多功能蛋白BAG-1的研究进展

吴曙辉，江孝清(综述)，陈 翔※，龚 齐(审校)

(1.上海市宝山区中西医结合医院耳鼻咽喉科,上海 201900； 2.武汉大学中南医院耳鼻咽喉科，武汉 430074)

BAG-1是由Takayama等[1]最早在哺乳动物细胞质中筛选出的一种与凋亡相关的多功能蛋白。BAG-1在一些肿瘤如乳腺癌、胃癌、非小细胞肺癌、肾癌和前列腺癌等中存在过度表达，可能作为一个新的肿瘤标志分子[2]。研究亦证实，BAG-1可通过其功能结构域作用于相应的细胞靶点,从而抑制细胞凋亡、促进细胞增殖、调节基因转录和信号转导等[3]。本文对多功能蛋白BAG-1的结构、功能及其在肿瘤细胞中的表达等研究进展予以综述。

1 BAG-1的结构

人类BAG-1基因位于第9p12号染色体上，从BAG-1 mRNA交替编码翻译得到4个亚型，即p50(BAG-1L)，p46(BAG-1M)，p33(BAG-1S)和p29。BAG-1蛋白在结构上有BAG区域、泛素样区域、酸性氨基酸残基重复序列和核定位信号(nuclear localization signals，NLS)。所有的BAG-1亚型包含一个位于C末端的BAG结构域，其对BAG-1多种功能的调节有着关键的作用。刚开始研究发现，BAG-1蛋白C末端的保守区域是BAG的功能域。然而，使用X-射线晶体学、限制性蛋白水解和多维核磁共振深入研究，发现BAG功能域包括110～124个氨基酸和三个反向并联构成的螺旋束[4]。第1个和第2个螺旋(α1和α2)与丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Raf-1相互作用；第2个和第3个螺旋(α2和α3)是BAG蛋白和热激蛋白70(heat shock protein 70，Hsp70)/热激同源蛋白70(heat shock cognate protein 70，Hsc70)及肿瘤坏死因子R1的ATP激酶域的作用位点。在BAG-1中,BAG功能域通过静电反应介导并在供给能量的情况下与ATP激酶功能域相结合。BAG-1的上述位点突变可极大地减少与Hsc70和ATP的结合[5]。BAG-1所有亚型都包含有相同的泛素样区域，它的主要作用是使靶蛋白被蛋白酶和主体的非溶酶体蛋白水解复合物所降解，并且参与BAG-1抗凋亡作用。NLS仅存在于BAG-1L和BAG-1M氨基末端。不同亚型BAG-1的亚细胞定位主要是根据不同的NLS决定，其中BAG-1L因包含完整长度的NLS，主要位于细胞核；而BAG-1M只包含少量的NLS，同时位于细胞质和细胞核；较小的BAG-1S缺乏NLS，主要位于细胞质；p29很少在人类细胞中表达。但这种定位分布是不固定的,在某些情况下，BAG-1M和BAG-1S都可以从细胞质转移到细胞核。BAG-1蛋白还含有不同数量的酸性氨基酸残基重复序列，其功能尚未完全明了，可能参与调节糖皮质激素受体依赖的转录过程。

2 BAG-1的功能

BAG-1是一种多功能蛋白，它可与Hsp70、Hsc70、Bcl-2、p53和核激素受体、成视网膜细胞瘤蛋白(retinoblastoma protein，Rb)等多种信号因子相互作用,对肿瘤的发生、发展、侵袭、疗效评估和预后等方面具有重要的作用，并且决定了患者对癌症治疗的反应性。

2.1Hsp70和Hsc70通路与肿瘤 BAG-1可与结合分子伴侣Hsp70/Hsc70相互作用，从而发挥其抑制细胞的应激反应、凋亡、增生和迁移等。最近的研究发现，不同BAG-1亚型调节Hsp70/Hsc70的功能也各不相同,BAG-1M阻滞Hsp70/Hsc70的多肽底物进一步折叠，而BAG-1S增强其分子伴侣活性[6]。Hsp70/Hsc70的ATP酶结合域可以与BAG-1的BAG结构域相结合，形成BAG-1-Hsc70复合体。BAG-1多种功能都依赖于Hsp70或Hsc70对信号转导蛋白和转录因子等的调节作用。

