Hes1、Hath1基因在恶性肿瘤中的研究进展

【关键词】 Hes1基因； Hath1基因； 癌症； 进展

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2013.14.084

恶性肿瘤（malignant neoplasm），亦称癌症（cancer），是调控细胞生长增殖机制失常引起的一类疾病，预后差、死亡率极高，其治疗一直是医学上不断研究但又难以攻克的难题。目前认为各种肿瘤的发生都存在原癌基因的激活和（或）抑癌基因的失活，这使得肿瘤的研究进入了基因水平时代，而治疗则进入了基因靶向治疗时代。Hes1和Hath1两者都是前神经元碱性螺旋-环-螺旋（proneural basic helix-loop-helix，bHLH） 转录因子家族中的成员。多项研究发现Hes1基因可通过PTEN/PI3K/Akt /mTOR 信号通路抑制抑癌基因p53 表达阻止细胞凋亡。Hath1是一种新的抑癌基因，关闭这一抑癌基因会导致癌症发生，重新开启这一基因则有助于抑制癌症发生[1]。目前在非肿瘤领域的研究中认为： Hes1基因对Hath1基因具有拮抗作用。在肿瘤方面，有学者认为Hes1基因可通过下调Hath1基因参与肿瘤的发生，也有学者认为Hes1基因可通过Notch-Delta- Hes1- Hath1信号通路参与肿瘤的发生且Hes1基因、Hath1基因呈正相关，因此Hes1与Hath1的关系尚不明确，两者在肿瘤中的作用机制尚不清楚，本文就Hes1、Hath1基因在恶性肿瘤中的表达及相互关系的研究现状作一综述。

1 Hes1基因与肿瘤

1.1 Hes1基因的结构、功能 Hes1（Hairy and enhancer of split homolog-1） 属于前神经元碱性螺旋-环-螺旋（proneural basic helix-loop-helix，bHLH）基因家族，bHLH是一组转录因子，参与细胞的分化。Hes1作为Notch蛋白的下游靶基因，将Notch信号下传，可使多种不成熟细胞维持在未分化状态，调节细胞对分化诱导因子的反应，维持未分化细胞数量上的稳定使干细胞处于增殖状态。迄今，脊椎动物的Hes1-6共6种Hes分子已被克隆，其中Hes1分子表达最为广泛，人类的Hes1含268个氨基酸残基，相对分子质量约为35000。

1.2 Hes1基因在肿瘤中的表达及机制 Hes1基因是Notch信号通路下游的靶基因，可能在多种肿瘤的发生中起到癌基因的作用。Palomero等[2]在T 细胞急性淋巴细胞白血病的研究中已经证实：Hes1基因被激活后通过PTEN/PI3K/Akt /mTOR信号通路阻止细胞凋亡。其作用机制如下： Notch在高尔基体合成后，向细胞膜转运过程中在 Furin蛋白酶的作用下，于 S1位点被切割成胞外区（NEC）和跨膜片段（NTM）2 个亚单位[3]。两部分以二硫键形式连接在一起，形成异二聚体，位于细胞膜表面。当异二聚体与临近细胞上的配体相结合后，在金属蛋白酶（metalloprotease）作用下，在S2 位点被切割，N 端裂解产物 NEC 被配体表达细胞吞噬，而C端裂解产物进一步在跨膜区 S3 位点经 γ-分泌酶复合物水解，释放Notch 蛋白的活化形式 NICD，NICD 进入核内，其 RAM 区与 CSL蛋白及 MAML 蛋白结合形成转录复合物，再募集转录辅助激活因子 PCAF 及P300 等，然后激活下游靶基因Hes1，Hes1 通过负性调节抑癌的磷酸酶和张力蛋白（phosphatase and tensin，PTEN）基因，活化磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（ PI3K/Akt） 通路从而促进肿瘤增殖和浸润侵袭。

