综述：ING5——超越肿瘤抑制在细胞生理学与疾病中的多维作用

本综述深入探讨了表观遗传调控因子ING5的多维功能，超越其经典肿瘤抑制角色。文章系统解析了ING5在染色质调控、DNA复制、细胞周期等核心生物学过程（如PI3K/Akt、p53通路）中的机制，并揭示其在干细胞分化、心脏发育（如LRP6-ING5-p21轴）、代谢调节（如SCFJFK-ING5-AMPK通路）和血管功能中的新颖作用。ING5通过组蛋白修饰（如H3K4me3识别、H3K23ac调控）和复合物互作（如MOZ/MORF、HBO1、Set1A/COMPASS）发挥功能，是癌症治疗（如靶向核质转运、联合KAT6A抑制剂）和发育疾病研究的潜在靶点。

　　

Structural characteristics and domain organization of ING family proteins

ING（生长抑制因子）家族蛋白是组蛋白修饰复合物（如组蛋白乙酰转移酶HATs和去乙酰化酶HDACs）的关键 stoichiometric 组分。其特征是羧基末端包含一个高度保守的植物同源结构域（PHD）。该结构域具有多种功能：介导泛素化过程、促进磷脂酰肌醇磷酸（PtdInsPs）结合以参与DNA损伤应答、识别组蛋白H3K4三甲基化（H3K4me3）修饰以调节HAT/HDAC活性，从而协调染色质重塑和转录调控。不同的ING成员与特定的组蛋白修饰复合物相互作用，例如ING1和ING2主要与Sin3A HDAC复合物结合，而ING3则是hNuA4/Tip60 HAT复合物的组成部分。H3K4me3修饰是关键的转录激活标记，主要位于基因启动子区域和转录起始位点下游。ING蛋白通过识别此表观遗传标记来调节组蛋白尾部的乙酰化状态，从而精细调控生长抑制和增殖相关基因的表达。除PHD结构域外，ING蛋白还包含其他功能域：核定位信号（NLS）、核纤层相互作用结构域（LID）和亮氨酸拉链样（LZL）区域。NLS结构域调节核仁和核质中的蛋白分布，对细胞应激反应和活力至关重要。LID结构域与核纤层蛋白A衍生的中间纤维相互作用；实验证据表明，缺乏LID的ING1蛋白与核纤层蛋白A的结合能力受损，在HEK293细胞中的凋亡能力降低，且核定位发生改变。LZL结构域对于ING2/Sin3A-HDAC1/2复合物介导的成肌细胞向肌管分化调控至关重要。这种复杂的结构域架构使ING蛋白能够作为多种信号通路的分子整合器，成为细胞命运决定途径的核心调控因子。

Functional characteristics of ING5

Chromatin regulation and gene expression control

ING5与ING4通过计算同源性搜索同时被发现，两者氨基酸序列同源性超过67%。研究表明，ING5的异常过表达可诱导癌细胞周期阻滞和凋亡。与其他ING家族成员类似，ING5通过其PHD结构域特异性识别组蛋白H3K4me3修饰，同时通过与HBO1和JADE相互作用结合组蛋白H4。然而，与ING4不同，ING5对H4的结合亲和力相对较低，展示了其在核小体内对H3和H4的双重靶向作用。值得注意的是，尽管ING5和ING4的氨基酸结构高度相似，但ING5独特地通过与MOZ、MORF和BRPF相互作用结合组蛋白H3，这是ING4所不具备的特性。

ING5通过差异调节蛋白质乙酰化修饰在细胞内发挥多种功能。研究发现，ING5上调的乙酰化蛋白主要富集在细胞核，与转录共激活活性、染色质结合和DNA结合功能密切相关。相反，ING5下调的乙酰化蛋白则倾向于定位于细胞质，并在代谢相关功能中显著富集。

