新型致癌蛋白：Gankyrin

謝芳芳，陳杰，胡蝶，黃德發，鐘田雨，2

（1.贛南醫學院第一臨床醫學院，江西 贛州 341000；2.贛南醫學院第一附屬醫院精準醫學中心，江西 贛州 341000）

癌癥是體內異常細胞出現異常增殖并侵襲臨近部位和擴散到其他器官的現象。截止至2018年全球癌癥亡人數將達到990 萬人[1]。以肺癌、肝癌、結直腸癌、胃癌和乳腺癌為主。早期診斷可以提高癌癥的治愈率以及腫瘤患者的生存時間，因此尋找和發現早期診斷標志物在癌癥早期診斷中至關重要。研究發現gankyrin在許多腫瘤中存在高表達現象，并且其表達水平與腫瘤的進展密切相關[2,3]。與低表達或不表達gankyrin的腫瘤相比，高表達gankyrin的腫瘤惡性程度較高且與組織學分級相關[4-6]。因此，可以將gankyrin 作為早期診斷和評估癌癥惡性程度的指標。腫瘤細胞中高水平Gankyrin一定程度上與腫瘤的轉移和不良預后密切相關[7]，同時gankyrin 還參與腫瘤耐藥表型的形成[8-10]。因此，靶向gankyrin 療法將成為臨床上治療化療耐藥患者新的有效手段。

1 Gankyrin與癌癥

Gankyrin基因編碼的Gankyrin 又稱PSMD10，是一種由7 個錨蛋白重復序列（ARs）組成的重復連接蛋白。該序列最初發現于人連接蛋白中，參與蛋白-蛋白相互作用，在細胞周期進展、凋亡和腫瘤發生中發揮重要作用。作為蛋白酶體復合體的亞基，gankyrin通過與26S蛋白酶體中的S6b ATP酶相互作用，實現蛋白酶體介導的降解[11-13]。

Gankyrin 最初發現于原發性肝癌（HCC），且在正常組織和癌組織間存在差異表達[14]，被認為是H CC 病理診斷和肝癌發生的重要生物學標志物。Gankyrin通過調控腫瘤抑制蛋白P53和pRB 活性，打破腫瘤細胞的增殖凋亡穩態，發揮促癌作用[15]。TP53和RB1 抑癌基因是腫瘤發生過程中常見的突變靶點。TP53 編碼的P53通過誘導細胞周期阻滯和細胞凋亡，下調癌基因表達；視網膜母細胞瘤蛋白（pRB）則通過調節細胞凋亡，維持細胞生長與凋亡的穩態[16]。P53和pRB 兩者協調共同維持機體穩態。Gankyrin的C 端環指結構域通過結合E3泛素連接酶MDM2 增加P53 泛素化和降解[17]，178LxCxE182 保守基序結合pRB 并誘導其磷酸化后經蛋白酶體途徑降解[18,19]，最終導致細胞增殖失控，引發惡性腫瘤（圖1）。Gankyrin 不僅能夠加速癌細胞的增殖和擴散，促進癌變和轉移[20-22]；同時可以作為非小細胞型肺癌p-TNM 分期和淋巴轉移的預后因素[23,24]。Gankyrin在多種腫瘤中高表達的特性以及高相關性使其越來越受研究人員的關注。

圖1 Cankyrin通過調控P53和pRB 活性促進癌細胞增殖。A.DNA 損傷后，p53 陽礙細胞周期的進展,迫使細胞停留在G1 阻滯狀態，直到DNA 得以修復；當損傷范圍擴大，細胞就會進入凋亡狀態。Gankyrin通過MDM2和26S蛋白酶體的S6B 亞基結合，將泛素化的p53 傳遞到蛋白酶體降解，P53 經降解后癌細胞從G1阻滯狀態進入細胞周期的S 期。B.Gankyrin與pRB 結合并使其發生磷酸化，隨后經蛋白酶體途徑降解。pRB的降解會使E2F（一種激活細胞周期蛋白依賴性激酶（CDKs）的轉錄因子）釋放。后者激活CDKs，導致癌結胞進入結胞周期的S 期。

2 Gankyrin 促進腫瘤細胞增殖、轉移和耐藥

Gankyrin通過激活PI3K/AKT/HIF-1α通路促進肝癌發展[14]。PI3K/AKT 信號通路是細胞調節網絡的核心，影響細胞的生長、分化和代謝。Gankyrin調節PI3K/AKT通路，激活HIF-1α，從而調控twist相關蛋白（Twist1）、血管內皮生長因子（VEGF）和基質金屬蛋白酶2（MMP-2）等腫瘤增殖和轉移相關蛋白的表達[25]。過表達的gankyrin 上調胰島素樣生長因子結合蛋白5（IGFBP-5）促進Huh-7 肝癌細胞的增殖[26]。此外還包括上調Ras 同源基因家族成員A（RhoA）抑制PTEN 增加PIP3 磷酸化?；罨腜I3K/AKT 信號通路，進一步增強gankyrin和cyclin D1的表達。該機制已經在子宮內膜癌和卵巢癌中得到了驗證[27,28]。值得注意的是，下調gankyrin 除了抑制癌細胞的生長和增殖外，還能增強腫瘤細胞對化療藥物的敏感性（詳見下文），可作為臨床治療腫瘤的潛在靶點[29]。