而后越来越多的研究发现Hes1基因在多种实体肿瘤中表达异常，并且与肿瘤的转移和侵袭能力有关。Dang等[4]研究发现在NSCLC中，包括肺腺癌、鳞状细胞癌、大细胞未分化癌、细支气管肺泡癌，都有Hes1的高表达。Michael等[5]研究结肠癌患者标本中Notch1、Hes1的表达情况发现大部分结肠癌组织中Notch1、Hes1呈高表达且两者保持较好的一致性，而且Hes1的表达程度与细胞的分化程度呈负相关[6]。Liu等 [7]在宫颈癌的研究中发现Hesl基因被沉默后细胞增殖能力显著下降，而在卵巢癌下调Hesl的表达可抑制卵巢癌细胞的黏附、侵袭及转移能力[8]。Engin等[9]亦发现：骨肉瘤中的Hes1 mRNA的含量明显高于野生成骨细胞中的含量，且通过对体内外各种成骨细胞细胞系及骨肉瘤细胞系中Hes1的表达发现与骨肉瘤的转移和侵袭力有关[10]。Lee等[11]在口腔鳞状细胞癌的研究中发现：Hes1在口腔鳞状细胞癌中的表达较癌前病变普遍上调。王春华等[12]报道称星形细胞瘤组织中Notch1、Hes1的表达显著高于正常脑组织组。王依满等[13]发现胃癌组织中Hes1的表达高于癌旁浅表性胃炎和胃镜浅表性胃炎（ P<0.05） ；Ⅲ/Ⅳ期、T3/T4、有淋巴结转移各组Hes1的表达显著强于Ⅰ/Ⅱ期、T1/T2、无淋巴结转移各组，认为Hes1表达可能与胃癌浸润深度、淋巴转移和肿瘤分期相关（ P<0.01）。司马晋等[14]在膀胱癌的研究中也发现浸润性膀胱癌组织中Hes1为正常膀胱黏膜组织的3.75倍；Hes1表达上调的膀胱癌细胞增殖能力较对照组细胞升高（P<0.01）。华中科技大学陈霞等对Barrett食管的研究中发现，Hesl、 Hathl mRNA在肠化组表达高于非肠化组，高度异型增生组的表达高于无异型增生组，且Hes1 mRNA的表达与Mathl呈正相关（r=0.978，P=0.000）。

Kaoru等 [15]也报道称：Hes1蛋白能通过抑制Cyclin依赖性激酶抑制因子p27Kip1的转录而促进细胞增殖。但是由于细胞信号转导并不都单纯是由某一条信号通路级联传递完成的，细胞信号通路间存在串话（cross-talk），甚至是以一种网络的形式。研究发现，Notch1还可能作用于其它靶基因（如：CyclinD1、p21、NF-κB等），而且某些情况下，Notch 信号可与 Wnt、Ras 等信号发生串话，加上Hes本身可能还受到其他信号途径的影响，因此Hes1基因为促癌基因，与肿瘤关系尚未完全清楚还有待进一步研究。

2 Hath1与肿瘤

2.1 Hath1基因的结构、功能 Hath1又名Atoh1、Math1或Ath1 ，Atoh1基因最早于1998年在果蝇基因中被发现，之后这种基因的变异体又在小鼠、人类等几乎所有的动物种属基因组中被找到。Atoh1基因位于染色体4q22，是果蝇属Atonal基因的同系物，Atoh1基因为功能基因，全长1.06 kb，含有一个外显子，Atoh1基因转录为长1065 bp的mRNA，编码产生一个蛋白，由354个氨基酸组成，即转录因子Atoh1，相对分子质量为38.2×103。Atoh1是一种新的抗癌基因[16]，关闭这一抑癌基因会导致癌症发生，而重新开启这一基因则有助于抑制癌症发生。Atoh1基因能控制细胞分化的最后步骤，这一步骤能确保细胞正确定型而不变为恶性癌细胞。

