CDC25A與腫瘤的研究進展△

唐艷萍，曹驥

廣西醫(yī)科大學附屬腫瘤醫(yī)院實驗研究部，廣西 南寧 530021

細胞分裂周期因子25（cell division cycle 25，CDC25）于1986年被Russell等[1]在裂殖酵母過程中分離出來，因其可以啟動有絲分裂而得名。CDC25是一種雙特異性磷酸酶，可以通過催化細胞周期依賴性蛋白激酶（cyclin-dependent protein kinases，CDK）分子中的抑制性磷酸化位點去磷酸化從而激活CDK，并調(diào)控應(yīng)對DNA損傷，推動細胞周期運行。人類CDC25主要包括CDC25A、CDC25B、CDC25C 3種亞型，其中CDC25A是控制G1/S期和G2/M期檢查點的“開關(guān)”蛋白，在維持DNA復(fù)制的穩(wěn)定性和細胞分裂周期完整性上起到重要作用，已成為近年來的研究熱點。CDC25A在多種惡性腫瘤中均呈過表達狀態(tài)，而且CDC25A過表達與腫瘤患者的不良預(yù)后密切相關(guān)。因此，本文就CDC25A與腫瘤關(guān)系的研究進展作一綜述。

1 CDC25A的概述

CDC25A的編碼基因定位于染色體3p21上，編碼酪氨酸磷酸酶。CDC25A蛋白由524個氨基酸殘基組成，含有N端的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域和C端的催化結(jié)構(gòu)域。CDC25A的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域含有多個磷酸化位點、核定位序列和核輸出序列；磷酸化位點可以調(diào)節(jié)CDC25A的自身穩(wěn)定性及與其他蛋白之間的相互作用；核定位序列和核輸出序列可以調(diào)節(jié)CDC25A的亞細胞定位[2-3]。CDC25A的催化結(jié)構(gòu)域含有一個HCX5R基序，相鄰α螺旋的偶極矩有利于半胱氨酸去質(zhì)子化，促進CDC25A與含有磷酸化蘇氨酸和酪氨酸基團的底物結(jié)合[4]。CDC25A的活性受到了包括轉(zhuǎn)錄水平、翻譯水平和翻譯后修飾水平等多個層面的調(diào)控[5]。

2 CDC25A在腫瘤中的表達

目前，CDC25A被一致認為具有癌基因功能，在許多腫瘤細胞中存在過表達的現(xiàn)象，參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程，并與腫瘤的惡性程度和預(yù)后有關(guān)。Yamashita等[6]研究了人腦膠質(zhì)瘤組織及正常腦組織中CDC25AmRNA的表達水平，結(jié)果顯示腦膠質(zhì)瘤組織中CDC25AmRNA的表達水平高于正常腦組織。Singh等[7]分析了CDC25A與視網(wǎng)膜母細胞瘤患者臨床特征的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CDC25A與視網(wǎng)膜母細胞瘤的分化、轉(zhuǎn)移有關(guān)。Brunetto等[8]選取313例乳腺癌患者為研究對象，通過免疫組織化學法檢測發(fā)現(xiàn)，49.8%的乳腺癌患者的乳腺癌組織中存在CDC25A過表達；生存分析結(jié)果顯示，CDC25A過表達與乳腺癌患者的總生存期和無病生存期縮短有關(guān)。Lu等[9]研究表明，CDC25AmRNA和蛋白在人肝癌組織中的表達水平均高于癌旁組織及正常組織，CDC25AmRNA在人肝癌組織中的表達水平與肝癌患者的臨床分期、有無門脈瘤栓及肝外轉(zhuǎn)移有關(guān)，但與肝癌患者的術(shù)后復(fù)發(fā)情況、腫瘤直徑、病灶個數(shù)、血清甲胎蛋白水平和腫瘤分化程度無關(guān)。王紅雷[10]通過免疫組織化學法檢測CDC25A蛋白在肝癌組織中的表達情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CDC25A蛋白的高表達與肝癌患者的病理分化程度、腫瘤大小及生存期有關(guān)。