近期研究揭示，ING5在果蝇中与翻译控制肿瘤蛋白（TCTP）相互作用，调控其核转运过程以及MOZ/MORF组蛋白乙酰转移酶复合物与染色质的结合，从而影响组蛋白H3K23乙酰化（H3K23ac）。实验证实，TCTP的缺失促进了Ing5的核转运及Enok复合物与染色质的结合，继而恢复了H3K23ac水平。此外，ING5过表达显著增强了p300在K1555、K1558、K1560及新发现的K1647和K1794位点的自身乙酰化，从而激活了p300的HAT活性。这一激活效应通过p300靶蛋白p53（K382）和组蛋白H3（K18）乙酰化水平的增加得到进一步验证。特别值得注意的是，ING5能特异性协助Tip60乙酰化p53的K120位点。乙酰化的p53随后可结合至其靶基因（如BAX和GADD45）的启动子区域，促进这些基因的表达并最终诱导凋亡。

DNA replication, cell cycle, and apoptosis regulation

微型染色体维持（MCM）蛋白是DNA复制起点处预复制复合体的重要组成部分，在DNA复制过程中发挥基础作用。近期研究阐明，ING5通过与MCM蛋白的特异性相互作用展现出独特特性。ING5-HBO1复合物对DNA复制至关重要，而ING4-HBO1复合物则具有不同功能，表现为G2/M期转换受损。先前在人类细胞系中的研究表明HBO1对DNA复制至关重要。进一步的实验揭示，在永生化人类细胞中，HBO1对H3K14乙酰化（H3K14ac）必不可少，对H4乙酰化无直接影响，对细胞增殖的影响极小，其缺失主要影响细胞粘附相关基因。显著的是，ING5缺失所表现的DNA复制缺陷远比单独HBO1缺失更为显著。这些发现表明，ING5可能通过其组蛋白乙酰转移酶（HAT）活性调控染色质底物乙酰化，从而在复制起始和复制叉进程中都发挥关键的调控功能。

在细胞凋亡方面，大量研究已证实ING5在多种癌症类型（如肺癌和食管鳞状细胞癌）中具有促凋亡能力。这种诱导凋亡的功能是ING5通过清除受损或异常细胞来发挥其肿瘤抑制能力的基础。研究表明，在缺氧条件下，ING5抑制人肺动脉平滑肌细胞的活力并促进凋亡过程。此外，机制研究发现，miR-376c-3p通过下调ING5表达，对氧糖剥夺（OGD）诱导的损伤提供细胞保护。ING5水平的下降与增强的细胞存活以及减弱的G0/G1期细胞周期阻滞和凋亡相关。

Binding characteristics and genomic associations of ING5

在染色质免疫沉淀（ChIP）研究中，ING5展现出独特的结合特性。ING5的缺失导致其ChIP信号显著下降；然而，在特定的启动子区域仍存在残留信号，推测是由于抗体与ING4的交叉反应性所致。未来的研究应侧重于验证抗体的特异性。例如，可采用更特异性的抗体，或利用基因编辑技术敲除ING4后重新检测ING5的ChIP信号，从而准确判定其真实结合位点。

在干细胞的生物学背景下，ING5的ChIP信号广泛分布于启动子、转录起始位点（TSS）和基因体区域，这与Set1A在启动子和TSS处尖锐、狭窄的峰形不同。ChIP-seq显示Set1A和ING5之间有20%的峰重叠，在8106个共同占据的区域附近有与核酸结合等相关的基因。

原始研究提出ING5招募Set1A/COMPASS复合物。ING5敲除（ING5 KO）并未引起显著的Set1A信号丢失或转录因子结合的变化。在ING5 KO背景下，ING5和Set1A信号的减少与基因下调相关。下调基因的启动子信号减少，转录激活水平降低。相反，在ING5 KO中上调的基因，主要与发育和形态发生相关，其启动子信号损失极小。这表明它们受ING5/Set1A信号丢失的影响较小，可能受其他机制调控。未来的研究可以更深入地探讨ING5、Set1A和基因表达之间的调控关系。

