抑癌基因PTEN在腫瘤基因治療方面的研究進展

李婷婷

【摘 要】PTEN是一個與多種腫瘤發生密切相關的抑癌基因，具有磷酸酶活性，其在多種細胞信號通路中發揮重要作用。研究發現PTEN基因的突變或蛋白表達的缺失與腫瘤的形成、癌癥的進展以及抗藥性的發生密切相關，而PTEN基因替代治療在多種腫瘤模型中發揮著顯著抑制腫瘤生長和侵襲轉移的作用。因此，深入研究PTEN基因替代治療顯得尤為重要，本文就這一方面的研究進展進行綜述。

【關鍵詞】PTEN；抑癌基因；基因治療

【中圖分類號】R966 【文獻標識碼】 A

第10號染色體同源缺失性磷酸酶-張力蛋白基因（Phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10，PTEN）是由Li等三個獨立研究小組發現的首個具有雙重磷酸酶活性的抑癌基因，它既能使蛋白質的酪氨酸及絲氨酸或蘇氨酸殘基脫磷酸化，又能使第二信使磷脂酰肌醇-3，4，5，三磷酸（ phosphatidylinositol-3，4，5-trisphosphate，PIP3）脫磷酸化[1]，其活性在調控細胞周期、抑制細胞生長、誘導細胞凋亡、調節細胞遷移與黏附中起關鍵性作用。研究發現，在多種腫瘤中包括惡性膠質瘤、子宮內膜癌、前列腺癌、小細胞肺癌、卵巢癌、乳腺癌、惡性黑色素瘤、淋巴瘤、胃癌等都有 PTEN 基因的突變、等位基因的缺失或蛋白的低表達[2]。本文就抑癌基因PTEN的作用機制及在基因治療方面的研究進展作一綜述。

1 PTEN的命名及結構特征

1.1PTEN的命名

PTEN的命名： PTEN是1997年由三個實驗室同時分離并確認的腫抑制瘤基因，因為在多種進展期腫瘤中均有該基因的突變，也被稱作MMAC1 （muted in multiple advanced cancers 1），因為它是由TGF-β調節的上皮細胞富含的磷酸酶基團，因此也被稱作 TEP1 （TGF-β-regulated and epithelial cell enriched phosphatase），現統稱為PTEN。

1.2PTEN的結構特征

PTEN基因定位于人類染色體的10q23.3，全長218kb，有9個外顯子和8個內含子，其cDNA包含由1209bp組成的開放閱讀框（ORF），編碼由403個氨基酸 組成的蛋白質，分布在人體多處組織（包括心、腦、肺、肝及腎等）的細胞質和細胞核內。

PTEN包括三個結構功能區，一個N端磷酸酶區域，一個與脂質結合的C2區域和一個由約50個氨基酸組成的C端區域。N-端是其主要結構功能區，它在第122-133位的氨基酸序列（IHCKAGKGRTG）符合蛋白酪氨酸磷酸酶（Protein tyrosine phosphatase，PTP） 及雙特異性磷酸酶催化區的核心基序（HCXXGXGRXG），故PTEN蛋白屬于蛋白酪氨酸磷酸酶家族，是至今為止發現的第一個具有磷酸酶活性的抑癌基因，其活性能使PIP3去磷酸化，在多種信號途徑和細胞周期中發揮重要作用。

2 PTEN的生物學功能及其作用機制

PTEN是繼P53（tumor protein 53）后發現在多種腫瘤細胞中突變率最高的抑癌基因，最新的研究表明PTEN以磷酸酶依賴性和非依賴性機制調節各種細胞信號轉導途徑，從而形成一個復雜的網絡系統，這個系統具有調節細胞增殖、凋亡、轉移、黏附及控制基因的穩定性等功能。關于PTEN抑癌作用機制尚未完全清楚，但目前認為主要由以下三條途徑共同完成。

2.1磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸（phosphatidylinositol- 3，4，5-trisphos-phate， PIP3）途徑

研究發現PIP3是PTEN重要的生理性底物，它可以使PIP3脫磷酸化轉變為PIP2（Phosphatidylinositol 4，5-trisphosphate –bisphosphate）而失活。PIP3 是一些細胞生長因子（如 IGF、EGF 等）信號傳導通路上的第二信使，這些生長因子與其細胞膜上的受體結合后，激活受體型蛋白酪氨酸激酶P13K，后者使 PIP2 磷酸化成 PIP3，PIP3 隨后激活 PIP3 信號途徑中的一系列激酶，進而活化 PKB/Akt，從而使細胞進入分裂繁殖周期并抵抗凋亡。PTEN編碼的蛋白均有脂質磷酸酶活性，可對抗PI3K調控的細胞生長因子信號轉導通路，降低PIP3水平從而負性調控PI3K/ATK信號通路，抑制腫瘤細胞的增殖、促進凋亡 [3]。

