[摘要] RUNX1又称为AML1，是人类白血病中染色体易位最常见的靶位点。RUNX1是十分重要的转录因子，在多种造血细胞系中广泛表达，在造血细胞的分化中起着关键作用，亦可调节造血相关基因的表达。RUNX1基因异常表达和突变常与人类白血病的发生相关。许多研究表明RUNX1是造血细胞生成过程中重要的调节因子，RUNX1蛋白可接受多种翻译后修饰，包括磷酸化、乙酰化等，其活性可受这些翻译后修饰的影响，从而调节造血细胞的分化、凋亡及自我更新。通过对RUNX1基因的研究旨在为白血病的进一步治疗提供新的靶点。
[关键词] RUNX1； 急性白血病； 翻译后修饰； 染色体易位
[中图分类号] R733.7 [文献标识码] B [文章编号] 1005-0515（2012）-02-002-02
The relationship between RUNX1 and leukemia
LU Shanliang MA Xudong
(Department of Hematology Zhangzhou Affiliated Hospital of Fujian Medical University Fujian Zhangzhou 363000 China)
[Abstract] RUNX1,called AML1,is one of the most frequent targets of translocations associated with human leukemias,which encodes a transcription factor that is widely expressed in multiple hematopoietic lineages and that plays a pivotal role in hematopoietic differentiation.Improper expression and mutations in Runx1 are frequently implicated in human leukemia.It also regulates the expression of a variety of hematopoietic genes.Numerous studies have shown that RUNX1 is a critical regulator of hematopoietic development.The RUNX1 can be modulated by various types of posttranslational modification,including phosphorylation,acetylation and so on. RUNX1 post-transcriptional modification can affect its role in influencing differentiation and self-renewal of hematopoietic cells.The goal of the studies of the RUNX1 gene is to develop new targets for leukemia.
[Key words] RUNX1 gene； human leukaemia； post-transcriptional； chromosomal translocation
RUNX蛋白家族是一类具有高度保守蛋白序列的转录因子家族，调节着参与细胞分化和细胞增殖的基因的表达。RNUX蛋白家族，在哺乳动物中包括3个成员，RUNX1、RUNX2和RUNX3[1]，其中RUNX1亦称作急性髓系白血病1(acutemyeloid leukemia1,AML1)，是造血过程中关键的调节因子，是人类白血病中多种染色体易位的常见靶位点；在果蝇中包括两种同源物[2]。RUNX在正常及恶性造血、血管形成、胸腺T细胞发育及细胞分化等多方面具有十分重要的作用，还参与与自身免疫性疾病如系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎及牛皮癣的易感性相关[3]。