关于组蛋白修饰，ING5的缺失并不会大幅减少H3K4me3。研究人员使用无偏的k均值聚类将来自四种类型胚胎干细胞（ESCs）——野生型（WT）、Set1A^ΔSET、ING5-KO和双突变体（dMutant）——的ING5 ChIP-seq峰划分为三个不同的簇。簇1的H3K4me3占据率最低，簇3最高。当与基因表达关联时，簇1和簇2主要包含下调基因（在ING5-KO/dMutant中表达低于WT），而簇3包含更多上调基因（在突变体中表达更高）。未来的工作应探索ING5-组蛋白修饰调控网络。H3K4me3和ING5的结合模式相似，有超过50%的峰重叠。ING5主要结合在TSS，并与H3K4me3共定位。ING5的缺失（单独或与Set1A^ΔSET一起）对H3K14ac、H4K5ac、H4K8ac影响很小，导致H4K12ac和H4K16ac轻微下降，并显著降低H3K23ac，提示了酶非依赖性的调控。

ING5的ChIP结合具有结构域依赖性特征。其植物同源结构域（PHD）对于脑肿瘤起始细胞自我更新和靶基因启动子结合至关重要。缺乏PHD的ING5失去结合能力及诱导靶基因表达的能力。全基因组ChIP-seq显示ING5在BPTF、SMARCA5和EZH2基因的启动子处有显著的结合峰。在HepG2细胞中，检测到7882个ING5特异性结合峰，大部分位于启动子序列中。未来的研究可探索靶向ING5的PHD结构域在癌症治疗中的潜力。

在上皮干细胞中，进一步的全基因组分析揭示ING5主要结合在具有H3K4me3等标记的基因TSS 1 kb范围内，这与生化研究一致。ING5信号强度与mRNA表达相关。ING5高占据基因的H3K27三甲基化水平较低，且ING5与CpG甲基化没有明显的相关性。

Multiple action mechanisms of ING5 in tumorigenesis, development and treatment

肿瘤的发生和发展是一个高度复杂、多因素、多步骤的生物学现象。此过程涉及肿瘤细胞一系列生物学行为的异常变化，例如但不限于增殖、凋亡、迁移和侵袭。近年来，ING5在肿瘤研究领域引起了相当多的关注。越来越多的研究表明，ING5在不同类型的肿瘤中发挥着不同的功能。全面理解ING5在肿瘤中的作用机制和临床意义对于肿瘤的诊断、治疗和预后评估至关重要。

Effects of ING5 on the biological behaviors of tumor cells

大量研究已证实ING5在多种肿瘤类型中抑制肿瘤细胞恶性行为方面扮演关键角色。

在胃癌、结直肠癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌、前列腺癌、神经母细胞瘤、甲状腺癌和胶质瘤的细胞系中，ING5能够抑制细胞增殖、葡萄糖分解代谢、抗凋亡、迁移、侵袭、上皮-间质转化（EMT）和肺转移。同时，它可诱导细胞周期阻滞、衰老、自噬、脂肪堆积和化疗耐药。在裸鼠异种移植模型中，ING5通过抑制增殖和诱导自噬及凋亡，抑制胃癌、结直肠癌、卵巢癌、乳腺癌或肺癌细胞的肿瘤生长、血液供应或肺转移。

