自噬基因Beclin1的研究現狀

梁巧青 馮震博

Beclin1基因也稱BECN 1基因，是酵母ATG6的同系物,也是哺乳動物參與自噬的特異性基因。大量研究表明beclin1不僅參與自噬體的形成, 還可通過調節自噬活性對腫瘤發生、發展起著重要作用。目前, beclin1已被確定為一個新的候選抑癌基因[1]。本文就beclin1基因研究的現狀進行綜述。

1 自噬及自噬基因Beclin1基因的概述

自噬現象是一種高度保守的細胞行為,幾乎存在于所有的物種,與細胞的生長、增殖，以至腫瘤的發生過程關系密切。主要參與細胞內大分子物質的循環及再利用、受損細胞器的清除，在維護細胞內環境穩態方面起重要作用，并且是完整細胞器和大分子蛋白降解的主要途徑[2]。自噬體的形成與ATG(Au Topha Gy-related gene)系列基因有關。近十年來，隨著酵母模型的建立和基因技術的發展，人們對自噬分子機制和形態特點的了解才逐漸深入，自噬是一種選擇性的非caspase依賴的程序性細胞死亡[3]。細胞自噬是體內多余的蛋白質和亞細胞成分在溶酶體降解的復雜的催化過程．是正常細胞的功能[2]。自噬性細胞死亡有別于凋亡(I型程序性死亡)，因而被稱為Ⅱ型程序性死亡。自噬調控機制的失調與多種疾病的發生發展有關，如神經變性性疾病、自身免疫病、惡性腫瘤、衰老、病原微生物感染、肌細胞功能失調等[4]。近年來自噬與腫瘤的關系引起了廣泛的關注，對于自噬在腫瘤中的表達情況和在腫瘤發生中的作用，以及在不同器官腫瘤，或者同一器官不同類別腫瘤，甚至同一腫瘤的不同發展階段的表達情況，各研究結果報道不一致。在腫瘤發展的早期，自噬抑制腫瘤的形成，此時阻礙自噬導致癌前病變的發展，自噬相關基因在多種惡性腫瘤中存在著單染色體缺失，相對表達量相應減少。自噬在腫瘤的發生過程中的主要作用體現在：自噬通過調節細胞內過氧化物濃度，改變體內蛋白代謝紊亂狀態、保持內環境穩定、抑制腫瘤的形成；自噬功能降低則會增加氧化應激，增加致瘤性突變的積累[5]。自噬現象貫穿于真核細胞正常生長增殖和病理生理過程，對細胞的作用具有雙重性，在疾病進展的不同階段，或者細胞周圍環境發生變化和治療干預措施的不同時，對細胞會產生不同的影響[6-8]。

Beclin1基因也稱BECN 1基因，是酵母ATG6的同系物,也是哺乳動物參與自噬的特異性基因。1998年Liang等[9]在致死性Sinbis病毒性腦炎的大鼠中發現一種分子量為60ku的蛋白質，他們將編碼這種蛋白質的基因命名為beclin1。1999年A ita等[1]發現編碼該蛋白的基因Beclin1位于人染色17q21，并成功克隆了beclin1基因，該基因完整的cDNA序列編碼2098bp的轉錄序列，5UTR 120bp，編碼區1353bp，3UTR 625bp，與酵母的自噬基因apg6/vps30有高度的同源性。Beclin1基因主要通過與Ⅲ型PI3K(phosphatidy linositol 3，k inase)形成復合體來調節其它的ATG蛋白在自噬前體結構中定位，調節自噬活性[3,10]。已經證實通過上調beclin1在哺乳動物細胞中的表達能夠刺激自噬的發生[9]。

2 Beclinl基因的研究現狀

(1)I A rsov等用BAC熒光染料處理beclin1(Beclin1-GFP)轉基因小鼠，以此來研究bec lin1的表達和功能。他們發現Beclin1-GFP廣泛表達于小鼠的組織中，在體外培養的細胞中主要集中分布在高爾基體外側網絡。Beclin1-GFP蛋白廣泛分布于全身組織的細胞質中，而不是局限于某些特殊的細胞腔隙內，這一結果與以前認為beclin1主要局限于轉運高爾基體中的理論相反，也提示了beclin1的功能可能比我們以前所認為的廣泛的多[11]。Yue[12]等應用beclin1基因敲除小鼠的胚胎干細胞,發現缺乏beclin1基因的小鼠死于胚胎早期，beclin1不足的胚胎亦不能存活超過8.5d，其原因可能為自噬在維持內環境穩定、細胞的發育/分化重塑、細胞適應應力條件方面是必須的，beclin1的不足導致他們沒有能力經受細胞重塑和內胚層的分化，引起胚胎早期死亡[13]。Beclin1缺乏的胚胎表現出過度的凋亡，提示這一蛋白可能為抑制自噬作用的蛋白。同時，有報道beclin1在某些腫瘤中低表達，beclin1缺失的小鼠自發的和病毒誘導的腫瘤發生率增加，包括上皮性的和血液性的惡性腫瘤。體外培養的beclin1缺失的細胞自噬減少，而且有實驗證實雜合子beclin1小鼠雖然表型正常但自發性腫瘤的發生率會增加，HBV病毒的致癌作用加速，細胞增生增強，小鼠的自噬作用減少。這一結果提示，自噬基因beclin1的在負性菌體生長調控和腫瘤抑制發生方面有重要作用[11]。