2.2FAK途徑

聚集粘附激酶（focal adhesion kinase，FAK）是整合素介導的細胞內信號轉導途徑中的樞紐，其磷酸化將觸發一系列下游蛋白酪氨酸磷酸化級聯反應，最終通過RAS/MAPK信號通道影響細胞生物學行為，其主要作用是促進細胞增殖、分裂及細胞粘附，局部鋪展、遷移，在腫瘤浸潤和轉移中發揮重要作用 [4]。PTEN具有磷酸酶活性，可以使FAK去磷酸化從而抑制FAK活性，降低整合素介導的細胞擴散和局部黏附的形成， 從而抑制腫瘤細胞侵襲及轉移。

2.3絲裂原激酶（mitogen-activated protein kinase， MAPK）途徑

MAPK 代表一個激酶家族，MAPK可激活促細胞分裂素，介導有絲分裂信號向胞核傳導，調控細胞生長。已鑒定出五條 MAPKS信號轉導通路，即細胞外調節激酶（ERK）通路、C-jun 氨基末端激酶（JNK）通路、P38 通路、ERK5 通路和 ERK3/4 通路[5]。PTEN能抑制 MAPK 途徑上游中的 ERK、RAS的活化以及 Shc的磷酸化，從而對細胞外信號調節激酶ERK/ MAPK信號途徑起負調節作用，而且PTEN基因還能抑制 MAPK激酶的磷酸化， 阻滯細胞生長周期于 G1期， 抑制腫瘤細胞生長。

3 PTEN在腫瘤中的失活和PTEN基因的表達調控

研究證實在多種腫瘤組織和細胞存在PTEN的失活，且PTEN基因的失活與腫瘤發生發展密切相關。而PTEN的失活主要涉及以下幾種機制：基因突變、等位基因的雜合性丟失、啟動子甲基化、miRNA介導的調控和翻譯后水平的磷酸化等。

作為腫瘤抑制基因，維持PTEN蛋白的穩定表達至關重要。研究表明，PTEN的表達及其酶活性可在轉錄水平、微小RNA（miRNA）以及翻譯后水平進行調節。PTEN基因表達的正性調節因子包括早期生長反應蛋白1（early growth response protein 1）、過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator- activated receptor γ， PPARγ）和P53，這些均表現直接結合到PTEN基因啟動子區域[6-7]；負調控因子包括促分裂原活化蛋白激酶激酶-4（mitogen activated protein kinase kinase-4，MKK-4），轉化生長因子-β（transforming growth factor beta，TGF-β，核因子的B細胞中的κ輕多肽基因增強子（nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells，NF κB），轉錄輔因子c-Jun和癌基因BMI1，這些都在多種腫瘤模型中顯示出抑制PTEN表達 [8=9]。許多miRNA被認為不管在生理還是病理的情況下都能影響PTEN的表達與功能[10]，而翻譯后修飾，例如活性位點的氧化，乙酰化，磷酸化，泛素化，也能調節PTEN活性[11-12]。

4 PTEN與腫瘤基因治療

現已證實眾多腫瘤中有PTEN的缺失或突變，野生型的PTEN基因的替代療法是PTEN抑癌基因治療的基本方法，主要是通過轉基因技術將野生型的PTEN基因導入惡性腫瘤細胞中，替代腫瘤細胞中突變或失活的PTEN基因，發揮正常PTEN基因的抑癌功能。基因治療的關鍵是選擇恰當的載體及導入方法，使目的基因獲得靶向性導入及穩定有效的表達，可控性增強。實驗中廣泛應用到的病毒載體有：逆轉錄病毒、腺相關病毒（AAV）、單純皰疹病毒（HSV）、腺病毒（Ad）等。腺病毒載體（Ad）發展到第五代，轉染效率高，基因攜帶量大，制備相對較容易，故已成為繼逆轉錄病毒載體后被廣泛應用的一種基因載體，就PTEN基因而言，目前該載體的應用最多。由于病毒載體具有潛在的致癌性、靶向特異性差、自身免疫原性、費用高等特點使其在臨床應用受限，而非病毒載體由于其低免疫反應、低毒、不發生外源性基因隨機整合等優點，越來越受重視。

5 小結與展望

PTEN作為目前唯一具有磷酸酶活性的抑癌基因，在多系統腫瘤中具有顯著的抑癌活性，并且在PTEN缺失性或非缺失性腫瘤細胞株中都能抑制腫瘤細胞的生長、促進凋亡，能增強腫瘤細胞對化療和放療的效果，因此成為國內外腫瘤基礎研究的熱點。但由于缺乏合適的載體，迄今為止還沒有在臨床試驗中應用PTEN作為靶基因治療腫瘤的研究報道。因此尋找研發能高效轉移基因、表達高度組織特異性、能進行精確調控表達的理想病毒或非病毒PTEN基因治療載體迫在眉睫。

參考文獻

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