ING5发挥其效应的机制基础在不同肿瘤细胞类型中表现出显著的异质性。主要地，ING5通过PI3K/Akt信号通路调控众多下游分子，该通路参与抑制凋亡、促进增殖、血管生成以及细胞侵袭和转移。在食管鳞状细胞癌细胞中，ING5通过IL-6/CXCL12和Akt/NF-κB/MMP-9通路起作用。在前列腺癌细胞中，它通过激活p53和灭活Akt来抑制增殖、葡萄糖分解代谢、迁移、侵袭和EMT，并促进凋亡、细胞周期阻滞、衰老或自噬。在肺癌细胞中，它通过抑制IL-6/STAT3和EGFR/PI3K/Akt通路发挥作用。在结直肠癌细胞中，它通过PI3K/Akt通路起作用。在骨肉瘤细胞中，它通过Smad通路起作用。在乳腺癌细胞中，它通过PI3K/Akt/NF-κB通路运作。在胶质瘤细胞中，它通过β-catenin/TCF-4通路起作用。在胃癌细胞中，它通过PI3K/Akt通路起作用。这些多样的机制反映了肿瘤的异质性以及ING5在不同肿瘤微环境中的适应性调控能力。

然而，重要的是要注意ING5并非在肿瘤中一律充当抑制因子。在胶质母细胞瘤细胞中，ING5通过Ca²⁺和卵泡刺激素（FSH）促进干性和自我更新，并抑制谱系分化。ING5与癌症细胞中的脂肪生成和耐药性相关。对5-FU、顺铂和索拉非尼耐药的细胞显示ING5和脂肪生成过表达，表明ING5介导的脂肪生成有助于耐药性。这表明在特定的肿瘤类型和微环境中，ING5可能增强肿瘤细胞的恶性特性，维持肿瘤干细胞的状态，并使肿瘤更具侵袭性且易于复发。

Expression and localization of ING5 in diverse tumors

ING5的表达模式在不同类型的肿瘤中表现出显著 variability。据报道，在原发性口腔鳞状细胞癌、肝癌、食管鳞状细胞癌和乳腺癌中，ING5的mRNA表达显著降低。在头颈部鳞状细胞癌中，ING5的亚细胞定位发生明显改变，其特征是核表达减少和胞质表达增加。未来的研究可能会探索引发这种核质转位的分子信号。

相反，在结直肠癌中，一些标本与癌旁正常粘膜组织相比，ING5表达上调。在胃癌中，ING5的mRNA表达相对较高；然而，在胃癌和异型增生病例中，核ING5蛋白的表达水平较低。未来的研究可以探索导致这种差异的转录后和翻译后机制。

ING5的异常表达和核质转位与结直肠上皮的恶性转化有关。在头颈部鳞状细胞癌中，ING5从细胞核到细胞质的转位与肿瘤发生和肿瘤细胞的分化有关。关于结直肠癌，ING5的核表达与肿瘤大小、浸润深度、分化程度和TNM分期呈负相关。相反，胞质ING5呈正相关。然而，患者的累积生存率与ING5的亚细胞定位无关。

在乳腺癌中，ING5的过表达显著阻碍了乳腺癌细胞的迁移、侵袭和上皮-间质转化（EMT）。ING5蛋白的表达与乳腺癌的肿瘤大小、淋巴结转移以及p53、雌激素受体（ER）和孕激素受体（PR）的水平相关。

在肺癌中，ING5的过表达抑制肺癌细胞的增殖、侵袭和生长，并降低这些细胞对化疗药物的敏感性。ING5的核表达与肺癌的临床分期和淋巴结转移呈负相关，高表达水平预示更好的预后。

在胃癌中，ING5的基因表达抑制胃癌细胞的增殖、凋亡、迁移和侵袭，并诱导细胞周期停滞在G1期。此外，ING5的过表达还能诱导胃癌细胞的自噬和分化。转染组的细胞对化疗药物表现出耐药性。未来的研究可以探索如何克服与ING5过表达相关的化疗耐药性。

Opposing effects of ING5 and KAT6A, KAT6B in regulating cancer development and progression

