PAT家族蛋白與腫瘤關系的研究進展

徐 俐，劉 睿，秦 潔*

0 引言

脂滴(Lipid droplet，LD)是大多數真核細胞中高度動態的細胞器。脂滴的結構類似原生脂質蛋白，由富含三酰甘油(Triacyl glycerol，TG)的中性脂質核心組成，其外圍包裹著單層磷脂分子和一些蛋白質。LD可以儲存中性脂質，是代謝非常活躍的細胞器。LD中有許多蛋白和分子參與脂質代謝，以保證細胞正常生理作用，一旦脂質代謝出現紊亂，就會導致肥胖、2型糖尿病、高脂血癥、動脈粥樣硬化等多種疾病。

PAT家族蛋白(PAT family proteins，PAT)是與脂質代謝密切相關的一類蛋白，其廣泛分布于LD表面。在哺乳類動物中已發現5種PAT家族蛋白，分別是PLIN1(Perilipin)、PLIN2(ADRP)、PLIN3(TIP47)、PLIN4(S3-12)和PLIN5(OXPAT)，它們統稱為PLINs[1-2]。PLINs成員表達存在差異性[3]，例如PLIN1主要在白色脂肪中表達，ADRP主要在肝臟中表達，PLIN3主要表達于骨骼肌細胞中[4]，S3-12主要在骨骼肌和心臟中表達，PLIN5則主要表達于氧化組織，如心肌和骨骼肌[5]。在不同的組織和器官中，PLINs成員在疾病中發揮的作用也不同。前期研究主要集中在肥胖、糖尿病、高脂血癥、動脈粥樣硬化、非酒精性脂肪肝等疾病，而近期越來越多的研究表明[6-8]，PAT家族蛋白與腫瘤也密切相關，本文將重點梳理PAT家族蛋白與腫瘤關系的研究進展。

2 PAT家族蛋白簡介及與腫瘤的關系

2.1 PAT家族蛋白簡介

2.1.1 PLIN1 PLIN1是PAT家族最早發現的蛋白質。它的氨基酸末端大約有100個氨基酸的高度保守區域，與隨后發現的另外兩個PAT家族蛋白ADPR和TIP47具有數量相似的氨基酸末端的高度保守區域。PLIN1主要分布在脂滴表面，是成熟脂滴表面最豐富的蛋白質。其N端有一個保留的PAT結構域和11-mer重復序列，形成雙性螺旋結構[9-10]，有利于PLIN1與脂滴的結合。PLIN1蛋白分子有非磷酸化和磷酸化兩種狀態，并受蛋白激酶A(Protein kinase A，PKA)的調節，在脂質代謝中發揮重要作用[11]。一方面，PLIN1會抑制脂肪分解[12]。在非磷酸化時，PLIN1作為脂滴的保護屏障，將三酰甘油脂肪酶及激素敏感脂肪酶與TAG隔離開，保護中性脂質不被水解。另一方面，PLIN1在兒茶酚胺的刺激下被PKA磷酸化，促進三酰甘油脂肪酶和激素敏感脂肪酶轉移到脂滴表面，加速脂肪分解[13]。因此，PLIN1可雙向調控LD形成。

2.1.2 ADRP ADRP是一種脂肪分化相關蛋白，是尾連蛋白等的脂滴結合蛋白。ADRP蛋白主要在脂肪、肝臟及乳腺中表達。它與磷脂一起包圍脂滴，共同參與中性脂質在脂滴中的儲存[14]。研究表明，脂滴體積與ADRP含量有密切聯系，高度表達的ADRP會抑制ADRP與中性脂滴接觸后水解和脂肪酸β-氧化，從而促進脂肪的合成[15]。高表達ADRP亦可能會誘導高密度脂蛋白的外流，從而對肝細胞脂滴的形態以及肝臟細胞中極低密度脂蛋白產生調控作用[16]。