3 CDC25A與腫瘤的發(fā)生發(fā)展

3.1 CDC25A與腫瘤細胞周期

細胞周期可分為DNA合成前期（G1期）、DNA合成期（S期）、DNA合成后期（G2期）及有絲分裂期（M期）4期，而G1/S期和G2/M期這兩個階段最為重要。CDC25A在G1/S期和G2/M期的進程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在G1/S期進程中，CDC25A蛋白可以促進抑制性磷酸殘基脫磷酸化，激活CDK2和CDK4/6，而激活的CDK2和CDK4/6分別與相應(yīng)的細胞周期蛋白cyclin E和cyclin D結(jié)合形成復(fù)合物，并通過復(fù)合物使腫瘤抑制基因Rb表達的蛋白磷酸化，從而使原作為E2F1轉(zhuǎn)錄抑制因子結(jié)合在E2F1上的Rb蛋白與E2F1分離，活化E2F1。活化的E2F1可以激活一系列下游事件，加快細胞由G1期進入S期，促進細胞增殖[5]。在G2/M期進程中，過表達的CDC25A與CDC25B、CDC25C協(xié)同作用于cyclin B1/CDK1，使CDK1的第14位蘇氨酸和第15位酪氨酸去磷酸化[11]。同時，活化的cyclin B1/CDK1復(fù)合物通過磷酸化CDC25A的第17位色氨酸和第115位色氨酸，增加CDC25A的穩(wěn)定性，因此cyclin B1/CDK1復(fù)合物和CDC25A形成了一個正反饋環(huán)通過G2/M期檢查點。細胞周期調(diào)控異常是腫瘤發(fā)生的重要誘因之一，CDC25A作為細胞周期G1/S期和G2/M期進程的重要調(diào)控因子，其表達水平的增加會促進G1/S期和G2/M期檢查點之間的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致細胞生長失控從而引起惡性轉(zhuǎn)化。

3.2 CDC25A與腫瘤細胞凋亡

細胞凋亡是一種由多基因嚴格控制的在一切生物發(fā)育過程中細胞自主有序的死亡途徑。腫瘤的發(fā)生不僅與細胞的異常增殖和分化有關(guān)，還與細胞凋亡的調(diào)節(jié)紊亂存在密切關(guān)系。異常表達的CDC25A可以通過影響凋亡相關(guān)因子的生物活性豐度或定位，阻止細胞凋亡，誘導(dǎo)惡性腫瘤的發(fā)生。凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1（apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK1）是促分裂原活化的蛋白激酶激酶激酶（mitogen-activated protein kinase kinase kinase，MAP3K）家族成員之一，在調(diào)節(jié)細胞凋亡的過程中起著重要作用。ASK1可以激活p38絲裂原激活蛋白激酶（mitogen-activation protein kinase，MAPK）和JNK/SAPK通路，隨后引起bcl-2、bcl-X、p53、caspase 3等細胞凋亡因子的活化，從而影響腫瘤細胞周期[12]。Zou等[13]運用酵母雙雜交篩選系統(tǒng)和免疫共沉淀方法驗證了CDC25A可與ASK1相互作用，并證實在不影響CDC25A磷酸化能力的前提下，CDC25A可以通過羧基端結(jié)合在ASK1激酶激活結(jié)合區(qū)域附近，抑制ASK1激酶活性，從而阻止細胞凋亡。核因子-κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可以通過多種方式抑制細胞凋亡，而CDC25A可以正向調(diào)控NF-κB，通過抑制細胞凋亡，促進腫瘤細胞存活。Hong等[14]在研究中發(fā)現(xiàn)，CDC25A可以通過增加核因子-κB抑制蛋白α（nuclear factor kappa B inhibitor alpha，Iκ-Bα）的第32位絲氨酸的磷酸化，降低Iκ-Bα蛋白的表達，隨后引起NF-κB活性的增高；隨后研究者將腫瘤細胞過表達CDC25A基因，同時抑制NF-κB活性或過表達Iκ-Bα，發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞對順鉑的敏感性提高，腫瘤細胞凋亡率增加。此外，CDC25A對腫瘤細胞凋亡的調(diào)節(jié)與其在細胞質(zhì)中的定位相關(guān)。Al-Matouq等[15]研究發(fā)現(xiàn)，CDC25A在人鱗狀細胞癌中高表達，CDC25A從細胞核定位轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)定位，并與14-3-3蛋白相互作用，從而抑制腫瘤細胞凋亡。