2.2 Hath1基因在肿瘤中的表达及机制 新近发现Hath1基因可能是一种新的抑癌基因，其异常表达参与多种肿瘤的发生、发展过程，但其在肿瘤中作用机制的研究尚少见报道。Leonard等[17]提到Merkel细胞癌患者表现出遗传或后生Atoh功能缺失的变异，而且MCC细胞系的表达分析显示Hath1水平和Merkel细胞增长呈负相关。Flora等[18]报道剔除出生后小鼠的Hath1基因使小脑的前体细胞保持在未分化的状态的平衡被打破，导致髓母细胞瘤的发生。

Bossuyt等[16]研究证实敲掉Hath1基因的小鼠和野生型小鼠相比，结肠息肉的发生率为100%，且息肉的平均大小和数量与野生型小鼠相比差异均有统计学意义。近年第四军医大学朱代华等 [19-20]研究发现正常结肠黏膜、癌旁黏膜、结肠癌组织中Hath1 mRNA和蛋白及Muc2 mRNA和蛋白的表达逐渐下调，他们之间均具有显著差异，尤其在结肠癌组织中均呈几何数级的下调。之后其又从细胞、动物层面对结肠癌中Hath1基因进行研究发现：Hath1基因可通过上调P27和下调cyclinD1 的表达来抑制结肠癌细胞的增殖，因此其认为Hath1在结肠癌中起到抑癌基因的作用。同样Leow [21-22]和Sikandar [23]也证实了Hath1抑制结肠癌细胞的增殖，Hathl基因参与结肠癌的发生可能与wnt信号通路有关。陈嘉宝等[24]检测肺癌组织与癌旁组织中Hath1的表达，发现与癌旁组织相比，Hath1 mRNA 在肺癌组织中表达显著下调。华中科技大学陈霞等对Barrett食管的研究发现，Hesl、 Hathl mRNA在肠化组表达高于非肠化组，高度异型增生组的表达高于无异型增生组，且Hes1 mRNA的表达与Mathl呈正相关（r=0.978，P= 0.0 00），Barrett食管可能与Notch-Delta- Hes1- Hath1信号通路有关。

3 Hes1、Hath1基因与肿瘤的关系

Hath1和Hes1两者都是前神经元碱性螺旋-环-螺旋（proneural basic helix-loop-helix，bHLH） 转录因子家族中的成员， bHLH蛋白是一类促进或抑制细胞分化的转录因子，其基因家族分两类：一类是转录激活性基因，包括Atoh1（Hath1）、Mash（mammalian achaetescute homologues）和Ngns （Neuro- genin）；一类是转录抑制性基因，包括Hes家族（Hairy and Enhancer of Split homolog） （Hes1，Hes3，Hes5）、ID，两类基因相互作用，共同调节细胞的分化[25]。

在非肿瘤的研究中Zheng等[26]发现：当Hes1和Hath1共同转染于体外培养耳蜗时，Notch受体通过与配体结合，Notch裂解出胞内反应域（intracellular domain of Notch， NICD），NICD从细胞膜上脱离，然后被运送到细胞核，在核内与效应因子Hes1通过抑制Hath1过度表达，使之不能产生额外毛细胞；若抑制Hes1的表达，则Hath1的表达上调，使之产生额外毛细胞，显示出Hes1对Hath1有拮抗作用。

