Hexim1-KO 基因敲除小鼠

Hexim1，即hexamethylene bis-acetamide-inducible protein 1，是一种重要的转录调节因子，对多种生物学过程和疾病的发生发展具有深远的影响。Hexim1通过控制正转录延伸因子b（P-TEFb）的活性来调节RNA聚合酶II（RNAPII）的转录过程。P-TEFb是一种由细胞周期蛋白T1或T2和细胞周期蛋白依赖性激酶9组成的复合物，它通过拮抗负转录延伸因子和磷酸化RNAPII的羧基末端结构域来促进转录延伸和新生转录本的共转录加工。这一步骤对于大多数真核基因的表达至关重要。在生长细胞中，P-TEFb受到HEXIM1/2的负调节，这些蛋白与7SK小核核糖核蛋白颗粒中的P-TEFb可逆结合，抑制其活性。同时，P-TEFb也受到多种转录因子的正调节，以及超延伸复合物的调节。在静息细胞中，P-TEFb解离，细胞周期蛋白T1被蛋白酶体降解。这种对P-TEFb的复杂调节机制是为了精确地控制基因表达的时间和空间，其失调与炎症和肿瘤等病理状态有关[1]。

Hexim1在人类红系生成过程中发挥着关键作用，通过控制P-TEFb的定位和活性来调节RNAPII的活性，进而影响红系基因的表达和功能。过表达HEXIM1可以促进红系细胞的增殖和胎儿血红蛋白的表达。HEXIM1通过在细胞周期检查点基因处强制RNAPII暂停，以及在促进细胞周期进程的基因处增加RNAPII的占据来调节红系增殖。基因组范围内的HEXIM1分析显示，它不仅在抑制的基因上增加，也在激活的基因上增加。此外，GATA-1和RNAPII的分布也发生了基因组范围内的变化。在β-珠蛋白位点，β-珠蛋白和GATA-1的RNAPII和GATA-1丢失，而γ-珠蛋白则获得了这些因子。这导致了胎儿血红蛋白和β-珠蛋白位点中调控胎儿血红蛋白表达的lncRNA BGLT3的表达增加。GATA-1是HEXIM1抑制或激活基因表达的关键决定因素。获得HEXIM1和GATA1的基因，其RNAPII和基因表达增加，而获得HEXIM1但丢失GATA1的基因，其RNAPII暂停增加，表达下降。这些发现揭示了通用转录机器在调节红系生成关键方面，包括细胞周期进程和胎儿基因表达中的中心作用，这可能为治疗提供益处[2]。

Hexim1在心脏中通过调节血管内皮生长因子（VEGF）基因的表达来影响血管生成和心肌生长。HEXIM1蛋白在心脏生长和心腔成熟的关键时期被检测到。HEXIM1基因的插入突变小鼠在胚胎期死亡，其心脏缺陷包括异常的冠状动脉模式和薄的心室壁。心肌变薄部分归因于细胞凋亡的增加。HEXIM1(1 to 312)小鼠心脏切片的血小板内皮细胞粘附分子前体-1染色显示，尽管心外膜存在冠状动脉血管，但心肌血管生成减少。与对照小鼠相比，VEGF的表达在HEXIM1(1 to 312)小鼠中下降。VEGF是一种已知影响成血管细胞侵袭、心肌增殖和存活的因子。此外，还观察到FGF9的表达下降，这表明HEXIM1在心肌中的作用部分是通过心外膜FGF9信号传导介导的。这些结果表明HEXIM1在冠状动脉血管发育和心肌生长中发挥着关键作用，其机制涉及VEGF作为HEXIM1的直接转录靶点，并涉及对VEGF基因转录的C/EBPα抑制作用的减弱[3]。

Hexim1的表达与阿尔茨海默病（AD）的病理学相关，并调节神经元中即早基因的动力学。神经元HEXIM1 mRNA的表达与人类AD病理学高度相关。HEXIM1对P-TEFb的调节对神经元基因转录的快速诱导有显著影响，尤其是在重复去极化后。这些数据表明HEXIM1/P-TEFb在神经元中诱导性基因转录中起着重要作用，并为设置和重置有利的基态，以允许必要基因的强激活，从而实现突触可塑性提供了基础[4]。

Hexim1通过抑制ERα和AR的转录活性来下调二氢睾酮和雌二醇的水平。HEXIM1通过破坏这些受体与P-TEFb的相互作用，并减弱RNAPII在丝氨酸2位点的磷酸化，从而抑制了与ERα结合的配体和AR的活性。HEXIM1对ERα和AR转录活性的抑制包括分别抑制ERα和AR依赖性基因表达，以及由此导致的乳腺癌（BCa）和前列腺癌（PCa）细胞增殖和生长的减弱。HEXIM1抑制BCa和PCa细胞中AKR1C3的表达。AKR1C3，也称为17β-羟基类固醇脱氢酶（17β-HSD）5型，是17β-雌二醇（E2）和5α-二氢睾酮（DHT）合成的关键酶。HEXIM1下调AKR1C3影响E2和DHT的产生，以及雌激素和雄激素依赖性基因表达和细胞增殖。这些研究表明HEXIM1具有抑制ER和AR的转录活性和这些受体的内源性配体合成的独特能力[5]。

