P21、P27蛋白在腫瘤中的表達研究進展

汪美容(綜述)，舒寬勇(審校)

(1.南昌大學研究生院醫學部2014級； 2.江西省婦幼保健院腫瘤科，南昌 330006)

眾所周知細胞周期由G1期、S期、G2期、M期組成，DNA的擴增即DNA合成期(S期)之前稱為G1期，之后稱為G2期。G1/S、G2/M是細胞周期中2個重要的轉換點，以G1期轉換點更為重要，在這個轉換點上，細胞可進入DNA合成期或進入非增殖的靜息期[1]。影響G1期細胞增殖分化的調控因素中主要有細胞周期蛋白(cyclin)、細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin dependent kinase,CDK)、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子(cyclin dependent kinase inhibitor,CDKI)[2]。CDKIs分為2大家族:一是特異性抑制Cyclin D-CDK4/CDK6活性的INK4家族，有P15、P16、P18和P19；二是更為廣譜的CIP/KIP家族，包括P21、P27和P57。同屬細胞周期抑制蛋白P21和P27在氨基末端的結構及功能高度相似，都有一個保守的80個氨基酸序。Cyclin、CDK和CDKI相互作用、相互制約形成的細胞周期調控系統保持著一個動態平衡。當CDKI P21和P27及與其相關的Cyclin和CDK動態平衡被打破，細胞就可能發生異常的增殖或生長抑制，P21和P27蛋白表達量上的異常在腫瘤的發生發展過程中具有重要作用。有研究[3]證實P21、P27蛋白的陽性表達率同腫瘤浸潤深度、淋巴結轉移呈正相關，這對判斷的腫瘤進展及患者生存預后起到一定的幫助。但P21、P27蛋白在不同細胞株或腫瘤中的表達又有不同之處。本文對P21和P27蛋白的結構、生物學功能及其與腫瘤的相關研究進展進行綜述。

1 P21蛋白與腫瘤

1.1 P21蛋白的結構、生物學功能

P21基因是參與細胞周期負調控CDKI家庭中的一員，屬于細胞周期素依賴性激酶抑制因子，位于P53基因下游的第六號染色體短臂上。P21基因的表達產物P21蛋白于1993年11月首次克隆出，P21蛋白因其蛋白質相對分子質量為21 kDa，故又稱P21，其由164個氨基酸構成，富含精氨酸。P21蛋白在正常細胞的存在形式為四聚體復合物，其中包括細胞周期依賴性激酶(CDK)，細胞周期素(cylin)以及增殖細胞核抗原(PCNA)[4]。P21蛋白可抑制CDK和PCNA，而P53或細胞有絲分裂原可刺激誘導P21轉錄，使RB蛋白的磷酸化過程受到破壞，細胞周期停滯在G1期直至受損的DNA得以修復。P21蛋白的作用與DNA損傷的發生時間有關，如發生在Gl期，P21蛋白通過抑制CDK活性而阻滯細胞進入S期；如果發生在S期,P21則通過使PCNA失活停止DNA的合成，使細胞修復。P21cip1存在一個單核苷酸多態性位點(SNP)，核苷酸出現C-T改變，P21基因轉錄翻譯的蛋白也發生異常，導致P21蛋白低表達或過表達。

1.2 P21蛋白在腫瘤中的表達

P21蛋白的異常表達，會對Cyclin、CDK及其激酶活性調節產生影響，進而影響細胞增殖與分化，最終導致腫瘤的發生[5]。如劉芳芳等[6]認為P21蛋白可抑制腫瘤，可以促進某些腫瘤細胞的凋亡，相反P21蛋缺失白會引發腫瘤，它與腫瘤發生發展有密切關系。有研究[7]還表明P21與腫瘤的分化、浸潤、深度、增生和轉移有關，具有預后價值。如Cnop等[8-9]研究表明P21蛋白能夠作為一項判斷腫瘤的分化程度和預后好壞的參考指標。Ficher等[10]研究發現P21陽性表達是頭頸鱗狀細胞癌預后較差的重要標記物。甘偉平等[11]在結腸癌中的研究中發現P21在有淋巴轉移癌中表達明顯升高，可作為結腸癌等惡性腫瘤的診斷標記物，并可作為治療靶點抑制腫瘤生長。在宮頸癌中的一些研究[12-15]表明P21的高表達和高危型HPV感染、淋巴轉移、宮頸病變級別的升高呈正相關，提示P21蛋白的表達增加與宮頸病變的惡性程度及侵襲性有一定關系。可是相關研究[16-17]卻發現在P21被轉染入人宮頸癌Hela細胞后對宮頸癌細胞的作用是抑制的，可促進宮頸癌細胞的凋亡，這為宮頸癌的基因治療提供了方向。P21的表達在不同組織差異較大，說明P21除了受P53刺激誘導外，也可能受其他途徑而激活或抑制。也有學者[18]認為這種在細胞分裂周期中促進或抑制的雙重作用取決于細胞蛋白質的豐度。其原因及作用機制尚未能有一個明確的答案。P21在腫瘤組織中表達的不一致證明了細胞周期調控機制的復雜性。