2.2信号转导途径与肿瘤 人类免疫和炎性反应的一些基因表达是依赖细胞信号转导通路实现的，细胞信号转导通路在肿瘤的发生、发展中具有重要的地位，尤其是它可以调控与细胞凋亡有关基因的表达，从而极大地增强了肿瘤细胞抗凋亡的能力。而BAG-1可调节一些信号分子的功能，其中Raf-1蛋白激酶是酪氨酸激酶相关的信号转导途径中的重要信号分子之一。BAG-1 C末端可介导与丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Raf-1的相互作用，结合于Raf-1的催化活性区并使之活化，从而激活促分裂原活化蛋白激酶而引发丝裂原活化蛋白信号级联反应，该通路涉及多个激酶和转录因子家族，可通过蛋白磷酸化作用激活或失活，在促进细胞增殖分化、抑制凋亡中起重要作用。有研究发现，BAG-1基因表达水平的下调可导致海拉细胞对抗癌药物产生耐药性[7]。

2.3转录通路与肿瘤 BAG-1的另一个重要的功能是通过调节核激素受体影响肿瘤的形成，这些受体包括类固醇激素受体，如雄激素受体、糖皮质激素受体和雌激素受体等，还包括维生素D3受体、维甲酸受体等。以N端七联重复序列为靶点的抗激素药物治疗对于激素依赖性肿瘤有着非常重要的意义，BAG-1可以调节Hsc70/Hsp70与类固醇激素受体之间的相互影响。雌激素受体对前列腺癌的早期诊断具有重要价值。BAG-1可上调雌激素受体表达细胞对雄激素的敏感性和减少抗雄激素药物的敏感性，这可能是前列腺癌患者对激素和抗雄激素治疗耐药的机制[8]。糖皮质激素受体作为一簇重要的甾体激素受体，BAG-1L和BAG-1M可以通过结合糖皮质激素受体，进而抑制地塞米松诱导的糖皮质激素受体介导的转录激活。雌激素受体可调节激素依赖性乳腺癌细胞的存活和增殖反应，Cutress等[9]发现，在体外或人类乳腺癌细胞中BAG-1L可增加雌激素依赖性癌细胞的转录，是乳腺癌抗激素治疗的作用靶点。有研究还发现，BAG-1L在类固醇激素依赖性组织中表达较多，如乳腺、卵巢、睾丸和前列腺[10]。

2.4凋亡途径与肿瘤 BAG-1是一种可与各种细胞分子相互结合而抑制凋亡的抗凋亡蛋白。BAG-1与其他蛋白相互作用而抑制凋亡的机制已被广泛研究。BAG-1通过多种途径参与抗凋亡作用，BAG-1可与Bcl-2形成复合物,促进其抗细胞凋亡的能力，还可上调Bcl-2的抗凋亡活性。BAG-1的表达下降可促进肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤的发生，提高表达水平，但是，BAG-1表达上调可阻止不同因素(如：化疗、放疗、热休克等)诱导的细胞凋亡。Chen等[11]发现，在p50、p46和p33基因转染细胞中Bcl-2蛋白表达显著增加，而Bax、Bak、p53、Bcl-x(L)和多药耐药相关蛋白的表达基本不变。这表明，BAG-1的不同亚型具有不同的抗凋亡功能，其功能可能与增加Bcl-2蛋白表达有关。BAG-1可以通过结合细胞应激反应蛋白CADD34抑制它所介导的细胞应激反应，因此BAG-1的过表达可保护化疗中的肿瘤细胞得以存活[12]。

