垂体瘤转化基因1研究进展

王盛，贺福初，汪海健

复旦大学 生命科学学院与生物医学研究院，遗传工程国家重点实验室，现代人类学教育部重点实验室，上海 200433

垂体瘤转化基因1（pituitary tumor transform⁃ing gene 1，PTTG1），也被称为分离酶抑制蛋白（se⁃curin）基因，是1997年从大鼠垂体肿瘤中发现的癌基因[1]。PTTG1具有分离蛋白抑制酶活性，可以调控姐妹染色单体的分离[2]。人PTTG1基因编码一个由203个氨基酸残基组成的蛋白PTTG1，主要位于细胞浆中，只有小部分位于细胞核中[3]。前人研究表明，PTTG1在细胞周期进程、细胞分裂和染色体稳定等生理过程中发挥重要作用[2，4-5]。作为癌基因，PTTG1与肿瘤的关系越来越受到人们关注。在人的正常组织中，PTTG1只在睾丸中高水平表达，在胸腺和小肠内中等水平表达，在其余组织中则低水平表达或不表达[1，6]。而在很多原发肿瘤和肿瘤细胞系，如肝癌、肺癌、乳腺癌、食管癌、结肠癌、黑色素瘤、白血病、淋巴瘤、垂体腺瘤和星状细胞瘤中，PTTG1则显著高表达[1，7-11]。目前普遍认为，PTTG1不仅在癌症发生中起重要作用，其在肿瘤转移中发挥的作用也不容忽视[12]。其发挥功能主要通过蛋白-蛋白相互作用、调节旁分泌/自分泌和转录激活靶基因等3条途径。我们就PTTG1的转录调控功能、肿瘤转移和肝癌的相关研究做简要综述。

1 PTTG1的转录功能及癌症

PTTG1是一个高亲水性蛋白，其酸性C端提示着其含有转录激活能力[13]，Dominguez等[14]证明了这一猜测。之后，Pei的研究证明[14]，PTTG1的转录激活域定位在119位和164位氨基酸残基之间，它能结合到c-Myc的启动子区，其结合的保守序列为GCC⁃GATNNNNNNNNGCA。这也是第一个鉴定到的PTTG1结合序列，但随后的研究发现这种序列的保守性并不高，不同靶基因的结合序列存在很大差异。

PTTG1是一种癌基因，其在肿瘤发生发展中的作用机制虽然还没有完全研究清楚，但是有大量临床数据显示，PTTG1在恶性肿瘤中普遍高表达，并与病人术后的恢复状态相关。研究发现，PTTG1在众多癌症细胞系，如结肠癌细胞系SW480[15]、肝癌细胞系（HepG2、Huh7、SH-J1、Sk-Hep1）[15-16]、乳腺癌细胞系MCF-7[3]、卵巢癌细胞系SKOV3[3]等中高表达。PTTG1的表达情况与肿瘤的体积、侵袭能力、血管生成显著相关[17]。

2 PTTG1的靶基因

PTTG1参与的生理（或病理）过程较多，其中很大一部分依赖于其转录激活能力。PTTG1与很多已知转录因子存在相互作用，直接或间接地结合在基因组的700多个启动子区，指向约400个基因[18]，其中有文献支持的包括c-Myc、成纤维细胞生长因子2（FGF2）、周期蛋白D3、p21、钠碘转运体（sodium-io⁃dine symporter）和基质金属蛋白酶2（MMP2）等。

2.1 c-Myc

Pei等[19]发现，在一个可诱导的PTTG1表达系统中，c-Myc的mRNA水平在PTTG1诱导表达6 h后显著上升，而在突变的PTTG1系统中c-Myc没有变化。这就预示PTTG1可能调控了c-Myc的转录。随后的报告基因实验和蛋白相互作用实验证明，PTTG1与USF1形成复合物结合在c-Myc的启动子区，从而调控c-Myc的转录。该工作第一次证明了PTTG1可以作为转录因子直接结合到基因的启动子区，带动了后续的大量研究。3年后（2004年），Ha⁃mid等[20]验证了c-Myc作为PTTG1一个下游基因的可靠性，并引入了p53，提出PTTG1可以调控c-Myc基因的表达，而c-Myc又会调控p53的表达，从而把PTTG1的功能研究拓展到凋亡领域。