ING5能够与KAT6A形成四聚体复合物（KAT6A-BRPF1-ING5-EAF6），参与底物识别和乙酰化过程。2024年，KAT6A抑制剂PF-07248144作为单药治疗以及与氟维司群联合用于ER+/HER2-晚期乳腺癌患者的I期临床评估结果公布。联合治疗组的总体客观缓解率（ORR）达到30.2%，中位缓解持续时间（DoR）为9.2个月。研究人员评估的中位无进展生存期（PFS）为10.7个月，显著超过了先前临床研究中CDK4/6抑制剂用于氟维司群或其他治疗方案的后线治疗时观察到的1-2个月的中位PFS。PF-07248144的I期临床结果出现的阳性信号表明KAT6A可能成为乳腺癌治疗的关键靶点。

这一发现引出了一个重要问题：ING5及其染色质结合伙伴KAT6A和KAT6B在调控癌症发展和进展中似乎发挥着相反的作用。然而，在癌症发展过程中，ING5与KAT6A、KAT6B的效应截然相反。例如，KAT6A和KAT6B可能作为癌症发展的促进者，而ING5可能充当抑制者，反之亦然。

目前，KAT6A/B的抑制剂正在进行癌症治疗的临床试验，表明KAT6A和KAT6B在癌症发展中扮演促瘤角色。因此，针对这些蛋白的抑制剂已被开发用于治疗目的。事实上，KAT6A在多种肿瘤中过表达，包括乳腺癌、卵巢癌、肺癌、宫颈癌和髓母细胞瘤。研究表明，KAT6A通过与其CBP/NCOA3/EP300发生染色体易位形成融合蛋白，驱动急性髓系白血病（AML）的发生和发展。敲除KAT6A可诱导细胞周期阻滞、抑制集落形成能力、促进细胞衰老、显著抑制小鼠AML肿瘤生长并增强生存能力。KAT6A在15%的乳腺癌中扩增或过表达，在ER+HER2-乳腺癌中频率更高。在肝癌细胞中，KAT6A的表达水平显著高于正常细胞，在索拉非尼耐药的肝癌细胞中也显著增加。

ING5属于肿瘤生长抑制相关蛋白家族。其结构特征使其能够结合特定的染色质区域并招募具有抑制功能的复合物。例如，它可能结合某些去乙酰化酶，导致组蛋白去乙酰化和更致密的染色质结构，从而抑制癌症相关基因的转录并发挥抗癌作用。KAT6A和KAT6B是赖氨酸乙酰转移酶，其主要功能是乙酰化组蛋白。这种修饰 loosens 染色质结构，促进转录因子与DNA结合并促进基因转录。当作用于与细胞增殖、存活、迁移和侵袭相关的基因时，它们促进癌症的发展和进展。

尽管ING5可以与KAT6A形成四聚体复合物进行底物识别和乙酰化，但这并不意味它们对癌症发展的整体效应相同。在复合物内部，ING5和KAT6A可能执行不同的功能，并且它们之间存在复杂的协同和拮抗关系。

鉴于KAT6A抑制剂在临床试验中显示出积极的治疗效果，且ING5和KAT6A在癌症发展中作用相反，可以考虑将靶向KAT6A的抑制治疗与增强ING5功能的治疗策略相结合。例如，可以鉴定能够增强ING5表达或活性的药物或方法，并与KAT6A抑制剂联合使用，以实现更有效的抗癌效果。这种联合疗法可能更有效地调控细胞内信号通路和基因表达，从而抑制癌症的发展和进展。

ING5在胃癌细胞中表现出显著的双重性。在胃癌实验中，发现ING5的过表达促进细胞存活和增殖。ING5的过表达可以上调PI3K的表达水平。作为关键的细胞内信号分子，PI3K表达的上调促进了Akt1/2/3的磷酸化和激活。此过程启动了细胞内信号网络中的一系列级联反应，促进细胞存活和增殖。同时，ING5的过表达可以激活NF-κB的表达。作为重要的转录因子，NF-κB的激活可以上调抗凋亡基因如BCL-2和XIAP的表达。BCL-2和XIAP在细胞凋亡调控中起关键作用，它们的上调抑制了凋亡相关信号通路，为肿瘤细胞提供了生存优势。

