F-box蛋白家族及其與腫瘤相關問題的研究進展

彭凱麗，陳宏輝

F-box蛋白家族因發現存在于細胞周期蛋白cyclinF中而得名，與Skp1、Cullin類蛋白組成SCF類E3參與泛素介導的細胞周期蛋白水解過程，調控著細胞周期［1］。其共同特征是含有F-box結構域，在真核細胞廣泛存在。目前研究發現在人體、酵母、果蠅、線蟲及各種哺乳動物含有大量的F-box結構域的蛋白，其中線蟲最多，大約300種。另外，基因技術檢測發現具有經典F-box結構域的蛋白也存在于原核細胞生物中［2］。近年已有研究表明F-box蛋白參與腫瘤的發生及發展。

1 F-box蛋白的結構

F-box結構域是F-box蛋白家族成員的標志性結構域，該結構域40～50個氨基酸殘基組成，F-box結構域位于F-box蛋白的N端，而C端也存在一些相對保守的二級結構。N端缺乏嚴格的保守序列，但C端的這些結構域的功能與蛋白質的相互作用相關，具有特異性［3］。根據C端二級結構的不同可分為三個亞類：第一亞類是FBXW類，C端含有WD40重復序列結構域；第二亞類是FBXL類，C端含有亮氨酸富集序列；其余的F-box蛋白含有多種不同的C端二級結構，被定為FBXO亞類［22］。目前研究提示F-box結構域與SCF（Skpl-Cullin-F-box protein）復合體中的Skpl或Skpl類似蛋白結合，不同的F-box可結合相同的Skpl底物。詳見圖1［22］。

2 F-box蛋白的功能

F-box結構域的功能是介導蛋白間相互作用，關于F-box蛋白的功能研究主要圍繞著UPP（泛素-蛋白酶體途徑）展開，UPP是指在細胞內能特異性降解蛋白過程，也被稱為泛素化過程，而泛素化過程是酶促級聯反應構成的，需要泛素激活酶E1，泛素載體蛋白E2和泛素結合酶E3。但E3結構差異大，在泛素化過程中起關鍵作用。SCF作為一個E3連接酶，由F-box蛋白家族與結合蛋白Skp1、骨架蛋白 Cullin、Ring-finger家族和 Rbxl蛋白組成［23］。泛素化是蛋白的一種重要的翻譯后修飾方式。作為SCF重要組成成分的F-box蛋白主要通過參與UPP調控細胞周期進程、轉錄、信號通路傳導［4］等。詳見圖 2［23］。

3 F-box蛋白家族在腫瘤中的功能分類

實驗和臨床證據表明F-box蛋白在細胞周期調控具有關鍵性的作用，F-box蛋白分子的調控細胞周期紊亂與腫瘤的發生和發展密切相關。圖3表示F-box家族在腫瘤細胞中的潛在功能［24］。目前王志偉將F-box蛋白家族在腫瘤中的功能分為抑癌蛋白類F-box蛋白、原癌蛋白類F-box蛋白和環境依賴類 F-box 蛋白［5］。

3.1 抑癌蛋白類 研究表明，Fbxw7突變或缺失能促進癌細胞的增殖相關的C-Myc、CyclinE基因的蓄積［6］。Wang等利用組織芯片技術和免疫組化探討Fbxw7在肝癌中的表達，提示Fbxw7突變量越大，肝癌惡性程度越高，并且發現Fbxw7過調節 Notch1信號通路參與肝癌細胞的侵襲與轉移［7］。新證據顯示，Fbxw7亦可控制多種組織干細胞的自我更新，分化，生存，包括造血系統和神經系統，肝和腸道。其他抑癌蛋白：如FBX031、FBXO4及FBXW8能夠選擇性降解Cyclin D1來誘導細胞周期G1進程從而參與抑制腫瘤細胞的生長［1］。隨著基因檢測技術發展，新的抑癌F-box蛋白類陸續發現，如：FBXO18、FBXO11、FBXO7等，但目前研究尚不深，具體體制尚不清楚，仍需進一步探討。

3.2 原癌蛋白類 許多F-box蛋白具有抑癌功能，但有些F-box蛋白具有原癌蛋白的功能。Skp2（S-phase kinase-associated protein 2）也被稱為 FBXL1，屬于F-box蛋白中FBXL類。研究發現Skp2具有原癌蛋白的功能，Skp2參與G/S轉換期、S期、S/G2轉換期調節蛋白的降解，如：通過降解P27kip1促進細胞進入DNA合成期和分裂期，從而促進癌細胞增殖。文獻顯示在乳腺癌、前列腺癌、直腸癌、肝癌等多種腫瘤組織中都高表達Skp2基因，并發現Skp2 mRNA及蛋白直接與惡性腫瘤的級別相關［8］。另外通過建立過表達的Skp2轉染子可上調金屬蛋白酶（MMP-2和MMP-9）的表達，從而增強腫瘤的浸潤及轉移能力［9］。FBXO8在乳腺癌中異常表達引起其參與Arf6的泛素化異常從而促進乳腺癌細胞的侵襲［10］。FBXO5 能夠通過抑制 APC/C 活性，維持 APC/C底物cyclinA、cyclinB、分離酶抑制蛋白等的穩定性，調控細胞進入S期及分離期，促進腫瘤細胞增殖，并且發現表達水平與腫瘤的惡性程度及死亡率有關［11］。 此外，發現 FBXO42、FBXO39 等也具有促癌的功能，但具體機制尚不明確。

