胃癌中PTEN/PI3K信號通路蛋白水平的調節

周巧輝(綜述)，艾耀偉(審校)

(三峽大學人民醫院消化內科，湖北宜昌443000)

胃癌作為我國高發性惡性腫瘤，其發病率逐年增高，引起了廣泛關注。隨著診療技術的發展，胃癌的治愈情況較前雖有較大改善，但仍局限于早期患者，對于大多數的晚期患者，病情控制及預后在較大程度上依賴于藥物治療。因此，研究人員致力于早期診斷及新型抗癌藥物的探索，深入了解胃癌發生、發展的分子機制是關鍵。胃癌的發生、發展是一個多階段、多個信號通路、多項因素共同決定的過程。人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homolog deloted on chromosome ten，PTEN)蛋白在胃癌發生中的調控作用已得到公認，其中PTEN/磷脂 酰 激 醇 3-激 酶 (phosphatidylinositol 3-kinases PI3K)信號通路成為當前研究熱點，蛋白水平的調控是該通路調控的關鍵?，F對胃癌中PTEN/PI3K信號通路蛋白水平的調節進行綜述。

1 PTEN蛋白結構特點

PTEN基因編碼的蛋白質具有脂質磷酸酶和蛋白磷酸酶的雙重活性，可通過磷酸酶依賴的方式調控細胞信號通路;PTEN蛋白的主要結構特點有:N端具有酶活性，為主要功能區;C2結構域結合配體與底物，介導信號傳遞;C端含PEST序列(維持蛋白質穩定)和PDZ結構域(與蛋白間的作用相關)［1］。PTEN去磷酸化作用可以抑制 PI3K/Akt信號通路，導致細胞凋亡［2］。若PTEN蛋白缺失或失活，則導致磷脂酰肌醇3，4，5三磷酸的積蓄，不斷激活蛋白激酶 B(protein kinase B，Akt)通路，引起下游因子效應，促使細胞存活并無限增殖［3］。在無其他干擾因素存在的情況下，最終將導致腫瘤的發生。

2 PTEN蛋白翻譯后修飾的調節

蛋白質在翻譯后往往要受到一系列的加工修飾才具備一定的功能，而這些翻譯后修飾也可影響蛋白質功能;參與信號轉導的PTEN蛋白在經翻譯修飾作用后，也將對PTEN/PI3K信號通路的調控產生影響。

2.1 磷酸化 磷酸化參與多種信號轉導過程的調控，PTEN的磷酸化也較為常見。PTEN的磷酸化主要發生在C端的絲氨酸殘基及少數的蘇氨酸殘基(如 S380、S370、T382、T383等)，其中S370和S385是主要的磷酸化位點［4-5］。其他的磷酸化位點也存在，但為數甚少［5］。尾端的磷酸化參與調節PTEN的穩定性及功能，這種依賴于尾端的調節被證明與尾端內部3個殘基(S380、T382和T383)相關［6］。有學者發現，PTEN蛋白存在開/關兩種構象，磷酸化的PTEN為關閉狀態，可定位于胞質膜，繼而發揮其脂質磷酸酶活性;而去磷酸化后，則形成開放結構，打開磷酸酶結構域，允許膜聯接，導致降解［7-8］。已經證實數種磷酸化PTEN的酶(如酪蛋白激酶2、絲氨酸/蘇氨酸激酶11、微管相關激酶MAT205等)，其磷酸化作用保證了胞內 PTEN 的定位和穩定［9］。Yang等［10］在AGS、MKN-45、MKN-28、SGC-7901 這 4 種胃癌細胞株中檢測到去磷酸化的PTEN水平較正常胃黏膜細胞及慢性胃炎細胞顯著升高(P＜0.05)，并指出PTEN在Ser380殘基端的去磷酸化導致PTEN蛋白失活，從而促使早期胃癌的發生?？梢奡er380處的磷酸化是PTEN蛋白穩定及活性的重要保證。