3.3 CDC25A與DNA損傷應(yīng)答

在細胞周期進程中，當DNA受到損傷時，細胞周期檢測點便立即啟動使細胞周期進程暫停。而CDC25A在此過程中扮演重要角色，通過調(diào)控CDC25A降解來阻滯細胞周期。DNA損傷使激活的ATM或ATR磷酸化下游的級聯(lián)信號蛋白——細胞周期檢驗點蛋白Chk1和Chk2[16]。活化的Chk1可以磷酸化CDC25A的第82位絲氨酸，隨后E3泛素連接酶SCF會結(jié)合到CDC25A的DSG基序上與β-TrCPl（F-box）一起促進CDC25A的泛素化降解，最終導(dǎo)致G1/S期阻滯[17-18]。此外，Chk1還可以通過磷酸化NEK11的第273位絲氨酸而激活NEK11，活化的NEK11通過磷酸化CDC25A的第82位絲氨酸，使CDC25A泛素化降解[19]。通過調(diào)節(jié)CDC25A的豐度，可以監(jiān)控G2/M期轉(zhuǎn)變，從而避免受損DNA進入細胞的有絲分裂進程[20]。活化的Chk2則通過磷酸化CDC25A的第123位絲氨酸，促進CDC25A降解，終止DNA合成并激活S期檢驗點[21]。CDC25A過表達時，發(fā)生DNA損傷的細胞無法在細胞周期檢測點停止，細胞凋亡受到抑制，導(dǎo)致有基因缺陷的細胞癌變。

3.4 CDC25A與腫瘤細胞代謝

相關(guān)研究表明，CDC25A不僅可以參與細胞周期進程，還可以通過去磷酸化糖酵解關(guān)鍵酶——丙酮酸激酶 M2（pyruvate kinase M2，PKM2），參與腫瘤細胞的代謝調(diào)控[22]。在腦膠質(zhì)瘤細胞中，表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）激活可導(dǎo)致c-src介導(dǎo)CDC25A的Y59位點磷酸化，激活的CDC25A使PKM2的S37位點去磷酸化，促進β-catenin反式激活和糖酵解基因GLUT1、PKM2及LDHA的表達，同時使CDC25A在正反饋環(huán)中上調(diào)自身表達。糖酵解基因的高表達可以明顯提升細胞內(nèi)糖酵解活力，促使腫瘤細胞進行大量的生物合成以保證細胞快速分裂、增殖。

3.5 CDC25A與腫瘤轉(zhuǎn)移

Feng等[23]通過對CDC25A與乳腺癌患者臨床特征的關(guān)系進行分析發(fā)現(xiàn)，CDC25A的表達與腫瘤轉(zhuǎn)移有關(guān)。通過細胞和動物實驗發(fā)現(xiàn)，過表達CDC25A可以提高乳腺癌細胞的轉(zhuǎn)移能力，沉默CDC25A基因可以抑制裸鼠乳腺癌細胞的轉(zhuǎn)移。進一步的機制研究證實，CDC25A可以通過去磷酸化CDK2增強FOXO1的穩(wěn)定性，而FOXO1通過直接調(diào)控腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)因子基質(zhì)金屬蛋白酶1（matrix metalloproteinase，MMP1）的轉(zhuǎn)錄活性，促進腫瘤細胞轉(zhuǎn)移。

4 CDC25A在腫瘤中過表達的調(diào)控機制

4.1 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控

目前已知，有多種因子可以與CDC25A的啟動子區(qū)域結(jié)合，正向或負向調(diào)控CDC25A的轉(zhuǎn)錄。E2F1通過與CDC25A基因啟動子區(qū)域中的E2F-B區(qū)結(jié)合，調(diào)控CDC25A轉(zhuǎn)錄[24]。E2F1作為CDC25A的轉(zhuǎn)錄因子，在多種惡性腫瘤中呈過表達狀態(tài)[25-26]。Barré等[27]研究證實，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）依賴于MYC而調(diào)控CDC25A基因轉(zhuǎn)錄。采用白細胞介素-6處理血清饑餓48 h的肝癌細胞發(fā)現(xiàn)，STAT3可以與CDC25A基因的啟動子區(qū)結(jié)合，啟動CDC25A的轉(zhuǎn)錄；但當MYC基因被敲除之后，STAT3便不能激活CDC25A的轉(zhuǎn)錄。Yuan等[28]在以肝癌細胞HLE為對象的研究中，發(fā)現(xiàn)生物節(jié)律基因NPAS2可以通過直接結(jié)合CDC25A啟動子nt-872到nt-866區(qū)域，促進CDC25A轉(zhuǎn)錄活化，進而使CDK2、CDK4和CDK6去磷酸化，促進肝癌細胞增殖及抑制肝癌細胞凋亡。人核酸酶敏感性結(jié)合蛋白-1（Y-box binding protein 1/nuclease-sensitive element-binding protein 1，YBX1）是另一種可調(diào)控CDC25A轉(zhuǎn)錄的因子。Zhao等[29]研究表明，在肺癌組織中，YBX1與CDC25A的表達呈正相關(guān)，隨后CDC25A在腫瘤中過表達的調(diào)控機制較為復(fù)雜，可能歸結(jié)于轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯后的調(diào)控紊亂。（圖1）該研究通過ChIP實驗證實內(nèi)源性YBX1結(jié)合在CDC25A啟動子區(qū)域，過表達YBX1可以上調(diào)CDC25A啟動子活性。