2.2 FGF2

PTTG1与血管生成一直有着密切的联系[21]，PTTG1被敲除的小鼠显示出血管发育的不正常表型。在垂体瘤、甲状腺瘤、子宫平滑肌瘤中，PTTG1的表达与FGF2呈正相关趋势。体外实验显示，在NIH 3T3细胞[1]、NT2细胞、JEG-3细胞和MCF-7细胞[22]中，FGF2的mRNA水平均与PTTG1的表达相关，因此猜测二者之间存在调控关系。随后的报告基因实验证明，在PBF的辅助下，PTTG1可以结合在FGF2的启动子区，启动FGF2的转录[23]。

2.3 周期蛋白D3

PTTG1对周期蛋白D3的调控是2007年Tong通过染色质免疫共沉淀结合芯片（ChIP-on-Chip）实验发现的[18]。实验显示，在JEG-3和HCT116细胞中，PTTG1与Sp1共定位在周期蛋白D3基因的启动子区。无论是转染PTTG1或者是Sp1的表达质粒，均能上调周期蛋白D3的mRNA水平；相反，如果下调二者其一的表达，周期蛋白D3的mRNA水平也会下降。在JEG-3中，周期蛋白D3的表达水平对于细胞从G1期向S期的转化至关重要。如果下调PTTG1的表达，会降低周期蛋白D3的表达水平，从而使细胞停滞在G1期。

2.4 p21

临床研究表明，在PTTG1的阴性组织中p21的表达量显著高于PTTG1阳性组织[24]，推测PTTG1可能抑制p21的表达。随后，Chesnokova通过实验验证了这种猜测[25]。在CHO细胞中，报告基因实验证明PTTG1结合到p21的启动子区后，抑制了萤光素酶的表达；ChIP实验进一步证明，PTTG1可以结合在p21转录起始位点的前120个碱基，EMSA实验也得到了相似的结果。以上实验说明PTTG1可以通过调控p21的表达而影响细胞衰老的进程[26]。有趣的是，在GH3细胞系中，过表达PTTG1反而会上调p21的表达，从而促进衰老的发生。以上实验说明，PTTG1对p21的调控非常复杂，可能存在细胞特异性[25]。

2.5 MMP2

MMP2是与肿瘤转移能力密切相关的蛋白，其高表达能够加强肿瘤的转移能力。临床数据显示，PTTG1的表达与MMP2的血管生成和转移能力线性相关，PTTG1的高表达也影响细胞的迁移能力[12]。Malik等发现[27]，在HEK293细胞中，无论是瞬时还是稳定高表达PTTG1，细胞分泌到培养基中的MMP2都明显上升。报告基因实验也证明，高表达PTTG1后，含有MMP2启动子的报告质粒萤光素酶上调超过11倍。所以，PTTG1对MMP2的表达存在着明显的调控作用，但这种调控是否借助于PTTG1直接结合到MMP2的启动子区还不清楚[28]。

3 PTTG1与肿瘤转移

肿瘤转移是指恶性肿瘤细胞从其原发灶迁移到机体其他部位的过程。大量临床数据显示，PTTG1的表达水平直接影响肿瘤切除患者的预后[29-30]。研究发现，PTTG1作为一个癌基因，不仅在肿瘤的发生发展中发挥作用，还通过调控其下游基因的表达来影响肿瘤的转移能力。

2006年，Malik等发现[27]，在高表达（瞬时或稳定表达）PTTG1的HEK293细胞中，MMP2的表达量明显上升，培养上清中MMP2的含量也显著升高，从而影响到细胞的迁移能力。在对食管癌的类似研究中发现[31]，PTTG1 通过调控 RRAS、RHOG、ARHGAP1 和ARHGADIA等基因的表达，促进食管癌细胞的淋巴结转移。2008年，Talvinen等[32]基于乳腺癌临床样本的研究发现，在转移和非转移的组织样本中，PTTG1的表达量存在显著差异，可以作为生物标志物预示病人的预后。2012年Liao等的一篇文章[33]从一个方面揭示了PTTG1在乳腺癌中促转移的机制。在对乳腺癌细胞系的蛋白研究中发现，PTTG1的表达水平与GEF-H1的表达正相关，而且，在具有转移能力的细胞系中，PTTG1的表达量显著高于没有转移能力的细胞系。基于这样的现象，研究人员通过报告基因实验和ChIP实验证明PTTG1可直接结合到GEF-H1的启动子区，启动GEF-H1的转录，提高其表达量。GEF-H1可以与RhoA形成蛋白复合体，激活RhoA通路，增强细胞的侵袭和转移能力。