1 RUNX1结构和功能 RUNX1基因位于染色体21q22.3，由12个外显子组成，全长超过260 kb。RUNX1基因编码异二聚体转录因子的α亚基，能够与从胞浆进入胞核的核结合因子β亚基形成异二聚体-AMLI/CBFβ，已知该二聚体是维持正常造血的关键转录调控复合物。α亚基是1个核蛋白，具有3大功能结构域，其一为靠近N端的DNA结合区，由128个氨基酸组成，具有高度保守性，因这一区域与果蝇的Runt蛋白的一个区域同源而得名，称为Runt同源结构域(runt homology domain,RHD)。RHD介导Runx蛋白质α与β亚基的异二聚体化(CBFβ不能直接同DNA结合，但CBFβ能与CBFα形成异源二聚体并能稳定CBFα与DNA的结合[4])以及Runx蛋白质与其保守的DNA靶序列PyG-PyGGT(Py为嘧啶碱基)的结合。这种结合导致靶基因的激活或抑制。RUNX1的另一个功能区为靠近C端的反式激活结构域(transactivation domain,TD)。该区域可与转录共激活因子结合上调靶基因转录。RUNX1的最后一个功能区为转录抑制结构域(repressiondomain,RD)，该结构域分为3个不同的区域，分别命名为RD1、RD2及RD3，它们可介导RUNX1的抑制功能，其中RD1位于RHD的C端，该区域可招募共抑制因子SIN3A及EAR-2抑制靶基因的转录；RD2位于TD的C端，是转录抑制和T细胞在胸腺组织器官的成熟过程中CD4沉默所必需的。研究发现，组蛋白甲基转移酶SUV39H1及组蛋白去乙酰基转移酶1、3可与该区域相互结合，发挥转录抑制及基因沉默作用[5]；RD3位于RUNX1蛋白的C末端，该区域内包含VWRPY序列，它是转录共抑制因子TLE家族的识别序列，该转录抑制因子可与RUNX1蛋白发生相互作用抑制靶基因的转录。
RUNX1基因由于不同的转录后拼接可产生至少3不同的蛋白质: RUNX1a、RUNX1b、RUNX1c，分别为250个氨基酸、453个氨基酸和480个氨基酸。由于RUNX1b及RUNX1c均含有N端的RHD及C端的TD区,故RUNX1b及RUNX1c的功能大致相似。由于RUNX1a只保留了RHD，缺少TD区，研究表明RUNX1a和RUNX1b在调控粒细胞分化过程中呈相互拮抗作用，RUNX1a能显性抑制由RUNX1b引起的转录激活，并且RUNX1a比RUNX1b 与DNA结合有更高的亲和力。另外RUNX1a在大多数髓细胞性白血病患者细胞中有增多表达，这说明RUNX1a在白血病的发生机制中可能占一个重要地位，它可能显性抑制RUNX1b的功能而导致细胞的分化[6]。
在个体器官发育过程中，RUNX1在造血干细胞、主动脉一性腺一中肾区域的内皮细胞、软骨形成中心、嗅觉和味觉粘膜以及神经节细胞中均有较高的表达，而在器官形成后主要在造血细胞中表达。Runx1可调节大量造血相关基因的表达，通过转录调控，促进造血干细胞的发育和分化。在正常及恶性造血等方面起着重要的作用。
2 RUNX1翻译后修饰概述 Runx1蛋白可接受多种翻译后修饰，包括磷酸化、乙酰化、甲基化及泛素化，且其转录活性可受这些翻译后修饰的影响。这些修饰对造血细胞的分化、凋亡及自我更新均产生了不同程度的影响，对转录因子的自身抑制、蛋白聚合、蛋白裂解、细胞定位及泛素化介导的降解等方面产生了重要影响[7]。例如：①RUNX1的磷酸化在细胞周期、增殖及分化中均起着十分关键的作用。ERK1/2丝/苏氨酸激酶可以引起RUNX1在转录区域发生多位点磷酸化，包括S249和S266[8]。由于磷酸化RUNX1与P300共激活因子相互作用，ERK2通过RUNX1b增加了转录激活活性。RUNX1发生磷酸化后从核基质释放，导致蛋白酶体介导降解作用[9]。RUNX1是成人血细胞生成中巨核细胞的成熟所必需的[10]，维持ERK1/2的活性也是细胞分化为巨核细胞所必需的，ERK磷酸化RUNX1对于巨核细胞的分化具有十分重要的作用。RUNX1是cdk1/2/6的底物，RNX1可以在S276、S293、S300、S303发生磷酸化，这种磷酸化作用有利于后期促进复合物介导的RUNX1降解。RUNX1与它的激酶相互作用，一方面加强了RUNX1功能，但也促进了RUNX1降解。总之，转录因子关键特征如DNA结合修饰，转录激活和蛋白质之间相互作用，是由于磷酸化调节其作用的[7]；②组蛋白、转录因子及其他蛋白乙酰化可以改变核小体构象，调节基因转录，最终影响不同的生物学事件。赖氨酸乙酰基转移酶P300和CERB结合蛋白(CBP)作为转录共激活因子在正常血细胞生成过程中发挥不同的作用[11]。P300/CBP和MYST家族(单核细胞白血病锌指蛋白MOZ和单核细胞白血病锌指蛋白相关因子MORF)是与AML和MDS相关的染色体易位目标[12]。RUNX1可通过招募，如P300、CBP、MOZ、MORF等，调节核心组蛋白乙酰化及其靶基因的转录水平。RUNX1基因结构的第178氨基酸残基到C末端区域是与P300结合部位，RUNX1和P300可以通过PML1(早幼粒细胞白血病蛋白特定亚型)被募集到早幼粒细胞白血病核体，激活依赖RNUX1的转录和髓细胞分化[13]。RUNX1-MOZ复合物的含量在M1髓系细胞分化至单核/巨噬细胞的过程中增加，提示RUNX1与MOZ之间的相互作用可能在单核细胞分化过程中起着十分重要的作用[14]。赖氨酸乙酰基转移酶可增加RUNX1的DNA结合能力，并促进下游基因的表达。它们通过乙酰化组蛋白中的赖氨酸残基改变核小体周围的环境，并通过招募转录因子上调靶基因的表达水平；③RUNX1的RHD区域可与组蛋白赖氨酸甲基转移酶SUV39H1结合形成复合物，降低RUNX1与DNA的亲和力[15]。