在肿瘤领域，Sekine等[27]发现，8种胃癌细胞株和正常胃黏膜中均有Notchl和Hes1表达；正常胃黏膜中有Hathl表达，5种胃癌细胞株中则未检测到 Hathl表达。推测Hes1通过将Notch信号下传抑制Hathl转录而抑制细胞分化导致胃癌发生。亦有研究报道Hathl基因参与结肠癌的发生可能与wnt信号通路有关[21-22]，但其具体作用机制尚不清楚。朱代华等实验证明Hath1基因可通过上调P27和下调cyclinD1 的表达来抑制结肠癌细胞的增殖。华中科技大学陈霞等对Barrett食管的研究发现，Hesl、 Hathl mRNA在肠化组表达高于非肠化组，高度异型增生组的表达高于无异型增生组，且Hes1 mRNA的表达与Mathl呈正相关（r=0.978，P=0.000）。由于基因网络的复杂性及Hath1基因在肿瘤方面的研究尚浅，因此Hath1基因在多种肿瘤中的作用尚不明确， Hes1基因对Hath1基因的调节机制尚不清楚，Hes1基因与Hath1基因和肿瘤的关系研究尚欠深入。

4 问题与展望

目前大多肿瘤的治疗以手术、放疗、化疗为主要治疗手段，但由于现有检测手段使肿瘤被发现大部分已为晚期，治疗效果差，预后差，近年来基因靶向药物吉非替尼使得肺癌的治疗取得突破性进展，因此以免疫治疗与基因靶向治疗为代表的生物治疗日益受到重视[28]。Hes1和Hath1作为前神经元碱性螺旋-环-螺旋转录因子家族中的成员成为近年来研究的热点，尽管大量研究显示Hes1、Hath1在脑部肿瘤、结肠癌、肺癌等多种肿瘤中均存在异常表达，并且在非肿瘤领域证实Hes1对Hath1有拮抗作用，但Hes1与Hath1在肿瘤方面是否也存在Hes1对Hath1有拮抗作用？明确两者在肿瘤中的作用及相互之间的调节机制希望为肿瘤治疗提供新的基因靶点。

参考文献

[1] Bossuyt W，Kazanjian A，De Geest N，et al.Atonal homolog 1 is a tumor suppressor gene[J].PLoS Biol，2009，7（2）： e39.

[2] Palomero T，Sulis M L，Cortina M，et al. Mutational loss of PTEN induces resistance to NOTCH1 inhibition in T -cell leukemia[J].Nat Med，2007，13（10）：1203-1210.

[3] Weinmaster G. Notch signal transduction： a real rip and more [J].Curr Opin Genet Dev，2000，10（4）：363-369.

[4] Dang T P， Gazdar A F， Virmani A K， et al. Chromosome 19 translocation， overexpression of Notch3， and human lung cancer[J]. J Natl Cancer Inst， 2000，92（16）： 1355-1357.

[5] Michael R， Silvia O， Hui Z，et al.Activation of Notch signaling in human colon adenocarcinoma[J].Int J Oncol，2008，33（6）：1223-1229.

[6] 金黑鹰， 徐俊华， 王小峰，等. 肿瘤干细胞调节基因Hes1在结直肠癌中的表达及其临床意义[J].中华医学杂志，2011，91（41）：2891-2894.

[7] Liu J，Ye F，Chen H，et al.Expression of differentiation associated protein Hes1 and Hes5 in cervical squamous carcinoma and its precursors[J].Inte rnat ional journal of gynecological cancer， 2007，14（6）：789-792 .

[8] 吴利英，王明义，辛晓燕，等.人卵巢癌A2780细胞侵袭转移与HES1相关性的实验研究[J].现代生物医学进展，2012，12（5）：829-832.

[9] Engin F，Bertin T，Ma O，et al.Notch signaling contributes to the pathogenesis of human osteosarcomas[J].Hum. Mol.Genet，2009，18 （14） ：1464-1470.

[10] Zhang P， Yang Y， Zweidler-McKay P A，et al. Critical Role of Notch Signaling in osteosarcoma Invasion and Metastasis[J].Clin Cancer Res， 2008，14（7）：2962-2969.

[11] Lee S H， Hong H S， Liu Z X，et al.TNFα enhances cancer stem cell-like phenotype via Notch-Hes1 activation in oral squamous cell carcinoma cells[J].Biochem Biophys Res Commun，2012，424（1）：58-64.