2.2 泛素化 泛素化也是蛋白質一種常見的翻譯后修飾方式，目前的研究主要集中在其促降解作用;在泛素活化酶E1、泛素轉移酶E2和泛素蛋白連接酶E3依次作用下，將泛素結合到蛋白質的特異性氨基酸殘基上而導致蛋白的降解是經典的泛素化降解線路［11］。研究表明，PTEN同樣存在此種降解方式，其中連接酶E3是降解機制中的關鍵因素，其可識別目標降解蛋白，一般認為是發生多聚泛素化而導致降解［12］。這在Wang等［13-14］的研究中得到證實，NEDD4-1(neural precursor cell expressed，developmentally down-regulated 4)作為 PTEN的泛素連接酶，與PTEN C2區的第13和289賴氨酸殘基結合，催化PTEN形成多聚泛素化鏈而走向降解。有趣的是，NEDD4-1也可使PTEN發生單泛素化，從而介導進入核內，對PTEN起保護作用，而對胞質內PTEN作用也有利［15］。隨后，Kim等［16］證實在胃癌和結腸癌中NEDD4-1與PTEN的相互作用，但結果偏向于促降解作用。然而也有研究發現，NEDD4-1并不是PTEN泛素化所必需的［17］，也存在其他的E3連接酶(如XIAP［18］)，同樣也可以完成PTEN的泛素化過程。近年有研究者提出一種泛素相關調節因子小泛素相關修飾物(SUMO)，其在結構上與泛素分子相似，結合部在PTEN C2區的266與289賴氨酸殘基，反應同樣需要 E1、E2、E3 3種酶參與，PTEN-SUMO可以降低泛素分子結合能力，減少泛素化［19］。可見，泛素化在PTEN的調節中有降解作用，也有穩定作用，而且此過程也不是完全不可逆的，參與減少泛素化反應的酶還有待不斷挖掘。磷酸化與泛素化作為常見的翻譯后修飾，兩者之間作用必然有所交叉，Maccario等［20］的一系列實驗發現，PTEN定位于胞質膜可促使其泛素化，但在體外實驗中，若PTEN被磷酸化則無法發生泛素化，從而得出PTEN蛋白C端的絲氨酸/蘇氨酸殘基端磷酸化引起的質膜定位間接影響隨后的泛素化;同時，體外細胞實驗中，無論是單泛素化還是多聚泛素化，都將降低PTEN的磷酸酶活性，所以泛素化在此對PTEN是一個負向調節機制。磷酸化和泛素化在很多信號通路中都存在，它們可以反向調節，也可協同作用。因此，在PTEN/PI3K通路中關于磷酸化和泛素化相互作用的研究還遠遠不夠。

2.3 乙?；?PCAF是一種組蛋白乙酰轉移酶，通過與p300/CBP(CREB binding protein)及其他轉錄因子序列作用而影響基因的轉錄，調控蛋白的合成［21］。然而，PCAF也可與翻譯后的PTEN蛋白作用，Okumura等［22］利用串聯親和提純法結合質譜測定法搜尋細胞內含有的PTEN蛋白復合物時發現PCAF，結合部在PTEN的賴氨酸殘基，使其發生乙?；蠖Щ?，最終抑制PTEN調控作用;推測其原因可能有兩種，一是由于PTEN的結構域由于乙?；揎検艿礁蓴_而無法與底物結合;二是可能加上賴氨酸殘基后使其催化區的正電荷消失而無法與帶負電荷的底物連接;當利用小干擾RNA減少內源性PCAF后，即使有生長因子的刺激，也無法達到PTEN的乙酰化;推測可能的機制是由于在表皮生長因子的刺激下，細胞周期發生改變，從而激活 PCAF，使PTEN乙?；Щ睿?2］。Ikenoue等［23］的研究顯示，PTEN 可以通過 C 端 PDZ結構域的Lys402，識別并結合蛋白而發生乙?；?同時在COS7細胞中發現可使PTEN乙?；腃BP和有去乙酰化作用的SIRT1(sirtuin type 1)。

