鈣蛋白酶小亞基1與腫瘤發生發展的關系研究進展

莊乾鋒，許賢林，何小舟

(蘇州大學第三附屬醫院，江蘇常州213003)

鈣蛋白酶(calpains)是一種胞內半胱氨酸蛋白酶，主要由胞內Ca2+濃度的升高所激活。近年研究發現calpains與腫瘤細胞凋亡有關，活化后的calpains可通過剪切有關凋亡分子蛋白如Bcl-2、Bax、Bid和 p53等，以及直接剪切并活化 caspase-3、caspase-7等方式，從而參與調控腫瘤細胞凋亡的病理過程。calpains是由大小2個亞基共同構成，28道爾頓的鈣蛋白酶小亞基1(calpain-s1，capn4)是其調節性小亞基，與80道爾頓的大亞基以異二構體的形式存在。capn4與腫瘤的關系日益受到重視［1～3］?，F將近年來有關capn4與腫瘤發生發展的關系做一綜述。

1 calpains的作用

calpains廣泛參與多種多種生物學功能［4］，包括細胞質膜融和細胞運動過程中的細胞質膜骨架重塑，細胞信號轉導過程中信號分子的蛋白水解修飾，控制細胞周期的各種酶類的降解，基因表達的調節以及細胞凋亡信號通路中底物的降解等［5，6］。最近，多證據表明，蛋白酶可以切割整合黏著斑和細胞骨架蛋白，切斷這些分子之間的相互作用，損失部分細胞膜的肌動蛋白絲網絡，并增加細胞伸展和移動的速率。研究［7］表明，calpains活性是細胞的完整轉化及由癌基因 v-Src、v-Jun、v-Myc、k-Ras和 v-Fos引起的腫瘤侵襲所必須的。此外，還有研究［8，9］表明，calpains通過水解特異性底物激活細胞黏附整合信號和黏合劑結構重塑影響腫瘤的進展。

2 capn4的作用

capn4作為calpains的一個調節亞基，在維持calpains的活性及穩定性中起著重要的作用，這在細胞水平和動物水平均已得到驗證。以基因敲除小鼠為模型的研究證實，capn4的缺失會導致小鼠在胚胎期死亡，其主要原因可能與血管生成障礙有關。Dourdin等發現，capn4的缺失可使細胞中心張力絲缺失，影響細胞骨架的形成，繼而降低細胞的遷移能力。Tan等［10］發現，capn4的缺失可增強腫瘤壞死因子α(TNF-α)對細胞凋亡的誘導作用，提示capn4在細胞凋亡過程中發揮著調節作用，可能能夠增強細胞的抗凋亡能力。而 Undyala等［11］發現，capn4的缺失亦可導致細胞動力形成減弱和細胞與基質黏附減弱，繼而降低細胞的遷移能力。研究［12］還表明，capn4與aPIX交互作用來調節整合素介導的細胞遷移。此外，capn4具有通過降解位于細胞邊緣附著位點的黏著斑促進細胞擴散和運動作用［13］。腫瘤轉移復發是導致患者死亡的主要原因，研究［14］表明capn4在轉移的腫瘤組織中表達很高，體外研究還發現capn4具有促進腫瘤細胞遷移的能力。因此，capn4可作為腫瘤診斷及治療靶點的一個新的分子標記物。calpains異?；罨徽J為是腫瘤的一個顯著特點，而capn4對calpains家族的調節起著舉足輕重的作用，capn4在腫瘤進展中的作用具有重要的研究意義。

3 calpains和capn4的作用機制

calpains有抗凋亡作用，其抗凋亡機制還不甚清楚:calpains抑制劑可阻斷TNF-α誘導的小鼠成纖維細胞核因子κB的生存通路;在中國倉鼠卵巢細胞的實驗中，calpains可在TNF-α誘導的凋亡中發揮保護作用;剔除calpains的成纖維細胞中，神經酰氨誘導的核因子κB的促生存通路提示為calpains依賴性的［15］，calpains能夠裂解并滅活 calpase-7、calpase-8、calpase-9，從而抑制細胞凋亡。因此，目前認為calpains在細胞凋亡中的作用與不同的細胞以及不同凋亡刺激因素有關［16，17］。

