。最后,VPA作為HDAC抑制劑,可以抑制異常融合蛋白EWS-ERG和EWS-FLI1在EWS細(xì)胞中的表達(dá),從而增加EWS細(xì)胞對細(xì)胞凋亡的易感性,并且減輕EWSBR1-ERG融合蛋白對RXRα轉(zhuǎn)錄活性的抑制,恢復(fù)RXRα靶基因RARβ、CRABP2和p21的抑癌活性,因此VPA具有治療潛力,但尚未見相關(guān)臨床試驗。
3.3 ERG在白血病中的表達(dá)及臨床研究進(jìn)展 研究發(fā)現(xiàn),在一些白血病中也出現(xiàn)ERG過表達(dá),并且ERG高表達(dá)與不同類型血液惡性腫瘤的總體生存率和無病生存率相關(guān)。此外,ERG高表達(dá)還可以作為正常細(xì)胞遺傳學(xué)的急性髓系白血?。╝cute myeloid leukemia,AML)、T細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血?。═-acute lymphoblastic leukemia,T-ALL)和兒童急性淋巴細(xì)胞白血病(Acute lymphoblastic leukemia,ALL)等獨(dú)立的預(yù)后不良因素[29-31]。
3.3.1 白血病中的ERG基因及作用機(jī)制
3.3.1.1 T-ALL 在早期T淋巴細(xì)胞生成過程中ERG表達(dá)出現(xiàn)下調(diào),但在T-ALL中ERG正常表達(dá)。正常T細(xì)胞中ERG+85 kb增強(qiáng)子無活性,而在TALL中該增強(qiáng)子高度活躍,且針對造血干細(xì)胞和胸腺T細(xì)胞祖細(xì)胞,導(dǎo)致ERG表達(dá)。其他T細(xì)胞癌基因SCL/TAL1,LMO2以及ETS(ERG,F(xiàn)LI1)等轉(zhuǎn)錄因子,與ERG+85 kb的增強(qiáng)子結(jié)合,介導(dǎo)ERG高表達(dá)。
此外,ERG陽性白血病中出現(xiàn)幾種癌癥相關(guān)信號通路上調(diào),其中MAPK/ERK信號通路最為明顯。MAPK/ERK信號傳導(dǎo)介導(dǎo)ERG3 S283的高度磷酸化,因此在白血病細(xì)胞中ERG3磷酸化的絲氨酸283(phosphorylation of serine 283,pS283)高于正常HSPC,并導(dǎo)致與MAPK/ERK活性相關(guān)的基因激活,pS283 ERG突變蛋白在ERG+85 kb增強(qiáng)子處富集導(dǎo)致內(nèi)源性ERG轉(zhuǎn)錄增加,以及促進(jìn)CD34+HSPC增殖[32]。
3.3.1.2 AML 研究表明,有復(fù)雜核型和21號染色體異常的AML患者均有ERG轉(zhuǎn)錄水平的上調(diào)[33]。Salek-Ardakani等[34]認(rèn)為ERG作為一種癌基因可以促進(jìn)各種譜系成熟造血細(xì)胞的生長,對髓系白血病發(fā)病機(jī)制和維持至關(guān)重要。與T-ALL一樣,在AML中MAPK/ERK信號通路也發(fā)揮同樣作用,導(dǎo)致ERG的過表達(dá)。
ERG的靶基因包括GATA2和HEY2等轉(zhuǎn)錄因子,GATA基序在ERG結(jié)合的區(qū)域內(nèi)高度富集,從而導(dǎo)致GATA2和HEY2特異性地在ERG陽性的髓系白血病中過表達(dá)。HEY2和GATA2參與早期造血功能,GATA2是造血干細(xì)胞和MEG發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,高GATA2表達(dá)是兒童AML不良預(yù)后因素;而HEY2被認(rèn)為是心血管發(fā)育的調(diào)節(jié)因子,參與白血病的發(fā)生與進(jìn)展。ERG過表達(dá)還誘導(dǎo)具有高度耐藥表型的間充質(zhì)樣狀態(tài),從而使腫瘤細(xì)胞獲得生長優(yōu)勢[35]。
