Axin在細胞凋亡中的作用

蔡典潛（綜述），魏麗玲（審校）

（汕頭大學醫學院第一附屬醫院神經內科，廣東汕頭 515041）

1972年，Kerr等［1］提出了細胞凋亡的概念。它是一種主動過程，涉及到一系列基因的激活、表達以及調控等作用。當凋亡信號啟動后，胞內的某些特異蛋白與細胞表面相連接，如Bcl-2蛋白家族、細胞表面受體Fas等，通過caspase家族的激活，經蛋白水解的一系列連鎖反應來實施凋亡過程［2］。已有相當的文獻報道了軸蛋白（Axin）參與細胞凋亡的病理、生理過程。下面重點綜述其在細胞凋亡方面的進展。

1 Axin的一般特性

Axin最初是作為小鼠Fused或Fu基因的產物而被發現的。迄今為止已發現了4種等位基因 Fuki、Fukb、Fu、FuTg1，Fused 基因的突變會導致胚胎出現雙體軸現象，把Axin注射于蟾蜍的胚胎中，在胚胎發育中出現了體軸缺失現象，表明過表達Axin能負性調節體軸誘導信號［3］。1998 年，Behrens等［4］利用糖原合成激酶-3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β）作誘餌蛋白，篩選出了傳導素，與小鼠Axin1相比較，在核苷酸水平上有45%的相似性。同年，Kikuchi等［5］也分離出Axil（Axin like），與Axin1相比有44%的相似性。一般將傳導素及Axil統稱為Axin2。兩者在蛋白產物的功能上被認為是相同的，可以相互替代［6］。Axin基因廣泛表達于腦、甲狀腺、心、肺、肝、脾、腎、睪丸和骨骼肌等組織，這與它的功能多樣性有關。

2 Axin的結構域

Axin具有許的結構域，并與相應蛋白直接或間接結合而發揮其生物作用［7］。通過對不同物種的蛋白序列對比分析，Axin N末端有與結腸腺瘤性息肉病基因蛋白結合的G蛋白調控因子區域，在89～216位氨基酸（AA）區域;C末端則有與散亂蛋白結合及與Axin自身形成二聚體的散亂蛋白/Axin同源結構域，在其757～820位AA區域。在477～561位AA能與GSK-3β結合;在561～630位AA能與β連環素（β-catenin）結合;在298～506位AA能與蛋白磷酸酶2A結合;在353～437位AA能與低密度脂蛋白受體相關蛋白結合。在217～522位AA區域有稱之為有絲分裂原激活蛋白胞外調節激酶激酶激酶（MAP/ERK kinase kinase，MEKK1）1結合的結構域，能與c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）通路中的 MEKK1結合，而在 678～711位 AA能與MEKK4結合。另外，在209～338位 AA有直接與p53結合的區域。正由于Axin具有與眾多蛋白結合的結構域，才發揮著構架蛋白的作用。

3 Axin在信號轉導通路中的作用

3．1 Axin與Wnt信號通路 Wnt信號在細胞增殖、形態、黏附、運動、機體發育等過程中起著重要調控作用［8］。經典的Wnt通路如下:在沒有Wnt信號存在的情況下，Axin與GSK-3β結合后增強了GSK-3β磷酸化β-catenin的能力，β-catenin磷酸化后經泛素化途徑而降解。當有Wnt信號時，Wnt信號與卷曲蛋白受體結合后，能誘導卷曲蛋白與低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6形成復合物，其中低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6的胞內域能招募并結合胞質中的Axin，使其在胞質中的濃度下降［9］，并能激活散亂蛋白，散亂蛋白一經激活后即可阻止GSK-3β磷酸化βcatenin的過程，非磷酸化的β-catenin不經泛素化途徑降解而在胞質內累積，并轉入核內與淋巴增強因子/T細胞因子結合并啟動轉錄，從而發揮其生物學效用。

Wnt信號中，Axin能作為負調因子與 GSK-3β、結腸腺瘤性息肉病基因蛋白、β-catenin等相互作用［10］。Axin能被 GSK-3β 所磷酸化，而磷酸化的Axin更趨穩定，且不影響與GSK-3β及β-catenin的結合。Chen等［11］發現Wnt-1信號能抑制凋亡，且是依賴于β-catenin/T細胞因子介導轉錄的活性，Wnt-1信號能阻止線粒體釋放出細胞色素 C及繼而的caspase-9活化。Li等［12］亦發現過表達 β-catenin能抑制細胞凋亡。Neo等［13］發現在中國倉鼠卵巢細胞中過表達Axin所致的細胞凋亡取決于β-catenin的濃度。Kim等［14］發現在轉基因動物體內，下調Wnt/β-catenin的表達會導致海馬區神經元的變性，應用原位末端轉移酶標記技術分析法證明了這種變性是由細胞凋亡所致，并證明了在體內誘導Axin的表達會導致海馬區神經元的變性。過表達Axin能下調β-catenin/T細胞因子4的表達，從而誘導肺巨細胞肺癌PG細胞系亞系細胞的凋亡［15］。綜上可知，Axin介導的凋亡可能通過Wnt信號起作用。