除了E2F1、STAT3等轉(zhuǎn)錄正向調(diào)控因子外，還存在CDC25A的轉(zhuǎn)錄負向調(diào)控因子。p53蛋白作為一種轉(zhuǎn)錄抑制因子，可以抑制CDC25A基因的轉(zhuǎn)錄。但CDC25A基因上并沒有p53蛋白的結(jié)合位點。隨后在以結(jié)腸癌細胞為研究對象的研究中發(fā)現(xiàn)，CDC25A的啟動子序列上有一個ATF3的結(jié)合區(qū)域，因此推測ATF3可能通過介導(dǎo)p53，誘導(dǎo)CDC25A的轉(zhuǎn)錄抑制，從而維持腫瘤細胞周期阻滯[30]。此外，在低氧誘導(dǎo)的結(jié)腸癌細胞中發(fā)現(xiàn)，p21CiPl在miRNA-21的協(xié)同作用下，下調(diào)CDC25A的表達量[31]，這可能與p21CiPl可以結(jié)合到CDC25A的啟動子區(qū)，抑制CDC25A的轉(zhuǎn)錄有關(guān)。已有研究表明，腫瘤抑制因子SIRT6可以通過靶向CDC25A抑制結(jié)腸癌干細胞的增殖，實驗觀察發(fā)現(xiàn)SIRT6能直接結(jié)合到CDC25A的啟動子區(qū)域，降低H3K9乙酰化水平，從而降低CDC25A的表達[32]。

4.2 轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控

圖1 CDC25A在腫瘤中過表達的調(diào)控機制

CDC25AmRNA的3'-UTR區(qū)含有多個miRNA的結(jié)合位點，miRNA與CDC25AmRNA的結(jié)合可促進CDC25AmRNA的降解或抑制CDC25A蛋白的翻譯，從而調(diào)節(jié)CDC25A的水平。Furuta等[33]通過一系列篩選及表達驗證，證明可抑制肝癌細胞增殖的miRNA-195和miRNA-497在肝癌細胞中表達下調(diào)，CDC25A為miRNA-195和miRNA-497的靶基因之一。Zhu等[34]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA let-7c在肝癌細胞中表達量降低，運用熒光報告實驗證實了CDC25A為miRNA let-7c的直接靶基因，miRNA let-7c可以通過與CDC25AmRNA的3'-UTR區(qū)結(jié)合，抑制CDC25A蛋白的表達。在MHCC-97H肝癌細胞中，miRNA-675可以正向調(diào)控CDC25A，促進細胞增殖，推測CDC25A在肝癌細胞中可能是miRNA-675 的靶基因[35]。Lin 等[36]研究表明，在非小細胞肺癌中miRNA-184的表達水平降低，其可與CDC25A的編碼區(qū)結(jié)合，增加CDC25AmRNA的不穩(wěn)定性，進而降低CDC25A的表達水平。

4.3 翻譯后水平的調(diào)控

CDC25AmRNA被翻譯后，會經(jīng)歷多種翻譯后修飾，其中磷酸化、泛素化較為常見。Kang等[37]研究發(fā)現(xiàn)，GSK-3β是CDC25A的負性調(diào)控因子，PIK3可磷酸化CDC25A的第80位蘇氨酸，進而引發(fā)GSK-3β磷酸化CDC25A的第76位絲氨酸，從而使CDC25A降解。Fukasawa等[38]研究證實，STK38直接磷酸化CDC25A的第76位絲氨酸，使CDC25A降解，導(dǎo)致G2/M檢查點活化。相關(guān)研究表明，cyclin D-CDK4/CDK6復(fù)合物在G1期可磷酸化CDC25A的第40位絲氨酸，從而調(diào)控CDC25A的穩(wěn)定性[39]。人體內(nèi)CDC25A蛋白的穩(wěn)定性還通過泛素依賴的蛋白酶體降解途徑加以調(diào)控。Liu等[40]研究證實，肝癌細胞中高表達的Rock2可以與CDC25A直接相互作用，阻止CDC25A泛素化。有研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌細胞中去泛素化酶Dub3和CDC25A存在高表達現(xiàn)象，進一步分析證實，Dub3可以去除CDC25A的泛素鏈，使CDC25A半衰期異常延長和穩(wěn)定性增加，導(dǎo)致CDC25A水平升高[41]。Biswas等[42]發(fā)現(xiàn)了與CDC25A有關(guān)的另一種去泛素化酶USP7，該研究以MCF7乳腺癌細胞為對象，發(fā)現(xiàn)沉默BRE的MCF7細胞的CDC25A蛋白表達降低；進一步研究發(fā)現(xiàn)，BRE通過募集USP7與CDC25A相互作用，調(diào)控CDC25A蛋白的表達。除了磷酸化和泛素化，目前還證實了乙酰化也可調(diào)控CDC25A的穩(wěn)定性[43]。乙酰轉(zhuǎn)移酶ARD1可直接與CDC25A結(jié)合，乙酰化CDC25A，使其半衰期延長，而HDAC11為CDC25A的脫乙酰酶。細胞受到DNA損傷后，乙酰化的CDC25A增加，并能調(diào)控其磷酸化活性，影響細胞周期，因此CDC25A、ARD1和HDAC11在多種腫瘤中存在異常表達。