2.1.3 TIP47 尾部相互作用蛋白(Tail-interacting protein，TIP47)也稱為胎盤蛋白，是PAT家族的成員之一。TIP47在大多數組織中都表達，但與其他PAT家族蛋白成員不同的是，其不受過氧化物酶體增殖物激活受體調節。TIP47和ADRP的蛋白序列有43%相同，在ADRP缺乏時，TIP47能對ADRP起到代償的作用。TIP47 C′端含有一個保守的兩親α-螺旋束，此α-螺旋束與載脂蛋白、載脂蛋白E和載脂蛋白Ⅱ的脂質結合域相似，因此與脂滴單層具有更強的相互作用。作為一種可溶性細胞體蛋白，其以穩定的方式存在于細胞質中。當受到外源性刺激形成新的脂滴時，由于其疏水結構發生改變，TIP47就會轉移到脂滴表面[17-18]。因此，TIP47不僅參與脂質代謝，還參與構成胞漿結構域[19]。TIP47參與脂滴的代謝過程和脂滴的初始形成，缺失將阻止細胞形成，導致細胞中脂肪酸的吸收和中性脂質的變化，進而抑制早期細胞生物合成[20]。TIP47的表達受蛋白激酶C(PKC)和蛋白激酶A(PKA)的調節。

2.1.4 S3-12 最初發現S3-12是一種在脂肪細胞分化中表達的蛋白質。大部分的蛋白質序列都是由33個氨基酸進行首尾相連而組成的，該序列在S3-12中重復了29次，在ADRP中重復了2次，但是，該蛋白并沒有同源性的PAT結構域，因此，S3-12在PAT家族中一直處于邊緣化狀態，相關研究表明，S3-12存在于脂滴表面，也可與其他脂滴結合，這主要取決于細胞代謝狀態[21]。S3-12、TIP47以及ADRP在基本狀態下主要分散在3T3-L1的脂肪細胞中，沒有與脂滴結合。通過外源性胰島素和葡萄糖的攝入，在胞漿中迅速形成新的脂滴[6]。

2.1.5 PLIN5 PLIN5是PAT蛋白家族的一個重要成員，在高度氧化的組織中大量表達，如心臟、肝臟、骨骼肌和脂肪組織[22-23]。PLIN5僅在動物體內表達，是一種親水性蛋白質，含有468個氨基酸，是一種偏酸性蛋白質。PLIN5是細胞脂質穩態的關鍵調節因子。當PLIN5失調時會導致各種病理狀況的發展，例如脂毒性、氧化應激和脂肪變性。越來越多的證據表明，PLIN5不僅能夠調節脂肪分解，還可以通過多種機制保護細胞免受氧化損傷[24-26]。在小鼠和人的研究中觀察到，PLIN5缺乏與活性氧形成增加、線粒體功能受損和心肌病有關[27-29]。研究顯示，PLIN5的表達可能會增加肝臟脂質的積累，但不會造成肝臟損傷。此外，PLIN5是一種保護因子，可防止脂肪分解產生的非酯化脂肪酸引起的肝毒性[30]。在PAT家族蛋白中，PLIN5表現出一些獨特的特性，即通過其最后20個氨基酸將線粒體緊密地錨定到LD膜上。在PLIN5高表達水平的組織中，如棕色脂肪組織(BAT)和心臟，也觀察到這種LD線粒體偶聯。因此，PLIN5可能與氧化組織中的脂滴和線粒體密切相關，可以對細胞內的能量平衡進行調節，也能保護線粒體不受影響[31]。

2.2 PAT家族蛋白與腫瘤的關系

2.2.1 PLIN1 Sánchez-Romero等[32]在不同類型腫瘤中觀察到脂肪生成增加和脂滴積聚這種特性，并研究了PLIN1與牙源性腫瘤的關系。Sánchez-Romero等[32]通過對人類牙胚、常規成釉細胞瘤(Conventional ameloblastoma，AM)及成釉細胞癌(Ameloblastic carcinoma，AC)標本的免疫組織化學檢測，發現91.7%的牙胚樣本中PLIN1呈陰性，48.2%的AM樣本中PLIN1呈陽性，87.5%的AC樣本中PLIN1呈陽性。這一結果表明，PLIN1在人類牙齒發育中具有重要作用，AM和AC樣本中PLIN1的免疫表達特性為這些腫瘤的代謝改變提供了依據。另一項對不同類型脂肪肉瘤和軟組織肉瘤中LD相關蛋白的分析顯示，LDs中PLIN1陽性可將脂肪肉瘤與其他肉瘤尤其是高級別軟組織肉瘤區分開來[33]，因此PLIN1可用于組織病理學診斷。

2.2.2 ADRP ADRP可以為胃癌細胞的增殖提供一定的能量，甚至可以抑制腫瘤細胞死亡，表現在ADRP 過表達的細胞增殖和活力明顯增高，而低表達ADRP的細胞增殖和活力明顯減低[34-35]。近年來，ADRP作為乳腺癌、肺癌、結腸直腸癌、腎癌和食管癌等疾病的潛在診斷生物標志物的相關研究已經逐漸成熟，為其成為這些腫瘤的靶點藥物提供依據。