相反，在细胞迁移和侵袭过程中，ING5扮演重要的负调控角色。研究表明，ING5通过上调β-catenin的表达和下调MMP-9的表达，有效抑制胃癌细胞的迁移和侵袭能力。未来关于ING5在胃癌中这种双重性的研究应探索决定ING5是促进还是抑制癌细胞行为的因素。

ING5 is an emerging target for cancer therapy

ING5在不同癌症中显示不同的表达和功能，这为未来ING5靶向治疗提供了见解。以下是潜在策略：

Rectifying the nuclear-cytoplasmic translocation of ING5

ING5在结肠癌和肺癌中在细胞核和细胞质之间转位。由于核ING5抑制肿瘤，开发小分子药物来控制这一转运是可行的。一种药物可以结合ING5，将其从细胞质移动到细胞核，并恢复正常的核ING5水平。这可能会减少结肠癌的肿瘤侵袭和转移，并抑制肺癌的生长和降低T分期。像CRISPR-Cas9这样的基因编辑可以修改影响ING5核质定位的基因。

Regulation of ING5 expression

首先，可以调控ING5相关的miRNA。肿瘤抑制miRNA，如结肠癌中的miR-196b-5p，负向靶向ING5，抑制癌细胞增殖、迁移和侵袭，同时促进凋亡。开发miRNA模拟物并通过脂质体等载体将其递送到肿瘤细胞中代表了一种有前景的策略。通过增加肿瘤抑制miRNA如miR-196b-5p的表达水平，可以实现对ING5功能的间接调控，最终导致肿瘤抑制。相反，致癌miRNA如胰腺癌和肺癌中的miR-196a抑制ING5。反义寡核苷酸可以抑制这些miRNA，解除对ING5的抑制并遏制肿瘤生长。其次，可以增强ING5基因表达。病毒载体可以将ING5基因导入肿瘤细胞。在膀胱癌中，较高的ING5表达与化疗敏感性相关，过表达可以降低耐药性。此外，正在探索能够激活ING5基因转录、作用于其启动子区域的小分子化合物或生物制剂。在结肠癌和肺癌中上调ING5可以抑制肿瘤进展。

Diverse physiological functions of ING5-beyond tumor suppression

ING5 and its intricate association with stem cell differentiation

干细胞分化和去分化过程主要受表观遗传机制调控。大量研究阐明，ING蛋白家族作为关键的生长调节因子和内源性表观遗传调节剂，错综复杂地参与各种干细胞分化过程。研究表明，ING4是Myc和Pten的关键下游效应器，在调节前列腺上皮细胞分化中起关键作用。Myc过表达或Pten缺失导致ING4表达异常，从而抑制细胞分化并促进前列腺癌发生。此外，ING3被认为是卵母细胞重编程的潜在因子，假设其可增强Yamanaka因子的功效，同时减弱诱导多能干细胞（iPSCs）中的表观遗传记忆和免疫原性基因表达。ING2通过其亮氨酸拉链结构域促进肌肉分化，而其识别H3K4me3标记的植物同源结构域（PHD）则拮抗此功能。Sin3A-HDAC1染色质重塑复合物与ING2之间的相互作用对于ING2介导的肌肉分化至关重要。

作为ING家族的新近表征成员，ING5的基本肿瘤抑制功能仅在近年才得以阐明。同时，研究发现ING5蛋白与多种干细胞分化机制密切相关，并在确保机体发育过程中细胞正常分化方面起关键作用。

缺乏ING5基因的果蝇突变体表现出明显的分化缺陷。有趣的是，ING5敲除（ING5-KO）的胚胎干细胞（ESCs）仍能有效分化为胚状体（EBs），且ING5-KO EBs的体积比野生型（WT）EBs显著增加27%。这一观察表明ING5缺失可能调节EBs的生长或细胞增殖调控机制。

ING5过表达已