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世界华人消化杂志. 2004-02-15; 12(2): 443-445
在线出版日期: 2004-02-15. doi: 10.11569/wcjd.v12.i2.443
肠道上皮特异性基因CDX2
宋艳, 李凌
宋艳, 李凌, 中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤研究所肿瘤医院病理科 北京市 100021
通讯作者: 李凌, 100021, 北京市朝阳区潘家园南里17号, 中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤研究所肿瘤医院病理科. www-111222@163.com
电话: 010-67781331-8498
收稿日期: 2003-08-07
修回日期: 2003-08-25
接受日期: 2003-10-12
在线出版日期: 2004-02-15

同源异型框基因及相关蛋白是指在生物体中一个具有相对保守序列的基因及蛋白家族, 广泛存在于从酵母到 乳动物的所有真核生物, 对生物的发育和细胞分化具有重要的调节作用. 本文主要从各个方面对肠道hui特异性表达的同源异型框转录因子-CDX2(caudal-related homeodomain transcription 2)做一简单概述.

关键词: N/A
引文著录: 宋艳, 李凌. 肠道上皮特异性基因CDX2. 世界华人消化杂志 2004; 12(2): 443-445
N/A
N/A
Correspondence to: N/A
Received: August 7, 2003
Revised: August 25, 2003
Accepted: October 12, 2003
Published online: February 15, 2004

N/A

Key Words: N/A
0 引言

在多细胞生物体的发生、发展过程中, 生物体的基因序列不仅需编码具有特异性结构与功能的蛋白, 还需编码决定位置信息的遗传因子, 这类基因决定着各个细胞和组织之间的相对位置并指导着数以万计的细胞沿着正常的轨道进行移动, 保证生物体正常结构形成[1]. 同源异型框基因及相关蛋白正是这样一类基因家族, 以核转录调节因子的形式调节生物结构及细胞分化, 在生物体的不断演化过程中, 决定着生物体正常结构并始终保持相对的保守性. 同源异型框基因首次在果蝇的保守序列中发现, 至今只有十几年的时间, 其蛋白以螺旋-环-螺旋的方式结合于DNA的相应区域, 发挥核转录因子的作用. 随着研究的深入, 在酵母菌、鼠及人类中相关基因及蛋白被相继确定[2]. 至今为止, 已发现的同源异型框基因及相关蛋白有数百种. 根据基因序列及染色体分布区域的异同, 同源异型框基因及相关蛋白可分为两大家族: HOX及PARAHOX家族, 前者包括HOX-A, HOX-B, HOX-C及HOC-D四类, 后者包含GSH, PDX和CDX(CDX1、CDX2、CDX4)[1].

1 CDX2的结构与功能

CDX2基因及相关蛋白最早由Mlodzik于果蝇中分离成功, 与parahox 家族呈高度的同源性[3]. 近年来人体的染色体研究表明, CDX2基因全长22-23 kb, 位于染色体的13q12-13, 由3个外显子和2个内含子构成, 与之对应的CDX2蛋白包含311个单氨基酸, 通过螺旋-环-螺旋的方式结合于DNA的相应区域, 以转录因子的形式调节DNA的表达[4-5].

CDX2的存在是受精卵种植的必需条件之一. 正常小鼠中, 受精卵的滋养层可检测到大量CDX2的存在. 由于滋养层CDX2的缺失, CDX2基因敲除的小鼠受精卵无法种植于宫内膜[6]. 正常生物体发育过程中, CDX2对消化道特别是结肠和小肠上皮的发育起着关键的作用. CDX2基因敲除的小鼠, 消化道畸形发育且内胚层细胞无法发育成小肠或结肠上皮, 多发的息肉样病变及鳞状化生大量出现, 此类息肉样病变被覆不表达CDX2的立方状黏膜上皮或鳞状上皮 [5]. 正常胃黏膜上皮中, CDX2阴性表达, 在慢性萎缩性胃炎的胃黏膜上皮中, 随着杯状细胞等一系列肠道特异性细胞的出现, CDX2的表达明显增强. 食管黏膜细胞的细胞系长期培养于酸性培养基中, CDX2 的表达增强, 细胞向肠黏膜上皮化生[7]. 反流性食管炎所致的Barrett's食管中, 食管的鳞状上皮被肠上皮所代替, CDX2的表达亦呈明显增强趋势[8]. 另外, 人们在体外细胞系的研究中, 发现CDX2具有显著的诱导分化作用. 人为导入CDX2基因的未分化结肠癌细胞系中, 可以检测到细胞明显的分化现象, 如产生分化特异性标记物蔗糖异麦芽糖酶和乳糖酶[9]. 以上研究均表明CDX2具有诱导细胞向肠上皮分化的作用.