Azukisawa等[36]收集了87份肝母細胞瘤(Hepatoblastoma，HB)樣本和相應的臨床資料，采用免疫組織化學染色法檢測ADRP，將結果與胚胎血紅蛋白組進行對照，用于分析ADRP表達與HB臨床特征和預后的關系。胎兒血紅蛋白分組中ADRP的表達增加，且ADRP的強表達與胎兒顯性血紅蛋白的組織病理類型有關。盡管通過單變量生存分析，ADRP強表達組與弱表達組的無事件生存率(EFS)間的差異無統計學意義，但是改變統計方法為多變量生存分析時，顯示ADRP強表達組的EFS顯著改善，說明ADRP在HB中的表達差異預示著不同的預后效果。

去勢抵抗性前列腺癌(Castration-resistant prostate cancer，CRPC)仍然無法治愈。Lin等[37]發現雄激素剝奪療法可通過過氧化物酶體(PPARg)激活ADRP，從而在前列腺癌(Prostate cancer，PCa)細胞中誘導神經內分泌分化(Neuroendocrine differentiated ，NED)。此外，在PCa細胞釋放的外顯體中可以檢測到ADRP蛋白，這些外顯體以旁分泌方式誘導PCa細胞的NED。由此可見，PPARg可能成為CRPC的潛在治療靶點。此外，經過開發的含有外顯體的ADRP可以作為一種潛在的CRPC生物標志物，該生物標志物可以通過微創液體活檢檢測。

透明細胞腎細胞癌(Clear cell renal cell carcinoma，ccRCC)是成人中最常見的腎惡性腫瘤，其發病率逐年增加。Cao等[38]通過免疫印跡和免疫組化檢測PLIN2在人ccRCC組織和細胞系中的表達水平，發現PLIN2在腎細胞癌(Renal cell carcinoma ,RCC)組織和細胞中升高。此外，PLIN2高表達與良好的預后相關。敲低PLIN2促進了ccRCC細胞的增殖，并增強了細胞的侵襲和遷移。因此，PLIN2可能被認為是ccRCC的新型預后因素，也是ccRCC患者的特異性診斷指標。此外，PLIN2可能是ccRCC臨床治療的潛在新靶點。

2.2.3 TIP47 Zhang等[39]以PAT家族蛋白與乳腺癌患者預后效果的關系為研究課題，認為PAT家族蛋白的基因改變頻率較低，而擴增是最常見的基因改變方式。與正常乳腺組織相比，乳腺癌組織中TIP47的表達增加，且PAT家族中其他成員表達顯著降低。PLIN1的高表達可能預示乳腺癌患者的總生存期更長，而ADRP的過度表達則相反。

Szigeti等[40]研究發現，宮頸腫瘤的侵襲性與細胞和血清中TIP47的含量之間存在相關性。研究人員開發了一種多克隆抗TIP47抗體，并將其用于60例具有不同細胞病理學的女性患者的宮頸涂片和組織切片。在治療過程中監測Ⅱb、Ⅲa和Ⅲb期宮頸上皮內瘤變或宮頸癌患者的血清TIP47水平，發現TIP47在不典型增生中表達較弱，在浸潤性腫瘤和淋巴結轉移中表達較強。宮頸癌患者血清TIP47水平升高，治療后下降，復發時再次升高。說明TIP47可作為宮頸癌復發早期血液檢測的良好臨床標志物。Hocsak等[41]最新研究發現，TIP47通過阻止凋亡誘導因子(Apoptosis inducing factor,AIF)和核酸內切酶G的核轉位來抵抗紫杉醇誘導的細胞死亡。

Lamprou等[42]研究發現了TIP47與PCa放療抵抗具有相關性，這種作用主要體現在TIP47與溶酶體酸性脂肪酶的反應。PLIN3缺失后，細胞系的增殖減少，放射增敏性增強。當TIP47耗竭時，PCa放射治療效果顯著增強，導致廣泛的組織壞死。因此，了解TIP47在神經內分泌分化中的作用，可以為前列腺癌治療提供新的靶點策略，亦可作為前列腺癌或其他腫瘤的預測標志物。