5 CDC25A抑制劑

基于CDC25A在細胞周期、細胞凋亡及細胞代謝等過程中的關(guān)鍵作用，如能抑制該蛋白活性，則可控制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。針對CDC25A這一腫瘤治療的潛在靶點，越來越多的CDC25A抑制劑陸續(xù)出現(xiàn)。

維生素K3及其先導(dǎo)的類似物是較早發(fā)現(xiàn)的CDC25抑制劑，它通過與CDC25催化域結(jié)合，導(dǎo)致形成無活性高度磷酸化的CDK1，抑制細胞周期，但不具有CDC25A、CDC25B、CDC25C特異性，且容易誘導(dǎo)產(chǎn)生活性氧。Rostom等[44]在合成的29種新1，2，4-三唑類化合物中發(fā)現(xiàn)，衍生物12、15、18、19和22號具有CDC25A、CDC25B磷酸酶特異性抑制性，在體外顯示出較強的抗腫瘤作用，有作為CDC25抑制劑的潛在應(yīng)用價值。Shen等[45]研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)匹羅司在不影響CDC25AmRNA表達水平的情況下，可通過磷酸化CDC25A的第76位絲氨酸和第82位絲氨酸，誘導(dǎo)CDC25A蛋白降解，從而將乳腺癌細胞阻滯于G1期，抑制細胞增殖。近年來研究人員以苯醌為基本藥效基團進行結(jié)構(gòu)修飾，制備出許多新CDC25A抑制劑。Ge等[46]利用多藥效模型篩選出具有特異性抑制CDC25A活性的化合物KM10389，證實其能顯著抑制宮頸癌HeLa增殖，而對正常細胞無毒性作用。

除了化學藥物，從很多的天然植物中提取的活性成分也被發(fā)現(xiàn)能調(diào)控腫瘤細胞中CDC25A的表達。Wang等[47]將青蒿琥酯用于胃腺癌細胞的實驗中，證實青蒿琥酯可以抑制SGC-7901細胞的增殖及誘導(dǎo)細胞凋亡，其機制可能與青蒿琥酯調(diào)控CDC25A、bcl-2、BAX及caspase 3等有關(guān)。M22是從琉球松莖等其他藥用植物和果實中分離出的羽扇豆醇衍生物，Yuan等[48]研究發(fā)現(xiàn)，濃度為6.80 μmol/L的M22可以通過抑制CDC25A、cyclin D1、cyclin E1和CDK2的表達，誘導(dǎo)非小細胞肺癌細胞A549阻滯在G1期，繼而抑制細胞增殖。從小型堅果如藍莓和葡萄等中提取的天然化合物紫檀芪，被證實可通過調(diào)控CDC25A、cyclin A2和CDK2的表達水平，抑制白血病細胞增殖及誘導(dǎo)細胞凋亡[49]。

6 小結(jié)

目前的研究提示，在腫瘤中異常表達的CDC25A表現(xiàn)出的原癌基因特性以及其在腫瘤細胞周期調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的樞紐地位，使其逐漸成為抗癌藥物研發(fā)中一個極具價值的分子靶標。鑒于CDC25A過表達分子機制的逐漸揭示，新結(jié)構(gòu)、高活性、低毒性的CDC25A抑制劑不斷涌新。然而CDC25A與其分子抑制物相互作用的規(guī)律尚未完全清楚，以及CDC25A活性位點的高敏感性給CDC25A抑制劑的研發(fā)及應(yīng)用帶來的難度等原因，目前尚未見其應(yīng)用于臨床治療或預(yù)后方面的相關(guān)文獻報道。因此，作為有前景的抗腫瘤藥物靶點，CDC25A及針對其不同層面的調(diào)控機制研發(fā)的小分子靶向抑制劑還有待深入研究。