[12]王春华，郑志竑，杨卫忠，等.Notch1和Hes1、Hes5在星形细胞瘤中的表达及其相关性研究[J].福建医科大学学报，2009，43（3）：207-209.

[13]王依满，杨晶金，权明明，等. HES1与ICN1、Notch1在胃癌组织中的表达及其意义[J].中国卫生检验杂志，2012，22（1）：87-92.

[14]司马晋， 朱明阳， 艾青. NOTCH1/HES1/PTEN信号通路在浸润性膀胱癌中的表达分析[J].中华医学杂志，2012，92（14）：85-88.

[15] Kaoru Murata， Masakazu Hattor，i Norihito Hirai， et al. Hes1 directly controls cell proliferation through the transcriptional repression of p27Kip1[J].Mol Cell Biol，2005， 25（10）： 4262-4271.

[16] Bossuyt W，De Geest N，Aerts S，et al.The atonal proneural transcription factor links differentiation and tumor formation in drosophila[J].PLoS Biol，2009，7（2）：e40.

[17] Leonard J H， Cook A L， Van Gele M， et al.Proneural and proneuroendocrine transcription factor expression in cutaneous mechanoreceptor（Merkel）cells and Merkel cell carcinoma[J].Int J Cancer，2002，101（2）：103-110.

[18] Flora A， Klisch T J， Schuster G， et al.Deletion of Atoh1 disrupts Sonic Hedgehog signaling in the developing cerebellum and prevents medulloblastoma[J].Science，2009，326 （5958）：1424-1427.

[19] 朱代华，龚建平. 相较正常结肠黏膜，Hath1在非粘液性结肠腺癌中的表达下调[J].重庆医科大学学报，2010，35（5）：666-669.

[20] 朱代华，龚建平，任柯，等. Hath1基因抑制结肠癌细胞的增殖[J].南方医科大学学报，2010，30（5）：1005-1008.

[21] Leow C C， Romero M S， Ross S， et al .Hath1，Down-regulated in colon adenocarcin- omas，inhibits proliferation and tumorigenesis of colon adenocarcinoma cells [J].Cancer Research， 2004， 4（17）：6050-6057.

[22] Leow C C， Polakis P， Gao W Q. A role for Hath1， a bHLH transcription factor， in colon adenocarcinoma[J].Annals of the New York Academy of Sciences，2005，1059（678）：174-183.

[23] Sikandar S S， Pate K T， Anderson S， et al. NOTCH signaling is required for formation and self-renewal of tumor-initiating cells and for repression of secretory cell differentiation in colon cancer[J]. Cancer Research， 2010，70（4）：1469-1478.

[24] 陈嘉宝，刘俊华，刘益飞，等. Atoh1 基因在肺癌中的表达及临床意义[J].临床肺科杂志，2011，11（16）：1744-1746.

[25] Kageyama R， Ohtsuka T， Hatakeyama J， et al. Roles of bHLH Genes in Neural Stem Cell Differentiation[J].Exp Cell Res（S0014-4827），2005，306（2）：343-348.

[26] Zheng J L， Shou J， Guillemot F，et al. Hes1 Is a Negative Regulator of Inner Ear Hair Cell Different- iation[J]. Development，2000，127（35）： 4551-4560.

[27] Sekine A， Akiyama Y， Yanagihara K， et al. Hathl up regulates gastric muein gene expression in gastric cells[J]. Bioehem Biophys Res Commun，2006，344（4）：1166-1171.

[28]王启钊，吕颖慧，费凌娜，等.肿瘤基因治疗的研究进展与思考[J].中国肿瘤临床，2010，37（15）：893-896.

（收稿日期：2013-03-18） （本文编辑：陈丹云）

①广东医学院 广东 湛江 524023

②广东医学院附属医院肿瘤中心

通讯作者：吴华

推荐访问:恶性肿瘤 研究进展 基因 Hes1 Hath1