DNMT1抑制剂通过非表观遗传机制诱导HEXIM1的表达。5-氮杂胞苷（5-AzadC），一种DNMT1抑制剂，通过去除/擦除其启动子上的甲基化标记来诱导肿瘤抑制基因的表达。研究强调了另一种机制，其中5-AzadC诱导的DNA损伤导致NF-κB、P-TEFb和丝氨酸2磷酸化RNAPII在HEXIM1基因上的增强占据。因此，5-AzadC在前列腺癌细胞系和三阴性乳腺癌中诱导HEXIM1表达。5-AzadC诱导的DNA损伤通过激活ATR和ATM并诱导NF-κB募集到HEXIM1启动子上增强P-TEFb的占据。NF-κB的下调减弱了5-AzadC在前列腺癌和乳腺癌细胞中诱导的HEXIM1表达。5-AzadC诱导的HEXIM1表达的功能相关性通过研究显示，HEXIM1是凋亡诱导所必需的。这些发现支持5-AzadC诱导的HEXIM1蛋白表达的另一种非表观遗传机制，这可能有助于5-AzadC的临床效力[6]。

HEXIM1基因的突变会导致心脏和血管发育缺陷，部分是通过下调血管内皮生长因子。HEXIM1蛋白在心脏生长和心腔成熟的关键时期被检测到。HEXIM1基因的插入突变小鼠在胚胎期死亡，其心脏缺陷包括异常的冠状动脉模式和薄的心室壁。心肌变薄部分归因于细胞凋亡的增加。HEXIM1(1 to 312)小鼠心脏切片的血小板内皮细胞粘附分子前体-1染色显示，尽管心外膜存在冠状动脉血管，但心肌血管生成减少。VEGF的表达在HEXIM1(1 to 312)小鼠中下降。VEGF是一种已知影响成血管细胞侵袭、心肌增殖和存活的因子。此外，还观察到FGF9的表达下降，这表明HEXIM1在心肌中的作用部分是通过心外膜FGF9信号传导介导的。这些结果表明HEXIM1在冠状动脉血管发育和心肌生长中发挥着关键作用，其机制涉及VEGF作为HEXIM1的直接转录靶点，并涉及对VEGF基因转录的C/EBPα抑制作用的减弱[7]。

HEXIM1-Tat嵌合体抑制HIV-1复制。HIV前病毒转录是病毒周期中的关键步骤，依赖于将细胞正转录延伸因子b（P-TEFb）募集到HIV启动子。病毒反式激活因子Tat可以将P-TEFb从7SK小核核糖核蛋白颗粒中置换出来，在那里它与HEXIM1结合并被抑制，并将其带到TAR，从而允许停滞的RNAPII过渡到成功的转录延伸。在这项研究中，我们设计了一种HIV转录的嵌合抑制剂，它结合了HEXIM1和Tat的功能域。该嵌合体（HT1）通过竞争TAR和P-TEFb的结合，同时保持后者处于非活性状态，从而有效地抑制了HIV启动子基因的表达。HT1抑制了淋巴母细胞T细胞系模型中的HIV传播感染和病毒重新激活，而对细胞转录和代谢的影响很小。这项概念验证研究验证了一种通过肽模拟和RNA-蛋白相互作用竞争来干扰HIV转录的创新方法。HT1代表了HIV治疗或通过提出的阻断和锁定策略实现HIV治愈的新候选者[8]。

HEXIM1在抗雄激素抑制雄激素受体（AR）中发挥着关键作用。HEXIM1（六亚甲基双乙酰胺诱导蛋白1）作为一种AR共阻遏物，与AR物理相互作用，并且对于抗雄激素抑制雄激素诱导的靶基因表达和细胞增殖的能力是必需的。Oncomine™数据库和免疫组化（IHC）分析显示，在人类前列腺组织的发展过程中，HEXIM1 mRNA和蛋白的表达下调。在激素依赖性LNCaP细胞中强制下调HEXIM1导致对抗雄激素的抑制作用的抗性。相反，在CRPC（去势抵抗性前列腺癌）细胞系C4-2中过表达HEXIM1增强了它们对抗雄激素比卡鲁胺的抑制作用的敏感性。目前的研究为HEXIM1抑制AR活性的机制提供了新的见解，表明HEXIM1诱导组蛋白去甲基化酶KDM5B（赖氨酸特异性去甲基化酶5B）的表达，并抑制组蛋白甲基化，从而导致FOXAI（叉头框A1）许可活性的抑制。这是归因于HEXIM1的一种新的作用机制，与迄今为止报道的HEXIM1调节其他核激素受体（包括雌激素受体）的机制不同[9]。

综上所述，Hexim1是一种重要的转录调节因子，通过控制P-TEFb的活性来调节RNA聚合酶II的转录过程，进而影响基因表达和生物学过程。Hexim1在多种疾病中发挥重要作用，包括红系生成、心脏和血管发育、阿尔茨海默病、乳腺癌和前列腺癌。此外，Hexim1还具有独立的染色质调控功能，影响基因表达和干细胞的多能性维持。Hexim1的研究有助于深入理解RNA表观遗传修饰的生物学功能和疾病发生机制，为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略[1-9]。