4 PTTG1与肝癌

PTTG1最早是在垂体瘤中被发现的，前期研究也局限于分泌腺瘤。随着研究的深入，人们意识到PTTG1在实体瘤中也发挥重要作用。尤其是在肝脏中，PTTG1在人胚肝中是高表达的，在成人肝中几乎不表达，而在肝癌病人的肿瘤和肝癌细胞系中又有很高的表达，提示PTTG1可能是促肝癌发生的癌基因[34]。也正因为如此，很多研究者开展了相关工作。

2006年Fuji等[30]发现，与非癌的肝组织相比，PTTG1在62份肝癌组织样本中显著高表达，且其在组织中的分布与FGF2的表达呈正相关，提示PTTG1可能上调FGF2的表达。随后的研究显示，PTTG1的表达量与病人的术后恢复密切相关，可以作为预后的一个重要指标。同年，Cho等[16]通过RNA干扰的方式，下调肝癌细胞系SH-J1、Sk-hep1和Huh7细胞中PTTG1的表达。在SH-J1细胞中，下调PTTG1的表达后p53的表达上升，从而上调了p21的表达，进一步诱导凋亡；在Huh7细胞中，下调PTTG1后细胞的增殖能力受到显著抑制，PTTG1敲低的细胞在裸鼠中的成瘤能力也显著下降。这说明PTTG1在细胞（特别是肝癌细胞）增殖和凋亡中发挥重要作用。

肝癌的发生，大多伴随着乙肝病毒（HBV）的感染，HBV是否和PTTG1有所关联呢？2010年，Fran⁃cisca等[35]发现，感染HBV病人的肝癌样本中PTTG1高表达，而HBV X蛋白在PTTG1高表达中发挥重要作用。细胞实验显示，在瞬转HBV X蛋白表达载体的细胞中，PTTG1的表达量明显上升，但这种上升并不是PTTG1转录上调引起的（因为PTTG1的mRNA水平没有变化），所以这种变化应归结于PTTG1的翻译后修饰。随后的研究表明，HBV X蛋白可以与PTTG1结合，阻止PTTG1与SCF（Skp1-Cul1-F-box ubiquitin ligase complex）形成复合物，从而抑制PTTG1的泛素化降解，这也正是感染HBV的病人中PTTG1高表达的原因所在，也许正是由于PTTG1的高表达，促进了肝细胞向肝癌细胞的转化。

5 展望

对转录因子（或具有转录活性的蛋白）的研究方法有很多，但真正具备全基因组水平的高通量方法莫过于染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）技术。PTTG1作为具有转录活性的蛋白，其ChIP-seq数据能够加深我们对PTTG1的了解和研究。很可惜，迄今还没有相关的数据公布，也没有相关文章发表，不过其ChIP-on-Chip的数据已有报道。2007年，Tong等[18]首次在人JEG-3细胞中开展了PTTG1的ChIP-on-Chip实验，基于实验数据的生物信息学分析提示，PTTG1富集于JEG-3细胞基因组的746个启动子区域，指向约400个基因。在这些基因中，Tong进一步证明了PTTG1与Sp1相互作用，从而调控周期蛋白D3的表达，影响细胞周期，这也从机制上解释了PTTG1是如何影响细胞周期的。同年，Chesnoko⁃va等[26]用小鼠垂体腺瘤AtT20细胞也进行了PTTG1的ChIP实验，证明缺失Pttg1的小鼠模型，其垂体会产生早衰现象，而这种现象的产生并不是由端粒的缩短引起的。

虽然PTTG1从1997年发现至今不过15年，而且相关文献也较少，但我们仍可以发现，作为癌基因和21个转移相关基因之一[12]，PTTG1在细胞的增殖、凋亡、衰老、转化及细胞周期中均发挥作用。可以大胆地假设，PTTG1的不正常表达，结合其他促癌因素，可以致使正常细胞向癌细胞转化；影响细胞正常的有丝分裂，导致染色体数量异常；加快细胞衰老，引起早衰现象；使正常细胞具有成瘤能力；加快细胞增殖，抑制细胞凋亡；促进细胞迁移，影响术后恢复。

目前，关于PTTG1在癌症中的作用，主要还是来源于临床数据[16，30]和细胞表型的变化，其机制还有很多不明的地方。

结合已有数据不难发现，PTTG1发挥功能主要通过2条途径：一是与其他蛋白相互作用，影响其他蛋白功能；另一个就是作为转录因子，调控下游基因的表达，通过这些基因发挥生理功能。对于PTTG1与其他蛋白的相互作用，我们可以通过蛋白质组学的方法来进行研究；而对于其转录因子的功能，我们可以借助于ChIP-seq技术来研究。相信这2种组学方法能够加深我们对PTTG1的功能及其在肿瘤发生、发展和转移中作用的了解。

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