3 PTEN/PI3K中主要結合蛋白的調控

磷酸磷脂酞肌醇RAC交換因子(P-Rex2a)在人類多數腫瘤中大量存在，是一種可直接與PTEN結合的蛋白，結合后使PTEN失去脂質磷酸酶活性而激活PI3K/Akt信號通路，被認為是一種癌蛋白;P-ReX2a具有DH-PH結構域(與GEF的活性有關)，還有PDZ、DPH結構域，C端肌醇4多聚磷酸酶差異較大［24］。Fine等［24］通過標記方法檢測到 PTEN 的 C2 尾端而不包括PDZ區參與結合，在體外實驗中P-ReX2a只是與GEF的活性區域(PH和DH結構域)有關;兩者結合后可能由于C2結構改變導致的膜聯失敗而無法效應，具體機制尚不明確。而且，P-Rex2a在胃癌中的存在最近也得到證實，與在其他腫瘤中所起作用類似［25］，P-Rex2a在胃癌中調節機制的研究意義重大。PICT-1(protein interacting with carboxyl terminus 1)是一種含PDZ結構域的蛋白，在細胞內與PTEN的C端結構域結合，調控PTEN的磷酸酶活性及逆轉;利用RNA干擾技術將PICT-1失活后，PTEN活性降低并迅速降解，并且若PTEN的C端發生腫瘤性突變，則失去與PICT-1的結合能力，這可能是PTEN得以快速逆轉的機制所在［26］。此后，又有研究發現，剔除PTEN陰性細胞中的PICT-1后未出現細胞增殖，說明PICT-1通過與PTEN作用而調控PI3K途徑［27］。PICT-1原本是一種核仁蛋白質，在核仁內的定位要兩種獨立的定位序列結構，而且需要特定的條件［28］;因此，如何使PICT-1從核仁釋放也是值得去研究的。有研究者在研究線蟲時發現，受體酪氨酸激酶VAB-1可磷酸化PTEN，從而降低PTEN蛋白水平和抑制其生理功能，而PTEN的蛋白磷酸酶活性可對抗VAB-1活性［29］。然而，若要將VAB-1與人類癌癥聯系起來，還需要更多的研究去證實。這些都與PTEN蛋白直接結合而起作用，當然遠不止上述數種蛋白。這些結合蛋白與氨基酸殘基結合使PTEN失活;或與C2結構域結合影響其膜聯功能;或與PDZ結合，影響其穩定性，從而在各方面影響PTEN的功能。有些蛋白的作用僅僅是在體外實驗發現的，因此還需要更多體內實驗加以驗證。

4 PTEN/PI3K調控與胃癌藥物治療

胃癌的病理進程往往先于癥狀，許多患者在發現時已處于晚期，因此對化療的依賴性較大。但隨著抗癌治療藥物的發展，繼化療不良反應之后，腫瘤耐藥問題亦日益明顯，提高藥物敏感性成為一大研究熱點。PI3K的激活促進腫瘤的發展，與抗癌藥物作用相拮抗，是腫瘤產生耐藥的一個關鍵所在;PI3K/AKT通路在腫瘤耐藥中的重要作用，在胃癌細胞中已得到證實［30］。隨后，在用阿霉素作用于胃癌細胞SGC7901時發現，阿霉素通過激活PI3K/Akt/MDM2通路而使細胞產生耐藥，當使用PI3K抑制劑時，癌細胞藥物敏感性明顯提高［31］?？梢?，PTEN/PI3K信號通路調節與腫瘤耐藥機制密切相關，了解此通路中各種調節因子及其作用方式，將為臨床提高藥物敏感性、制訂個體化治療方案提供理論基礎。

5 小結

胃癌中PTEN/PI3K信號通路與腫瘤的發生、分化及轉移密切相關，參與調控的分子眾多且機制復雜。PTEN/PI3K通路在蛋白水平的調控及各種蛋白結合后產生的正向或負向效應還需要更多討論。需要說明的是這些調控作用并不是單獨存在的，相關的各種信號通路之間也存在“串話”的可能，需要有全局觀念，這樣的研究才能更接近臨床，為臨床治療服務。

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