RUNX1的C端含有精氨酸甲基化位点R206及R210，该位点可被蛋白精氨甲基转移酶1(protein arginine methyltransferases1,PRMT1)甲基化，并阻止RUNX1与共抑制因子SIN3A之间的相互作用，从而激活靶基因的转录[16]。PRMT1通过与造血细胞主要调节因子如RUNX1相联系，通过为种系特定细胞的表达构建正确的染色质结构，将有利于造血细胞分化；④研究表明RUNX蛋白可以被一种泛素连接酶降解[17]。CHIP是分子伴侣Hsp70羧基末端一种相关蛋白，也称为Stub1，它通过细胞核带电区域和TPR与RUNX1相互作用。当CHIP过度表达时将通过泛素蛋白酶途径直接导致RUNX1泛素化和降解[18]。由此可见RUNX1翻译后修饰将对其功能产生多样化的调节，我们通过深入了解各种修饰作用机制和功能将为白血病进一步治疗提供一个全新的治疗时代。
3 RUNX1与白血病关系 染色体易位与人类白血病的发生发展密切相关。RUNX1是正常造血必需基因之一，累及该基因的恶性血液病相关易位达20余种。在儿童白血病细胞中，至今已发现有10多种非随机的染色体易位，其中Runx1受累最多，约占儿童白血病病例的30%以上，如t(12;21)、t(8;21)、t(16;21)、t(3;21)及t(X;21)等[19]。在成人白血病患者中，Runx1亦受累最多，其中t(8;21)(q22;q22)是AML最常见的染色体易位[20]，涉及RUNX1基因的易位有以下几个特点：①除t(4;21)(q31;q22)、t(12;21)(p13;q22)见于儿童ALL外，余均发生于髓系白血病或MDS；②t(8;21)(q22;q22)及t(12;21)(pl3;q22)以外的易位多预后不良；③部分患者有化疗史或核辐射接触史。染色体易位形成相应的融合基因，如t(8;21)是AML最常见的融合基因，易位后产生ML1/ETO融合蛋白，发挥转录抑制作用；t(12;21)在儿童急性B淋巴细胞白血病中所占比例大于25%，易位产生嵌合基因编码Runx1-TEL融合蛋白，亦是一种转录抑制子，主要干扰RUNX1介导的特定的转录激活活性[5]；Runx1-Evi1、Runx1-Fog2等。融合基因产生的融合蛋白与野生型RUNX1相比通常显示出相反的活性或丧失调节能力[21]。
RUNX1基因易位参与恶性血液病发生的机制可能有以下两种：①融合基因多保留RUNX1 5’端Runt结构域，而位于3’端的转录激活区则被另一种蛋白替代，易位导致RUNX1功能破坏为其主要作用机制；②与EAP、FGA7、CopineⅧ及AMP19等少数基因相易位时，产生的融合蛋白与正常RUNX1蛋白长度相当，与之竞争性结合靶DNA序列而抑制CBF的转录活化作用，使造血细胞增殖及分化受阻[22]。另一种说法RUNX1参与人类急性白血病发生的机制可能是以下三种不同机制：在家族性血小板无序状态和骨髓增生异常综合症(MDS)中发生点突变导致氨基酸替换或蛋白翻译提早结束，这些突变使蛋白质不能有效的与DNA结合或影响了RUNX1的转录激活能力，使RUNX1丧失功能；RUNX1通过染色体重组导致融合蛋白产生，如基因ETO、MDS1/EVI1、和TEL在染色体易位后与RUNX1在结构上融合的同时，亦与自身含有同二聚化区域(存在于融合蛋白中)的转录调节因子相互作用，RUNX1通过二聚化作用，组装为异常转录复合物，这种复合物会对造血干细胞生长分化过程失去控制，最终导致白血病的发生；近来大量研究表明，RUNX1基因座也是基因扩增的一个靶标，这种基因扩增会导致基因转录过表达，可能在总体上会有促进急性淋巴细胞白血病的发生[23]。任何导致RUNX1基因丢失和/或功能破坏的因素都可能促进恶性血液病发生。
4 展望 通过RNUX1结构、功能及表观遗传学修饰的阐述，使我们初步了解到RUNX1基因在调控造血细胞的增殖、分化中发挥重要作用，对白血病的发生产生重要的影响。深入了解RUNX1的损伤及表观遗传学机制将为白血病的个性化和靶向治疗奠定理论基础；进一步对伴有涉及RUNX1基因的染色体易位的恶性血液病开展分子生物学研究必将加强我们对白血病发病机制的了解，从而有助于更好的指导该类疾病的诊断和治疗。对RUNX1蛋白的功能深入研究必将揭示出它们在造血细胞增殖、分化所发挥的重要作用的机制，同时也可用直接针对这些具有融合蛋白功能的物质为临床上治疗白血病找到新的突破口。由此可见，对RUNX1基因的进一步研究，势必为血液系统恶性肿瘤和其它疾病的诊断和治疗揭开新的篇章。
参考文献
[1] van Wijnen AJ,Stein GS,Gergen JP et al.Nomenclature for Runt-related(RUNX)proteins[J].Oncogene,2004,23(24):4209-4210.