Liu等[43]著重研究在癌細胞生長和存活過程中，脂滴分解的過程與機制。研究認為，葡萄糖剝奪誘導膽堿激酶α2(Choline kinase α2，CHKα2)與脂滴的結合，而具有改變催化結構域構象的CHKα2作為蛋白激酶發揮作用，在Y232處磷酸化ADRP，在Y251處磷酸化TIP47。磷酸化的ADRP及TIP47則從脂滴中解離，并通過Hsc70介導的自噬降解，從而促進脂滴脂解、脂肪酸氧化和腦腫瘤生長。此外，在人類膠質母細胞瘤標本中，CHKα2 S279磷酸化、CHKα2 K247乙酰化與ADRP及TIP47的磷酸化水平彼此呈正相關，且與膠質母細胞瘤患者的不良預后相關。這些發現為進一步研究ADRP及TIP47的磷酸化水平在膠質母細胞瘤發展中的作用奠定了基礎。

Wang等[44]研究發現TIP47的高表達與RCC呈正相關。其通過蛋白質印跡、免疫熒光和免疫組織化學測定法測定人腎細胞癌組織和細胞系中PLIN3的表達水平。結果顯示，PLIN3在RCC組織和細胞系中的表達水平升高，且可以區分癌組織和正常腎組織。此外，PLIN3升高預示無病生存期和總生存期較差。因此，PLIN3高表達可作為診斷和預后的生物標志物。PLIN3功能抑制可作為一種新的臨床治療選擇。

2.2.4 S3-12 Zhang等[45]將66份脂肪肉瘤和179份非脂肪瘤樣本作為病例組，20份正常脂肪組織樣本作為對照組，評估了PAT家族蛋白在脂肪肉瘤亞型和各種非脂肪瘤肉瘤中的表達。研究結果顯示，PLIN1在大多數脂肪肉瘤中表達，在非脂肪瘤性肉瘤中表達缺失；S3-12在一些脂肪肉瘤中表達，在非脂肪瘤肉瘤中幾乎為陰性。脂肪肉瘤中PLIN1和S3-12的表達高于非脂肪瘤肉瘤。而PLIN1和S3-12在脂肪肉瘤亞型上也有顯著差異。ADRP、TIP47和PLIN5在脂肪肉瘤、橫紋肌肉瘤、平滑肌肉瘤、隆突性皮膚纖維肉瘤、未分化肉瘤、纖維肉瘤、尤因肉瘤和上皮樣肉瘤中廣泛表達。ADRP、TIP47和PLIN5在非脂肪瘤肉瘤中的表達差異顯著。相關性分析顯示，除TIP47外，脂肪肉瘤患者PLINs之間存在很強的關系：PLIN1表達與ADRP、S3-12、PLIN5表達存在顯著相關性，ADRP表達與S3-12、PLIN5表達存在顯著相關性。由此可見，PLIN1和S3-12可作為脂肪肉瘤的診斷標志物，并可用于區分脂肪肉瘤亞型。全PAT家族蛋白免疫組織化學的聯合應用可能有助于區分不同分化程度的肉瘤。

2.2.5 PLIN5 卵巢癌(Ovarian cancer，OC)是婦科惡性腫瘤的一種主要類型。盡管在手術、化療和放療方面取得了進展，但臨床預后仍不能令人滿意，且大多數OC患者最終死于復發和轉移。Zhao等[46]通過小鼠的一項體內研究發現，PLIN5在OC組織中下調且被高甲基化。此外，去甲基化的PLIN5可以抑制細胞增殖、遷移和OC侵襲，并增加細胞凋亡，還可以抑制腫瘤生長。因此，在OC中，PLIN5可以作為腫瘤抑制因子，這也為OC的治療提供新的策略。

3 小結

本文介紹了PAT家族蛋白及其與腫瘤的關系。PAT家族蛋白是與脂滴形成和脂質代謝密切相關的一類蛋白，隨著研究的深入，PAT家族蛋白的成員也在不斷增加。以往研究側重于PAT家族蛋白與肥胖癥、2型糖尿病、非酒精性脂肪肝病、動脈粥樣硬化等疾病研究的關系。然而，目前越來越多的研究已經表明，PAT家族蛋白還與腫瘤密切相關。牙源性腫瘤中PLIN1的表達，胃癌組織、肝母細胞瘤中PLIN2、脂肪肉瘤中PLIN4的表達差異，乳腺癌中PLIN3的高表達，以及卵巢癌組織中PLIN5的高度甲基化等都表明PAT家族蛋白與腫瘤的發生密切相關。但目前PAT家族蛋白在腫瘤中的作用和機制尚不明確，需要深入研究，從而為PAT家族蛋白作為腫瘤預測指標及治療靶點提供更多可靠證據。