Wnt/β-catenin通路是一種保守的信號通路，在調節細胞生長、增殖和腫瘤發生中發揮重要作用[30,31]。其中β-連環蛋白（β-catenin）通過調控c-Myc和cyclin D1 調節細胞生長，糖原合成酶激酶-3（GSK3）輔助過量的β-catenin 降解以保證其穩態。過度激活的Wnt 信號抑制GSK3，導致βcatenin 積累，最終引發細胞增殖失控[32]。一項關于HCC的研究發現，gankyrin 能夠上調c-Myc 影響肝癌細胞的增殖，增強肝癌細胞的糖酵解和谷氨酰胺的分解，促進肝癌的發生、轉移和耐藥[33]。Gankyrin與β-catenin 存在正反饋回路，gankyrin上調β-catenin 轉錄活性使β-catenin的表達增加；同時過表達的β-catenin 也增強了gankyrin的表達，兩者相互作用，促進腫瘤的發生和轉移[34]。Gankyrin與IL-6/STAT3 信號通路也存在正反饋激活。Gankyrin通過促進RB 磷酸化調節IL-6的表達，同時IL-6 經IL-6/STAT3 正反饋上調gankyrin表達，促進cyclin D1和VEGF以及MMP-2和MMP-9表達，促進癌細胞的增殖和血管的生成[35]。同樣的作用在非小細胞型肺癌上皮-間質轉化上也得到了證實，提示gankyrin 可作為臨床腫瘤惡性程度的參考指標[36]。

核轉錄因子ReIA/NF-κB 控制機體許多重要的生物學功能,包括DNA 轉錄、細胞增殖及凋亡[37]。NF-κB與細胞的凋亡密切相關，通過調節促凋亡基因和抗凋亡基因的表達，影響腫瘤細胞凋亡[38]。腫瘤細胞中過度活化的NF-κB 激活下游基因CyclinD1和c-Myc 刺激細胞生長，導致增殖失控；同時NF-κB 能夠促進腫瘤轉移相關基因ICAM-1、MMP-9 等的表達，加速腫瘤的轉移。然而在正常肝細胞中，低活性的NF-κB 抑制其下游的抗凋亡基因的表達，促進腫瘤的產生。肝細胞中高表達的gnakyrin與ReIA 結合并通過SIRT1調節ReIA 乙?；?，從而抑制NF-κB 轉錄活性[39]。Gankyrin的上述致瘤作用可能與減弱NF-κB 抑制抗凋亡基因的表達有關，包括MDM2 介導的泛素化和蛋白酶體介導的p53 降解的增加，通過抑制NF-κB 活性，進一步促進肝癌的發生[17,40]。

Gankyrin 參與腫瘤細胞的增殖侵襲和轉移，并且與腫瘤細胞的化療敏感性密切相關。傳統化療藥物誘導的細胞凋亡主要是通過TP53 依賴途徑介導的[41]。研究發現HCC 耐藥的可能與TP53基因的缺陷或者丟失相關[42]。抑制gankyrin 介導的P53泛素化降解，可以從根源提高腫瘤細胞的凋亡水平，實現抗癌藥物敏感化[43]。下調的gankyrin 可以增強胃癌細胞對5-氟尿嘧啶和順鉑的化療敏感性[44]。此外，gankyrin 能夠結合熱休克轉錄因子(HSF1)促進ATG7表達,增強自噬通量以抵抗HCC患者索拉非尼治療[45]；抑制gankyrin 介導的P53 泛素化可以改善腫瘤細胞化療不敏感性[19]。有趣的是，研究人員發現在TP53 陰性的肝癌細胞株Hep3B 中同樣存在敲低gankyrin 誘導腫瘤細胞凋亡的現象。表明gankyrin 調節腫瘤細胞凋亡存在不依賴P53的通路[46]。Gankyrin 調節腫瘤細胞凋亡的相關通路還有待進行深入的研究。

3 基于Gankyrin蛋白的腫瘤治療

一項關于gankyrin與腫瘤預后相關性的薈萃分析結果顯示gankyrin 可作為新的預測生物標志物和新型治療靶標[21,47-49]。該結果引起了研究者對“gankyrin 抑制”治療的興趣，即對gankyrin基因進行不同水平的調控，包括基因水平、轉錄水平、翻譯水平、和翻譯后水平的調控實現gankyrin 抑制，改善腫瘤預后。