[2] Durst KL,Hiebert SW.Role of RUNX family members in transcriptional repression and gene silencing[J].Oncogene,2004,23(24):4220-4224.
[3] Prokunina L,Castillejo-Lopez C,Oberg F et al.A regulatory polymorphism in PDCD1 is associated with susceptibility to systemic lupus erythematosus in humans[J].Nat.Genet,2002,32(4):666-669.
[4] Wang S,Wang Q,Crute BE,Melnikova IN,Keller SR,Speck NA.Cloning and characterization of subunits of the T-cell receptor and murine leukemia virus enhancer core-binding factor[J].Mol Cell Biol,1993,13:3324-3339.
[5] Reed-Inderbitzin E,Moreno-Miralles I,Vanden-Eynden SK.RUNX1 associates with histone deacetylases and SUV39H1 to repress transcription[J].Oncogene,2006,25(42):5777-5786.
[6] 李先根,邬韦秀,周柱等.AMLI基因分子生物学研究进展[J].国外医学遗传学分册,1997,20(2):80-82.
[7] WangL,HuangG,ZhaoX etal.Post-translational modifications of Runx1 regulate its activity in the cell[J].Blood Cells Mol Dis,2009,43(1):30-34.
[8] Tanaka T,Kurokawa M,Ueki K et al.The extracellular signal-regulated kinase pathway phosphorylates AML1,an acute myeloid leukemia gene product,and potentially regulates its transactivation ability[J].Mol Cell Biol,1996,16(7):3967-3979.
[9] I mai Y,Kurokawa M,Yamaguchi Y et al.The corepressor mSin3A regulates phosphorylation-induced activation,intranuclear location,and stability of AML1[J].Mol Cell Biol,2004,24(3):1033-1043.
[10] Ichikawa M,Asai T,Saito T et al.AML-1 is required for megakaryocytic maturation and lymphocytic differentiation,but not for maintenance of hematopoietic stem cells in adult hematopoiesis[J].Nat Med,2004,10(3):299-304.
[11] Rebel VI,Kung AL,Tanner EA et al.Distinct roles for CREB-binding protein and p300 in hematopoietic stem cell self-renewal[J].ProcNatlAcad SciUS A,2002,99(23):14789-14794.
[12] Yang XJ,Ullah M.MOZ and MORF,two large MYSTic HATs in normal and cancer stem cells[J].Oncogene,2007,26(37):5408-5419.
[13] Kitabayashi I,Aikawa Y,Nguyen LA et al.Activation of AML1-mediated transcription by MOZ and inhibition by the MOZ-CBP fusion protein[J].EMBO J,2001,20(24):7184-7196.
[14] Nguyen LA,Pandolfi PP,Aikawa Y et al.Physical and functional link of the leukemia-associated factors AML1 and PML[J].Blood,2005,105(1):292-300.
[15] Chakraborty S,Sinha KK,Senyuk V et al.SUV39H1 interacts with AML1 and abrogates AML1 transactivity.AML1 is methylated in vivo[J].Oncogene,2003,22(34):5229-5237.
[16] Zhao X,Jankovic V,Gural A et al.Methylation of RUNX1 by PRMT1 abrogates SIN3A binding and potentiates its transcriptional activity[J].Genes Dev,2008,22(5):640-653.
[17] Huang G,Shigesada K,Ito K et al.Dimerization with PEBP2beta protects RUNX1/AML1 from ubiquitin-proteasome-mediated degradation[J].EMBO J,2001,20(4):723-733.
[18] Shang Y,Zhao X,Xu X et al.CHIP functions an E3 ubiquitin ligase of Runx [J].Biochem Biophys Res Commun,2009,386(1):242- 246.
[19] Yamagata T,Maki K,Mitani K.Runx1/AML1 in normal and abnormal hematopoiesis[J].Int J Hematol,2005,82(1):1-8.
[20] KurokawaM,HiraiH.Role of AML1/Runx1 in the pathogenesis of hematological m alignancies[J].Cancer SCI,2003,94(10):841- 846.
[21] Roulston D,Espinosa R 3rd,Nucifora G.CBFA2(AML1)translocations with novel partner chromosomes in myeloideukemias:association with prior therapy[J].Blood,1998,92(8):2879-2885.
[22] 戴海萍,薛永权.恶性血液病中涉及AMLI的染色体易位[J].国际输血及血液学杂志,2006,29(4):306-309.
[23] Li D,Sinha KK,Hay MA et al.RUNX1-RUNX1 homodimerization modulates RUNX1 activity and function[J].J Biol Chem ,2007,282(18):13542-13551.