圖1 人類F-box蛋白家族結構示意圖［22］

圖2 F-box蛋白的功能示意圖［23］

圖3 F-box蛋白家族在腫瘤中功能示意圖［24］

3.3 環境依耐類 F-box蛋白家族龐大，一些抑癌蛋白隨著環境的改變，又會表現原癌蛋白功能，并具有一定的組織特異性。如：β-Trcp（FBXWI和FBXWII）識別的底物不僅包括腫瘤抑制因子（Ikβ、p53），也包括癌蛋白（β-catenin），因此 β-Trcp 因底物的特殊性，從而表現不同功能，如β-Trcp識別底物REST在上皮細胞中發揮抑癌作用，而在神經細胞中顯示為致癌物質［12］。另一方面發現依耐β-Trcp的腫瘤具有組織特異性，在直腸癌、肝癌、乳腺癌等多種腫瘤中FBXWI和FBXWII可通過降解IKB，激活NF-κB通路，促進腫瘤的增殖［13］。因此普遍認為FBXWI及FBXW11在腫瘤細胞中高表達并伴隨著臨床預后不佳。但在胃癌中檢測5種FBXW11發生錯義突變，這種突變使β-catenin免于被β-Trcp識別和降解，從而激活MYC和cyclinD1的轉錄，促進細胞增殖，誘發腫瘤［14］，因此β-Trcp不僅具有促癌作用同時具有抑癌作用。目前發現在依耐FBXO31的腫瘤中，FBX031的功能具有組織特異性；在乳腺癌、肝癌、胃癌等領域結果均FBX031提示具有抑癌基因功能，但有報道發現其在食管鱗狀上皮細胞癌領域中卻具有促癌功能［15］。F-box家族參與腫瘤的發生、發展及預后，但目前機制尚未清楚，仍在進一步探討中。

4 F-box蛋白在腫瘤中主要作用

4.1 參與DNA損傷應答 機體對DNA損傷應答異常反應往往會導致腫瘤的發生。DNA的損傷是一個級聯反應，DNA損傷后激活ATM，再通過磷酸化底物使DNA損傷的細胞不再繼續分裂。F-box家族一些成員作為ATM底物參與DNA損傷應答。FBX4作為ATM磷酸化底物之一，在小鼠胚胎成纖維細胞 （MEF中）的 Fbx4突變破壞了 SCF Fbx4-αβ crystalline復合物的活性，導致細胞周期蛋白D1穩定和核積累在整個細胞分裂［16］。 Santra 等［17］發現DNA受損后FBX031的278位絲氨酸殘基被ATM磷酸化，可介導細胞D1的降解從而使細胞周期阻滯在 G1 期。FBX12［18］則通過泛素化降解 KU80 蛋白從而參與DNA損傷非同源末端修復的調控。目前研究相繼發現FBXO39、FBXO44、FBX06等都參與DNA損傷調控。

4.2 參與腫瘤細胞的代謝 研究發現，腫瘤細胞與正常細胞代謝途徑具有顯著差異，正常細胞代謝所需能量主要通過氧化磷酸化產生，而腫瘤細胞卻通過糖降解途經，消耗更多的葡萄糖，并產生大量乳酸。使腫瘤細胞具有更強競爭能力。而F-box蛋白與腫瘤代謝過程之間有著緊密的聯系，如Skp2、FBXW7、FBXO15、FBX039 等。 Skp2 構成的SCFSKP2能夠通過泛素化介導的AKt激酶的激活和轉位，促進腫瘤細胞獲能途徑向有氧糖降解的方向轉換［19］。FBXW7可通過識別及泛酸化SREBP1使腫瘤細胞增強對低氧環境的耐受參與腫瘤代謝［20］。新型F-box蛋白家族FBX039基因在MCF7與Nera2兩種腫瘤細胞中，其腫瘤的相關代謝基因表達均受正向調控，表明FBX039基因很可能通過上調這些基因參與腫瘤的代謝過程，但具體機制尚不明確［21］。

綜上所述，F-box蛋白家族種類極多，不同類別的F-box在腫瘤細胞中發揮的作用機制各不相同，涉及多種信號通路及各個基因之間又有相互交叉。因此對F-box家族的結構及在腫瘤中作用機制的研究，需進一步深入及完善。針對其促癌及抑癌的作用可作為腫瘤的預防、治療及靶向藥物設計等，有望成為臨床腫瘤治療的一大突破點。

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［2017－11－17 收稿，2017－12－11 修回］