3．2 Axin與JNK信號通路 JNK通路在細胞增生、分化、形變、凋亡及遷移中發揮著重要作用。在293T人胚胎腎細胞中，Axin的過表達可以強烈激活JNK，對p38是中度激活，而幾乎不激活細胞外調控激酶［16］。Axin直接通過 MEKK1結合結構域與MEKK1C末端的激酶結構域結合而形成復合體，從而激活JNK。剔除Axin N末端的1～197位AA，包括G蛋白信號調節區域，不影響Axin介導的JNK激活。同樣的，剔除 354～508位 AA，包括 GSK-3β和β-catenin的結合位點，對Axin激活JNK活性影響不大。但是，剔除C末端507～832位AA就喪失了JNK的激活，剔除了210～352位AA則完全失去了JNK的激活作用。這表明Axin介導的JNK激活，不僅需要MEKK1結合結構域，還需要C末端的507～832位AA區域。共表達Axin和野生型GSK-3β可以顯著降低Axin介導的JNK激活作用，進一步的實驗證明，GSK-3β的抑制作用是通過它與Axin相結合的區域發揮作用，而不依賴于它的激酶活性。C末端能與Axin形成同源寡聚體，MEKK1需要二聚化的Axin來激活下游的蛋白激酶［16］。實驗證明，MEKK4也調節著Axin對JNK的激活作用，顯性失活的MEKK4減少Axin介導的 JNK 活性［17］，而 MEKK2和 MEKK3沒有這種作用。酪蛋白激酶Iε就是通過與MEKK1競爭結合位點而起抑制作用。由此可知，與Axin結合的 MEKK1、MEKK4、GSK-3β、酪蛋白激酶 Iε 等均是通過其相結合的區域而發揮各自的作用，而非依賴于蛋白的激酶活性［18］。

JNK信號通路激活后經線粒體凋亡途徑引起細胞凋亡。Neo等［13］發現在中國倉鼠卵巢細胞中過表達Axin會通過激活JNK信號通路而導致細胞凋亡，同時低水平的β-catenin能增強這種凋亡的發生。

3．3 Axin與p53信號通路 p53是一種腫瘤抑制基因，許多惡性腫瘤出現了該基因的突變。其編碼的蛋白質作為一個序列特異的轉錄因子，在各種應激刺激下p53可選擇性激活Bax/PUMA和p21兩條途徑來發揮功能。Axin的678～753位AA和同源結構域相互作用蛋白2（homeodomain-interacting protein kinase 2，HIPK2）的 935～1050位 AA 對 Axin與HIPK2之間相互作用是至關重要的，當前者缺失則喪失與 HIPK2之間的相互作用［19］。Axin的209～338位AA可直接與p53結合，可促進p53第46位絲氨酸磷酸化，從而選擇性增強依賴p53轉錄的目的基因。在H1299細胞中，外源性的Axin可促進凋亡，同樣的，p53和HIPK2的結合區域對誘導p53介導凋亡是至關重要的。

Daxx是死亡區域相關蛋白，能與Axin/HIPK2/p53形成復合體，與Axin直接結合的Daxx能增強p53第46位絲氨酸的磷酸化，Daxx/Axin復合體經紫外照射后可增強，并選擇性活化p53的目的基因（如PUMA）［20］。Daxx在未受應激刺激的情況下發揮抗凋亡作用，而在應激刺激后則發揮促凋亡作用。紫外線照射可誘導 Axin轉入核內，與Daxx，HIPK2形成復合體，從而激活p53轉錄活性，引起目的基因PUMA表達，再與Bcl-2或Bcl-x形成復合體，從而導致細胞色素C的釋放，引起細胞凋亡。因此，Daxx介導的凋亡依賴于p53，且在H1299細胞中，p53也需要內源性的Axin和Daxx才能獲得最大效能來誘導細胞凋亡，減少Axin或Daxx都將減弱p53誘導的細胞凋亡［21］。Axin作為構架蛋白，與相應蛋白結合后激活Wnt、JNK、p53等通路，并通過線粒體途徑促進細胞凋亡。

4 Axin與腫瘤的關系

Axin作為一個抑癌基因，與多個信號通路的組分都有聯系，如β-catenin在肝細胞癌的腫瘤細胞中存在突變型Axin，相當于顯性負調的Axin，能穩定βcatenin。而向腫瘤細胞引入野生型Axin能則促進凋亡［22］。在C6細胞中，過表達Axin能誘導細胞死亡，減少細胞增殖，并上調p53的表達。沉默Axin則減少p53的表達，說明Axin在星形膠質細胞瘤是經p53 通路發揮作用［23］。Satoh 等［24］發現在野生型Axin基因轉染肝癌細胞和結腸癌細胞后都能誘導癌細胞凋亡。在高表達Axin的轉基因動物胸腺和脾內表現為高水平的細胞凋亡［25］。

5 小結

Axin參與多條信號通路，調節著細胞凋亡，可能為腫瘤治療提供新的方向與新的手段。但是，關于Axin調節細胞凋亡的具體機制尚不明了，Axin在信號通路中是否處于中心位置?Wnt、JNK、p53信號通路中的各個組分是否都能與Axin相互作用?是否還參與其他的信號通路?這些都需要更多的研究去探索。

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