2 CDX2的分布

在小鼠胚胎发育的早期, CDX2基因可分布于各个胚层, 如前所述, 早期胚胎种植前, 细胞滋养层CDX2的表达对于受精卵的子宫种植起着关键的作用, CDX2的缺失将导致胚胎无法种植于动物体子宫. 随后, CDX2可表达于胎盘. 在发育早期的胚胎内部, CDX2的表达最早出现于第8.5 d (交配后), 广泛分布于内胚层、中胚层和外胚层、神经管等, 随着胚胎的发育, CDX2的表达呈局限化趋势, 在第12.5 d时, 除神经管有少许的分布外, CDX2主要局限于内胚层的肠黏膜. CDX2在内胚层的表达在内胚层向小肠细胞转化时期(第15 d)呈逐渐增强趋势, 在成年小鼠中, CDX2表达于所有的小肠绒毛膜上皮细胞及结肠的腺体上皮细胞中, 并长期保持稳定的分布[10]. 人体各种上皮细胞的免疫组化研究中发现, 从胚胎发育的第8 wk开始, 胎儿的胃肠道即可检测出CDX2的表达. 在人体正常上皮细胞中, CDX2可表达于内胚层来源的肠道上皮及胰腺的导管和腺泡上皮, 但CDX2在食管和正常胃黏膜上皮中不表达. 除消化系统外, 其他各系统正常上皮内未检测到CDX2[11].

3 CDX2的分子生物学特征

CDX2的作用机制涉及同源分子间、细胞内外分子间相互作用的各个方面, 如可促进LI-粘连蛋白及黏液蛋白基因MUC2的分泌, 特异性提高增强子的表达等, 下面选取代表性的作用因子作一简单概述.

3.1 CDX2与CDX1

CDX2与CDX1同属CDX家族, 在结构上具有高度的同源性, 如与DNA结合的相应同源转化框蛋白片段, 二者几乎完全一致, 胃肠道上皮中, 在发育的某些阶段(第8.5-12 wk)可同时检测到二者的存在. 然而, CDX2与CDX1的分布及功能有许多不同之处. 小鼠中, CDX1在胚胎发育的第8.5-12 wk可表达于多种组织如神经管、中胚层等, 在第12 wk时, 随着内胚层向肠道上皮的分化, CDX2的表达增强, 与此同时, CDX1的表达明显减弱[10]. CDX1基因与生物体的神经系统发育密切相关, 在CDX1基因敲除的小鼠中, 可以观察到神经系统的发育畸形, 消化道则无明显变化[12]. CDX2基因的表达可显著诱导未分化细胞向肠上皮分化, CDX1则无此作用[13]. Van den Akker et al[14]的研究表明, 当CDX1表达降低或CDX2表达升高时, 可明显促进结肠腺上皮细胞的分化.

3.2 CDX2与LI-粘连蛋白

肝肠特异性整合素(liver intestin-cadherin, LI-粘连蛋白), 作为钙粘连蛋白家族的一员, 与经典的钙粘连蛋白分子虽具有相同的作用机制, 结构却不同. 传统的钙粘连蛋白如E-钙粘连蛋白和N-钙粘连蛋白等, 具有5段细胞外的氨基酸重复序列, 每段由110个aa组成, 细胞内的片段则由150-160个aa组成. LI-粘连蛋白的细胞外区域由7段氨基酸重复序列组成, 细胞内的序列只有20个aa左右[15]. 无论在小鼠或人体, LI-粘连蛋白均特异性表达于小肠及结肠的正常黏膜上皮细胞中, 与CDX2的表达具有相当程度的一致性. 在CDX2基因敲除的小鼠中, CDX2与LI-粘连蛋白在肠道多发的息肉样病变的表达均为阴性. 分子生物学研究表明, CDX2可特异性作用于LI-粘连蛋白的5'端, 与LI-粘连蛋白直接结合从而促进LI-粘连蛋白的表达. Hinoi et al[15]的研究表明, CDX2阳性表达的黏膜上皮中, 80%可以检测到LI-粘连蛋白; CDX2阴性表达的黏膜上皮中, LI-粘连蛋白的表达基本为阴性, 二者的表达显示高度的一致性.

3.3 CDX2与MAPKs

细胞的正常增生及分化, 不仅需要细胞内自身内环境的调节, 细胞间信号传导也具有重要的作用. P38分裂激活蛋白激酶(P38 mitogen-activated protein kinase, MAPKs), 作为细胞间信号传导通路的作用途径之一, 在细胞向小肠上皮的分化中, 起着重要的调节作用. 在细胞向肠道上皮的生长和分化过程中, MAPKs的表达显著, 特异性的分布于小肠的绒毛上皮细胞核中[16]. 研究表明, MAPKs可以与CDX2的启动子序列特异性结合, 调节其转录活性. MAPKs的抑制剂SB203580对细胞的生长无任何影响, 但显著抑制CDX2的表达及细胞向肠黏膜上皮细胞分化, 如明显减低特异性分化标记物如绒毛膜蛋白及乳糖等的合成[16].