此外,有研究認(rèn)為ERG通過結(jié)合PIM1的啟動子和增強(qiáng)子來誘導(dǎo)PIM1激酶癌基因表達(dá)。PIM激酶可以磷酸化組蛋白H3、c-Myc、Mcl-1、p27、Bad和FLT3,從而增加了c-Myc驅(qū)動的轉(zhuǎn)錄水平、抑制細(xì)胞凋亡、促進(jìn)細(xì)胞增殖、增加FLT3-ITD介導(dǎo)的耐藥性,涉及癌癥進(jìn)展和對化療藥物的耐藥性,高表達(dá)ERG和PIM1的AML預(yù)后較差[36]。
3.3.1.3 急性巨核細(xì)胞白血?。╝cute megakaryoblastic leukemia,AMKL) ERG還和AMKL有關(guān),已發(fā)現(xiàn)定位于21號染色體的唐氏綜合征關(guān)鍵區(qū)域的ERG與唐氏綜合征相關(guān)的巨核細(xì)胞白血病有關(guān)。ERG是MEG生成的正調(diào)控因子,可結(jié)合SCL+19增強(qiáng)子,調(diào)節(jié)造血祖細(xì)胞中SCL/TAL1的表達(dá),而SCL1/TAL1過表達(dá)會使祖細(xì)胞朝向MEG譜系分化。已知GATA1也是調(diào)控MEG生成中重要的轉(zhuǎn)錄因子,幾乎存在于所有唐氏綜合征相關(guān)AMKL患者。ERG和GATA1可影響信號通路PI3K/AKT/mTOR。活化的AKT可以與ERG、GATA1協(xié)同促進(jìn)MEG異常增殖。
3.3.1.4 白血病中的FUS-ERG融合基因 除了EWS,在一些慢性粒細(xì)胞白血病急變期、急性白血病、AML 和ALL 中,也發(fā)現(xiàn)染色體易位 t(16;21)(p11;q22)導(dǎo)致了FUS與ERG融合,破壞天然的FUS RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域,插入ERG DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。FUS基因位于16p11,編碼轉(zhuǎn)錄激活因子,通過結(jié)合RNA polⅡ和一些轉(zhuǎn)錄因子參與轉(zhuǎn)錄起始,從而產(chǎn)生異位轉(zhuǎn)錄激活。FUS外顯子1~6,7或8以及ERG外顯子的9,10或11到C′末端參與融合基因形成。FUS-ERG不僅影響骨髓譜系,還影響淋巴譜系或更原始的造血細(xì)胞。這種白血病抵抗化療且復(fù)發(fā)率高,預(yù)后很差。此外,F(xiàn)US-ERG融合蛋白具有雙重轉(zhuǎn)化活性,取決于其N′末端結(jié)構(gòu)。FUS-ERG融合蛋白還干擾RNA的剪接。FUS的N′末端可以結(jié)合RXR,因此FUS-ERG融合蛋白也是視黃酸信號傳導(dǎo)途徑的轉(zhuǎn)錄阻遏物。
3.3.2 ERG及其融合基因在白血病中的臨床研究進(jìn)展 在診斷和預(yù)后方面,由于白血病皮膚和皮膚中反應(yīng)性粒細(xì)胞浸潤在病理學(xué)上難以區(qū)分,而ERG可以作為用來區(qū)分的免疫組織化學(xué)標(biāo)志物來區(qū)分兩者,Xu等[37]在白血病患者皮膚活檢中檢測到ERG陽性率高達(dá)81.4%(13/16),特異度為100%。另外,在ALL中,ERG與ALL中的糖皮質(zhì)激素(GCs)耐藥性有關(guān),ERG在GCs敏感細(xì)胞中被招募到GCs受體的啟動子上,這是GCs依賴性細(xì)胞凋亡所需要的,而在耐藥細(xì)胞中未觀察到這種招募,并且ERG和激活蛋白-1可以作為ALL中GCs應(yīng)答的決定因素[38]。