capn4作為calpains的一個調節亞基，也具有抗凋亡作用，同時在腫瘤細胞的增殖、浸潤及分化中起重要作用。Ras在信號轉導、細胞增殖、惡性轉化、腫瘤侵襲轉移等方面起重要作用，在真核細胞的生長過程中也起著重要的作用。研究［18］表明，capn4與RasGAP-SH3交互作用形成的capn4/RasGAPSH3對Ras致癌細胞的信號轉導起重要作用。完全活化的Ras導致胞質內Raf與14-3-3蛋白解離，然后Raf被募集到細胞膜上與活化型Ras結合，并在338位絲氨酸和341位酪氨酸殘基處發生磷酸化:①活化的Raf進一步磷酸化激活Mek，Mek磷酸化激活Erk，然后Erk磷酸化激活或失活多種靶蛋白。活化的Erk轉入細胞核內并磷酸化轉錄因子c-Jun、c-Fos、c-Myc，使基因表達發生改變，從而導致腫瘤細胞增殖;誘導耐藥基因mdr-1表達，這與腫瘤的耐藥性密切相關。②Raf還可磷酸化失活IκB，導致NF-κB從胞質移入細胞核內，進而介導抗凋亡基因的轉錄。③活化的c-Raf與Bcl-2構成二聚體，此二聚體復合物轉移到線粒體中，此時Raf通過磷酸化BAD使其從Bcl-2上解離，從而誘導Bcl-2抗凋亡功能的活化［19］。Ras/Raf/Mek/Erk持續激活，通過抑制細胞凋亡、促進細胞存活及促進耐藥基因的表達，最終導致腫瘤細胞異常增殖及腫瘤形成。

4 capn4與腫瘤

4.1 capn4與肝癌 肝細胞癌(HCC)因其高發病率和高病死率而成為一個全球性的健康問題。據世界衛生組織2000年的統計數據，全球每年有至少564 000例新發病例。2006年的數據顯示全球每年因HCC的死亡人數是662 000。特別是亞太地區，超過70%的新發病例都來自該地區。而中國更是以占有全世界55%以上的肝癌患者而成為HCC的重災區。HCC的病因和發病機制尚未完全肯定，可能與多種因素的綜合作用有關。研究表明，capn4作為NF-κB的下游靶蛋白，其表達調控通過NF-κB而間接受乙型肝炎病毒X蛋白(HBx)的影響，在肝癌細胞中，HBx誘導capn4的表達進而促進細胞偽足形成、細胞骨架重構和細胞動力形成等，從而增加癌細胞的侵襲與轉移能力［20］。研究［21］發現，骨橋蛋白(OPN)可以通過NF-κB上調肝癌細胞HepG2中capn4的表達，進而促進肝癌細胞遷移。Thomas等［22］研究發現，乙肝病毒X蛋白突變體通過ERK上調capn4促進肝癌細胞遷移。ZHANG等研究發現在肝內膽管癌(ICC)中，capn4高表達，并通過上調MMP2的表達促進ICC細胞的侵潤和轉移，并且capn4的高表達與腫瘤的淋巴結轉移、TNM分期相關。這些發現為臨床上預防和治療肝癌的轉移提供了理論依據，使capn4成為了治療的分子新靶點。

4.2 capn4與乳腺癌 17β-雌二醇(E2)參與女性生殖系統(如子宮和乳腺)的正常發育及生理功能調節。在病理情況下，E2可刺激激素依賴性腫瘤(如乳腺癌)細胞的增殖和浸潤［23］，促進腫瘤的惡性演進。E2的生物學作用可通過其基因組信號通路介導。E2與細胞內雌激素受體(ER)形成二聚體，進入細胞核誘導靶細胞基因轉錄和蛋白質合成，最后引起增殖、分化和存活等細胞反應，此效應需數小時才能實現。此外，E2還可在數分鐘內快速誘導細胞Ca2+動員及細胞外信號調節激酶1/2(ERK1/2)磷酸化激活等［24～27］，稱為非基因組效應。Ca2+和ERK的下游重要信號分子是calpains。在細胞內普遍表達的calpains有CAPN1和CAPN2，它們是依賴鈣激活的二聚體蛋白酶，有一個共同的小亞基capn4。已發現表皮生長因子(EGF)可通過快速活化ERK直接磷酸化激活CAPN。曹洋等研究發現，E2可通過快速激活ERK/CAPN通路刺激乳腺癌細胞周期進程和細胞增殖，由于乳腺癌組織和細胞的capn4表達水平顯著高于正常乳腺組織和細胞，因此可能會導致乳腺癌細胞對E2刺激產生“超敏”反應，從而加速乳腺癌的惡性演進。張釗等研究發現，乙肝病毒X蛋白結合蛋白(HBXIP)能夠通過capn4促進乳腺癌細胞的轉移，其涉及的信號通路如下:HBXIP通過第5片段激活 p-ERK1/2，影響 NF-κB入核，調控capn4啟動子，即通過HBXIP/p-ERK1/2/NF-κB/capn4通路，影響capn4的表達，影響偽足的伸展，促進乳腺癌細胞遷移。

capn4在腫瘤組織中高表達，這為腫瘤治療提供了新的靶點。通過研究capn4在調節腫瘤細胞轉移、浸潤及凋亡過程中的作用以及機制，將有助于對細胞凋亡分子機制深入認識并為腫瘤的治療提供新的思路。

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