3.4 CDX2与层粘连蛋白-1

细胞外基质成分对于细胞的分化和生长起着重要的调节作用, 在体外实验中, 沿腺体和绒毛上皮广泛分布的层粘连蛋白-1可以显著刺激肠上皮的分化. Lorentz et al[17]通过特异性阻断内源性层黏粘连蛋白-1的作用, 观察到层粘连蛋白-1与CDX2的表达呈高度一致性. 当体外层粘连蛋白-1浓度升高时, CDX2的表达呈同步的升高趋势. 但层粘连蛋白-1究竟以何途径作用于CDX2, 有待于进一步的研究[17].

3.5 CDX2与增强子

顺势作用元件在细胞DNA的转录中发挥着重要的调节作用. CDX2可以和DNA的部分区域特异性结合, 从而调节DNA的转录活性. Taylor et al[10]研究表明, CDX2 可以显著增强启动子的激活, 不同的细胞系无显著差异, 针对增强子的作用, CDX2则特异性作用于小肠相关细胞系, 对其他细胞系影响较小. 与强效增强蛋白VP16相比, CDX2具有明显的细胞系特异性, 即在小肠表达中, 增强子和启动子的变化呈现一致性, 而在其他细胞系中, 只观察到启动子的显著提高, 增强子未见明显变化. 以上研究表明, CDX2细胞具有特异性促进增强子表达的作用, 与CDX2在肠道上皮分化中的重要作用相一致.

3.6 CDX2与P13/PTEN

在促进细胞分裂、细胞生长等一系列细胞信号传导通路中, P13K发挥着重要的作用. P13K可以催化第二信号分子PIP3的产生, 从而起到促进细胞分化、增生及代谢的作用 . PTEN作为P13K的拮抗剂, 可将PIP3分解为无活性的PIP2, 发挥负调节作用. PTEN位于10q23, 此区域在乳腺癌及前列腺癌中经常缺失. Lynch et al[9]的研究表明, CDX2与PTEN在组织中的分布呈一致性, 在人为降低PTEN的细胞系中, CDX2的表达明显下降. 分子测序及蛋白电泳实验表明, PTEN可以显著提高CDX2基因启动子序列的表达活性.

3.7 CDX2与MUC2

杯状细胞作为肠黏膜上皮的特征性细胞之一, 广泛分布于小肠和结肠黏膜上皮中. 黏液蛋白基因MUC2特异性分布于杯状细胞中, 含量非常丰富, Yamamoto et al[18]为了研究MUC2与CDX2的关系, 将CDX2基因导入小肠上皮细胞系中, 应用RT-PCR及EMSA的方法[18], 检测到CDX2可特异性结合于MUC2基因的启动子, 显著提高MUC2的表达水平, 从而为CDX2可特异性诱导肠黏膜上皮分化作了有力的说明.

4 CDX2在上皮性肿瘤中的表达及病理鉴别诊断中的意义

近年来, 商用CDX2抗体大批量制备成功为CDX2免疫组化方面的应用提供了广阔的前景, 2002年起, CDX2单克隆抗体首次由美国的Biogenex 公司出售. 在CDX2与预后关系的研究中, Seno et al[19]发现89%的慢性萎缩性胃炎及64%的肠型胃癌中可检测到CDX2抗体的表达, 其他类型胃癌中CDX2不表达. 2003年, Werling et al[11]研究了476例人体各部分不同肿瘤的CDX2抗体的表达情况, 研究表明, 食管、胃、十二指肠、结肠、胰腺、胆囊等消化道上皮肿瘤中均可不同程度检测到CDX2的表达, 其中结肠和十二指肠表达最强. 在胃肠道以外的其他肿瘤中, 卵巢和膀胱的黏液性上皮性肿瘤偶而可检测到CDX2阳性表达, 肺、乳腺、肾等各个器官的上皮性肿瘤中, 均无表达[11]. 与肠道特异性蛋白Villin相比, CDX2具有更高的特异性.

与胞质特异性标记物比较, CDX2有以下优点: (1)CDX2的标记敏感性高, 特异性强, 阳性标记者基本阳性率在90%以上; (2)定位于细胞核, 减少了内源性生物素的假阳性干扰. 作为胃肠道特异性标记物, Villin与CDX2联合应用, 可以明确转移性腺癌的来源. 二者均为阴性时, 可以基本排除肿瘤胃肠道来源的可能性; 二者均为阳性时, 肿瘤可能起源于胃肠道的任何部位; 只有CDX2强阳性而Villin表达不明确时, 则可以基本认定肿瘤的结肠部位起源性[11].

关于CDX2与肿瘤的分化程度的关系, 学者观点不一, 部分学者认为CDX2与肿瘤细胞的分化程度无关; 其他学者则认为随着细胞分化程度的降低, CDX2的表达呈逐渐下降趋势, CDX2与细胞分化程度呈正相关[20]. CDX2与生存率的研究中, Seno发现40例胃癌患者中, CDX2阳性的胃腺癌患者生存率明显高于CDX2表达阴性的患者[19]. 作为迄今胃肠道特异性最高的基因及抗体, CDX2的研究及应用必将会对胃肠道上皮的研究及肿瘤的鉴别发挥重要的作用.

编辑: N/A

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