在治療方面,PIM抑制劑SGI-1776對FLT3和PIM激酶具有雙重抑制作用,能夠降低組蛋白H3、c-Myc、Mcl-1、p27、Bad和FLT3的磷酸化,可以抑制ERG陽性的白血病細(xì)胞生長并誘導(dǎo)其凋亡,抑制效果與PIM1的表達(dá)水平相關(guān)[36]。但由于SGI-1776有心臟劑量限制性毒性,其臨床試驗已撤回(ClinicalTrials.gov;NCT01239108)。用小干擾RNA敲除PIM1也可以抑制ERG陽性白血病細(xì)胞的生長。此外,RAS途徑激活是ERG驅(qū)動白血病的間接靶點(diǎn),PIM抑制劑和RAS抑制劑組合可增加抑制效果[36]。但在治療過程中,ERG過表達(dá)細(xì)胞會通過與基質(zhì)細(xì)胞相互作用來增加細(xì)胞存活率,還可通過抑制蛋白激酶C或Wnt信號傳導(dǎo)途徑介導(dǎo)凋亡逃避,從而導(dǎo)致耐藥性。
鑒于ERG影響AKT并具有協(xié)同作用,AKT變構(gòu)抑制劑MK-2206可以通過抑制AKT磷酸化來抑制PI3K/Akt/mTOR通路激活,誘導(dǎo)白血病細(xì)胞中G1期停滯和細(xì)胞凋亡。MK-2206還通過抑制糖原合酶激酶-3β磷酸化,導(dǎo)致糖原合酶激酶-3β介導(dǎo)的蛋白酶體依賴性抗凋亡促存活蛋白髓樣細(xì)胞白血病-1(myeloid cell leukemia-1,Mcl-1;Bcl-2蛋白質(zhì)家族的成員)降解,從而降低白血病細(xì)胞活力、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。并且MK2206能夠提高AML中阿糖胞苷活性。MK-2206已在復(fù)發(fā)或難治性AML患者中進(jìn)行臨床試驗(ClinicalTrials.gov;NCT01253447)。
3.4 ERG在其他腫瘤中的表達(dá)以及臨床研究進(jìn)展 ERG在其他腫瘤中也有一定作用。ERG在具有軟骨分化的骨和軟組織腫瘤中穩(wěn)定表達(dá),可作為軟骨分化的標(biāo)志物。ERG是血管內(nèi)皮以及血管結(jié)構(gòu)衍生腫瘤高度敏感性和特異性的標(biāo)志。ERG在所有血管瘤和淋巴管瘤、一些高度血管化的中樞腫瘤的內(nèi)皮細(xì)胞中穩(wěn)定表達(dá)[3],可作為高度特異性的良惡性血管性腫瘤的新標(biāo)志物[47],但尚不清楚其是否有致癌作用。此外,ERG僅在中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá),可作為特異性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物。ERG在上述三類腫瘤中研究較少,有待進(jìn)一步探究。
在多種腫瘤中ERG基因被發(fā)現(xiàn)過表達(dá),成為目前腫瘤研究熱點(diǎn)。近年來,ERG在一些腫瘤中的發(fā)現(xiàn)以及分子機(jī)制方面的研究逐步深入,ERG本身作為癌基因或者通過融合基因在多種腫瘤中發(fā)生過表達(dá),從而調(diào)控下游靶基因和信號通路。盡管ERG作用機(jī)制尚未完全清楚,但給腫瘤發(fā)病機(jī)制研究提供了新思路和方向。
目前,ERG已在一些腫瘤中初步顯示出治療潛力和預(yù)后價值,成為抗腫瘤治療中有前景的靶點(diǎn)和預(yù)后標(biāo)志物。目前已有靶向治療藥物應(yīng)用于臨床,還有一些正處于臨床試驗階段。但是由于ERG在正常組織中也存在表達(dá),如何開發(fā)特異性的腫瘤靶向藥物及其相應(yīng)的療效評估有待研究。在預(yù)后方面,ERG在腫瘤中可以用于監(jiān)視腫瘤進(jìn)展風(fēng)險和提高預(yù)后準(zhǔn)確性,顯示出一定的預(yù)后價值,但還需更多前瞻性臨床試驗來驗證。此外,鑒于ERG基因在腫瘤血管生成方面的作用,ERG在EC中高表達(dá)提示腫瘤微血管豐富,因此靶向ERG抑制腫瘤血管生成和ERG作為潛在的預(yù)后標(biāo)志物均具有研究前景。綜上所述,ERG基因在部分腫瘤的發(fā)病機(jī)制、治療、預(yù)后等方面顯現(xiàn)出初步的研究價值,為腫瘤的發(fā)病機(jī)制研究、精準(zhǔn)治療和預(yù)后評估提供了新的方向。