小干擾RNA（siRNAs）又稱作非編碼雙鏈RNA，通過RNA 干擾機制特異性抑制mRNA表達[50,51]。利用siRNA 下調gankyrin表達，通過誘導pRB 去磷酸化抑制細胞周期G1-S 期相關基因表達，使肝癌細胞增殖受阻，從而抑制腫瘤細胞的生長[43]。Gankyrin的轉錄后水平受miRNA 調控。miR-214通過下調gankyrin 抑制骨髓瘤細胞生長[52]。miR-605 可直接結合gankyrin的3’UTR 區域，降低其在肝內膽管癌（ICC）中的表達，通過P53/miR-605/PSMD10/MDM2 正反饋環抑制ICC細胞的增殖和侵襲[53]。miR-532-3p通過Gankyrin/AKT 信號通路調控肝細胞癌的上皮-間充質轉化和轉移[54]。基于miRNA 轉錄后水平調控gankyrin表達對腫瘤表型影響的結果表明，下調gankyrin 可以作為臨床上治療癌癥的有效手段，研究和開發能夠結合gankyrin 并抑制與之相關的促癌通路成為今后研究的重點。

表觀遺傳的異常改變在gankyrin 相關腫瘤的治療方面越來越受重視。甲基化和組蛋白修飾是兩種最常見的表觀遺傳修飾，通過影響相關基因的轉錄因子來調節該基因的表達[12]。長鏈非編碼RNA Linc-GALH通過泛素化降解DNA 甲基轉移酶（DNMTs），使gankyrin 發生去甲基化[55]，組蛋白去乙?；福℉DAC）通過去除組蛋白上的乙酰基，改變染色質結構構象使轉錄失活[56]。研究發現組蛋白去乙?；福℉DAC）在調節gankyrin表達方面存在多效應。廣譜組蛋白去乙酰化酶抑制劑LBH589通過阻斷Gankyrin/STAT3/AKT 信號通路,改善HCCs的增殖和轉移[57]；然而,上調的HDAC同樣可以和gankyrin 啟動子區C/EBPb 轉錄因子結合，通過抑制C/EBP 依賴性啟動子發揮下調gankyrin表達的作用[58]。綜上，HDAC 可作為靶向gankyrin 治療癌癥的潛在靶點。

最近的研究側重于gankyrin蛋白表面的蛋白-蛋白相互作用（protein-protein interactions，PPI）。Gankyrin PPI 可以調節機體的腫瘤抑制蛋白P53和pRB，從而實現gankyrin的促癌作用。因此，破壞或抑制gankyrin蛋白表面PPIs 成為了gankyrin靶向治療癌癥的新策略。已有相關研究證明小分子合成蛋白Gankyrin binding protein (GBPs)能夠通過靶向gankyrin的PPI，調節gankyrin與S6 ATP 酶之間的相互作用，從而抑制Gankyrin/MDM2依賴的P53 泛素化[59]。同樣的作用在小分子cjoc42中也得到了證實[60]。雖然關于gankyrin PPI 抑制劑的研究已經取得的了初步的進展，但是目前尚未發現能夠特異性結合gankyrin的PPI 抑制劑，該領域還有待進行深入的研究。

4 總結

Gankyrin 作為新型致癌蛋白，被認為是許多腫瘤的生物標志物[61]。Gankyrin通過調節腫瘤細胞內抑癌基因P53和pRB的活性和數量，導致腫瘤細胞過度增殖，引發惡性腫瘤。除此之外，gankyrin 還能調節腫瘤細胞生長、增殖相關的信號通路，包括PI3K/AKT信號通路、Wnt/β-catenin通路、IL-6/STAT3、核轉錄因子ReIA/NF-κB 等促進腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉移。降低腫瘤細胞gankyrin水平能夠增強腫瘤細胞對化療藥物的敏感性，其作用機制包括gankyrin 介導的P53 降解減弱和自噬抑制。綜上，腫瘤組織中特異性表達的gankyrin 不僅可以作為臨床上多種腫瘤的診斷標志，同時還能作為治療和改善腫瘤化療耐藥的潛在靶點，見圖2。利用小干擾RNA（siRNA）、表觀遺傳修飾、轉錄后水平的調控等方式調節機體內gankyrin水平以及破壞gankyrin表面PPI 從而降低其生物學活性達到抑制腫瘤的作用，成為了gankyrin靶向治療的重要手段。小分子合成蛋白（GBPs）和cjoc42 正是基于上述作用機制實現腫瘤的治療。雖然關于gankyrin PPI的研究已經有了很大的收獲，但是尚未發現直接的gankyrin 結合物能夠調節癌細胞內的gankyrin蛋白，在這方面，仍然存在很大的空間和挑戰。

圖2 Gankyrin 相關功能模式圖