2 P27蛋白與腫瘤

2.1 P27蛋白的結構、生物學功能

P27kip1(kinase inhibiting protein1)也是CIP/KIP家族中的一員。P27基因定位于人染色體12p12-13.1，含2個外顯子和1個無功能外顯子及1個內含子[19]。人類P27cDNA具有594 bp，編碼198個氨基酸，具有高度的保守性。P27kip1簡稱P27，屬于熱穩定蛋白質，相對分子質量為27 kDa。P27基因C端有核定位信號序列，與細胞周期調控有關，其N端28～87位約有60個氨基酸區與CDKI家族中P21具有42%的同源性，與P57有47%的同源性。與P21不同的是P27N端有鋅指結構，C端有Thr磷酸化位點，與抑制H1組蛋白磷酸化有關。P27與CyclinD-CDK4或CyclinE-CDK2復合物結合，在靜止細胞和G1期細胞中均有重要作用。P27通過抑制CDK4的第172位氨基酸和CDK2的第160位氨基酸的磷酸化過程而抑制其活性。這樣細胞從G1期進入S期的過程得到抑制，使得其分裂增殖受到影響，導致細胞生長周期無法正常進行。P27 kip1第109位密碼子存在V-G的轉換，(纈氨酸向甘氨酸的改變)即氨基酸呈現的Vall09Gly多態性。具有此多態性的P27可能更容易降解從而使細胞周期發生異常調控導致腫瘤的發生[20]。P27在腫瘤組織中存在量的減少或缺失但是基因卻很少突變，所以認為P27對于細胞周期產生影響并不是在基因水平而是在蛋白表達水平，并且主要是通過P27的降解來實現。P27蛋白降解的主要機制是Skp2依耐的泛素-蛋白水解途徑[21]，也可以通過激活Ras/Raf-1/ERK的途徑使其異常定位于細胞質內進行降解。細胞內P27蛋白水解增加，含量減少，從而無法抑制CDK的作用下Rb蛋白的磷酸化，不能阻止Rb引起的核內轉錄因子E2F的釋放，導致細胞周期失調，G1期細胞減少，S期細胞增多，DNA合成增強，細胞過度增生，致使腫瘤發生。

2.2 P27蛋白在腫瘤中的表達

有研究[22]表示，在良性病變及正常組織中的P27蛋白的表達明顯高于惡性，P27蛋白表達的減少將導致細胞的異常增生。如馬海濃等[23]報道P27在正常宮頸、CIN和宮頸癌組的陽性表達逐漸降低，高分化組明顯高于中低分化組，在無淋巴結轉移組中表達明顯高于有淋巴轉移組。柴大敏等[24]發現相對正常組織喉鱗狀細胞癌中P27呈低水平表達，并且與其臨床分期和淋巴轉移相關。研究也已證明P27表達下降或缺失也發生于結腸癌、乳腺癌、胃癌、肺癌、膠質瘤等腫瘤組織中，甚至影響預后。還有報道顯示P27低表達還與卵巢癌、子宮內膜癌等婦科惡性腫瘤有關，在宮頸癌中的P27表達明顯低于正常的宮頸組織，且與腫瘤的分化周期有關，P27可作為晚期婦科惡性腫瘤的生物學標志物[25]。多數研究都已表明P27表達程度降低參與了惡性腫瘤的發生發展，但其與腫瘤病理因素、生存時間長短的相關性存在有不一致的研究。治療方面，程璽等[26]發現在宮頸癌的化療中，P27表達陽性者治療效果優于表達陰性者。尤程程等[27]發現提高宮頸癌Hela細胞中P27基因的表達可以使細胞增殖受到抑制。P27的表達增強能夠促進宮頸腫瘤細胞調亡，還能調節腫瘤耐藥性。這為腫瘤治療提供了新的想法和思路。

3 P21、P27蛋白在腫瘤中的聯合檢測

在P21和P27的聯合檢測中，Mark等[28-29]發現P21與P27蛋白表達呈正相關，并認為聯合檢測P21和P27蛋白表達對卵巢癌的預后評估和指導治療有積極的意義。賀紅艷[30]也發現在喉鱗狀細胞癌中P21與P27蛋白表達起協同作用，并隨著腫瘤惡性程度的增加，表達均降低，認為它們共同參與G1期生長限制性位點調控。這與劉曉姣等[31]在皮脂腺腺癌中P21、P27的研究觀點一致。劉宏俠等[32]研究表示喉癌復發與P27呈負相關，預后與P21呈正相關，二者聯合檢測可為早期喉癌術后復發高危患者監測提供有價值的參考。趙楊等[33]研究發現P21、P27表達增強是宮頸病變進展的預警信號。

4 展望

當前腫瘤相關分子標志物是研究熱點，它們與腫瘤的發生、發展及預后的關系可以用于有效評估腫瘤復發轉移風險，指導臨床治療。雖然在不同腫瘤組織中的CDKI P21、P27蛋白與腫瘤的關系存在著的爭議甚至矛盾的結果，但P21、P27蛋白在腫瘤組織中不同于正常組織的表達及聯合檢測有助于判斷腫瘤的惡性侵襲性和為預后提供有意義的指導是被大部分認同的。今后需要開展更大樣本研究，將其與細胞周期、信號通路、基因表達等結合起來分析，探討在不同腫瘤中各自發生發展的機制，為腫瘤的靶向基因治療提供參考價值。