(2)Beclin1與凋亡抑制因子bcl-2在B淋巴細胞中的表達呈現平行的現象。Bcl-2在原始B細胞和成熟B細胞中高表達，但在前B細胞及未成熟B細胞中低表達，下調前B細胞中的bcl-2含量加速細胞死亡，與此同時，beclin1也呈現表達下調的現象[11]。有研究指出beclin1是與凋亡抑制因子bcl-2相結合而發生作用的，其與bcl-2蛋白相結合可以抑制細胞的自噬，并能抑制Sinbis病毒的復制，減少中樞神經系統的凋亡，并可能在宿主的抗病毒防御上起作用。而當bcl-2未與beclin1作用時，細胞自噬現象大量發生[14]。Beclin1出現于自噬的有關步驟中，但并不參與自噬泡生成的全程。可以認為beclin1是一個自噬的調節蛋白而不是必須蛋白。最近有報導beclin1與自噬和凋亡的調節均有關，beclin1可能同時參與兩種程序性細胞死亡過程。另有學者研究發現滅活bec-1基因(哺乳動物beclin1的直系同源基因)，在線蟲中可以引發凋亡的發生，相反的，beclin1過表達的哺乳動物細胞中病毒介導的細胞死亡會減少。此外，凋亡抑制因子bcl-2在酵母和哺乳動物細胞中，通過與beclin1相互作用，抑制饑餓介導的自噬[13]。這種自噬蛋白beclin1和凋亡抑制因子bcl-2之間的相互作用代表了組織中兩種主要的細胞死亡途徑一個連接點。值得關注的是，有研究表明凋亡抑制因子bcl-2和beclin1相互作用，調節對方的凋亡和自噬[15]。這就為自噬和凋亡之間的相互關系提出了一種新的假設。

(3)目前，beclin1已被確定為一個新的候選抑癌基因，據報道75%卵巢癌、50%乳腺癌以及40%前列腺癌中存在BECN 1基因的缺失性突變[1]。Beclin1等位基因敲除的小鼠發生自發性惡性變(包括乳腺腫瘤、肺癌、肝癌等)幾率增加,且易受HBV誘導的前惡變性損傷。在人乳腺癌細胞株MCF-7中beclin 1蛋白表達下降，幾乎檢測不到。Liang等[9]將beclin 1穩定轉染MCF-7細胞株后，發現自噬空泡的數量增加，癌細胞體外增殖能力及惡性表型下降，并且在裸鼠中腫瘤形成能力降低。由此可見beclin 1是參與自噬調控的重要基因，其表達強度與自噬活性密切相關。大量研究表明beclin1不僅參與自噬體的形成，還可通過調節自噬活性對腫瘤發生、發展起著重要作用[1]。但它和傳統的抑癌基因不同，beclin1的雙等位基因失活還沒在人類腫瘤中得到證實，而且，迄今為止，這個基因沒有完全符合Knudson關于抑癌基因的二次突變假說。例如，在乳腺癌細胞基因片段分析中沒有發現beclin1的缺失，也沒有發現突變存在于編碼區內和剩余的等位基因剪接位點內。RNA印跡分析也沒有鑒別出異常的beclin1轉錄產物，縱使beclin1的雙等位基因失活還沒在人類腫瘤中得到證實，但有證據證明減少beclin 1蛋白表達會促進乳腺腫瘤的發生：第一，beclin1蛋白表達于所有正常的乳腺上皮細胞內，但這一蛋白的水平在惡性乳腺腫瘤上皮細胞內通常降低或未被檢出。第二，轉移入人類乳腺癌細胞株MCF7中的beclin1基因除了可以促進自噬以外還聯合有抑癌基因的功能。在這些MCF7細胞株中可誘導表達出野生型beclin1，但不是自噬表達缺陷的突變體beclin1，這種野生型beclin1使細胞失去惡性的形態學特性，可減少細胞增殖率，損害集落生成，和減少小鼠的腫瘤生成活性。第三，三苯氧胺(一種廣泛用于治療乳腺癌的雌激素對抗劑)可以誘導出beclin1在MCF7細胞株中的表達和自噬。基于這些研究，我們可以假設beclin1是一種單等位基因缺失的腫瘤抑制基因，也就是說其只有在雙等位染色體都表達時才能夠發揮抑癌作用[16]。

(4)Beclin1基因還和一些腫瘤相關信號傳導通道關系密切, 例如:PTEN通道和Rb信號傳導通道都與beclin1不同程度相關[17]，這就為某些腫瘤的發生發展機制提供了新的研究方向。Beclin1也能有協同其他藥物的抗腫瘤作用，上調beclin1的表達能夠增強順鉑誘導的胃癌細胞系M KN 28凋亡，抑制beclin1則削弱了順鉑的細胞毒作用[18]。Beclin1蛋白表達的減少還有可能與某些非腫瘤性疾病的發生有關。例如近來有研究發現阿爾茨海默病早期，病變所累及的大腦區域beclin1蛋白表達量減少[19]。

3 展望

雖然目前beclin1已被確定為一個新的候選抑癌基因，但其參與自噬，調節程序性細胞死亡，與其他因素相互作用抑制腫瘤形成的機制尚無統一認識。綜合國內外的實驗報道，近年來自噬與腫瘤的關系引起了廣泛的關注，對于自噬在腫瘤中的表達情況和在腫瘤發生中的作用，以及在不同器官腫瘤，或者同一器官不同類別腫瘤，甚至同一腫瘤的不同發展階段的表達情況，都有所不同，因此beclin1作為自噬基因其在腫瘤發生發展中的作用仍有很大的研究空間。Beclin1與自噬和凋亡的調控都有關，可能同時參與兩種程序性細胞死亡過程，自噬與凋亡之間存在著密切聯系，以beclin1作為基因治療的靶點，可同時促進兩種程序性細胞死亡的發生，為我們提供了腫瘤基因治療的新思路。近期也出現了一些Beclin1協同其他藥物抗腫瘤作用的報道，也為腫瘤的治療開辟了新的前景。

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