2.5BAG-1与Rb蛋白 尽管Rb易患基因被报道在各种人类癌症中失活，但Rb蛋白已被证明在结肠癌中高表达。BAG-1蛋白在结直肠癌中存在高表达，而Rb蛋白表达对结直肠肿瘤细胞的抗凋亡作用是至关重要的。进一步的研究证明,BAG-1功能与促进NF-κB生存信号通路的活性相联系,可能在结肠癌发病中为BAG-1与NF-κB的结合有着潜在的重要作用[13]。BAG-1能通过增加核因子-κB的活性而促进细胞生存,而BAG-1促进核因子-κB活性被Rb蛋白表达显著地抑制。因此，Rb蛋白可能通过调节BAG-1功能而促进细胞存活。此外,最近研究发现BAG-1表达在预防C-myc(一种癌基因)诱导的凋亡中是关键的因素,进一步强调在结直肠致癌中BAG-1潜在的重要性[14]。

3 BAG-1与肿瘤

BAG-1在肿瘤发生发展中的作用已成为国内外研究的热点问题之一。它在各种肿瘤中存在过度表达和在各种不同的细胞类型中抑制细胞凋亡。一些恶性肿瘤的相关研究表明，BAG-1在早期诊断以及预后评估具有重要的意义。

3.1BAG-1的亚细胞分布与肿瘤 BAG-1在正常组织中几乎不表达，而在乳腺癌、前列腺癌、甲状腺癌、肾癌及非小细胞肺癌中都有阳性表达，提示BAG-1与多种肿瘤的发生及进展有关[15-17]。尤其是最近的一些研究表明，脑膜瘤和胰腺癌等也存在阳性表达[18-19]。BAG-1基因的过表达可以促进转基因动物实验模型中肿瘤的形成。在不同肿瘤中的BAG-1不同亚型的亚细胞分布也一致。在人乳腺癌MCF7细胞株中，BAG-1L主要存在于细胞核内，BAG-1S主要存在于细胞质中，而BAG-1M在细胞核和细胞质中均有存在。这在人前列腺癌267细胞株和海拉细胞株中均有相仿的发现。BAG-1在胃癌MKN74细胞株胃癌细胞株中过表达，主要定位于细胞角蛋白和肌动蛋白丝，这也许和BAG-1基因增强细胞迁移性有关[20]。因此，BAG-1基因在亚细胞上的分布并不是固定的，而是可以变化的。结直肠癌的放射治疗研究中发现，BAG-1可从细胞核迁移至细胞质，这提示BAG-1定位受到能量的影响。

较多的研究认为BAG-1在肿瘤细胞中的过度表达与临床预后有关，但其亚细胞分布与肿瘤预后之间的关系尚存在不同的意见。有研究发现，在肿瘤细胞质中高表达的BAG-1可以减少癌症患者死亡风险，并且可以作为一个临床预后良好的指标[21]。然而Xie等[22]研究认为，舌鳞状细胞癌细胞质中BAG-1过表达患者的生存期缩短。总之，BAG-1亚细胞分布与肿瘤之间的联系有待更深入的研究。

3.2BAG-1在肿瘤中表达的研究 BAG-1在许多人肿瘤细胞中都明显高于正常组织,且其表达与肿瘤的恶性转归密切相关[23-24]。BAG-1在不同肿瘤组织中的表达具有不同的意义。Townsend等[25]发现，92%乳腺癌组织中BAG-1基因免疫组织化学检测为阳性,其中大部分呈细胞质阳性,小部分细胞核阳性；组织学分级与核表达阳性呈负相关,高分化的肿瘤细胞核表达减弱,但与细胞质表达无相关性。

在既往的相关研究中发现了BAG-1在喉癌组织中存在高表达，尤其是生存期<5年的喉癌患者BAG-1阳性表达率明显高于5年生存者(生存期短的BAG-1阳性率高),提示BAG-1表达水平与喉癌的预后密切相关[26]。Shindoh等[27]发现，有转移者BAG-1表达较无转移者高，提示BAG-1表达分析可用于预测口腔鳞状细胞癌是否有转移的可能性。刘红雨等[28]发现，在不伴有转移的Ⅰ期肺癌患者中,BAG-1低表达组患者分别较高表达组生存期明显延长，提示BAG-1可用作预测肺癌患者预后和预测转移潜能的生物学指标。有研究显示，BAG-1在大肠腺瘤和癌组织中存在高表达[24]，杨光华等[29]发现BAG-1在有淋巴结转移的大肠癌组织中蛋白相对强度较高，而细胞核BAG-1高表达与肿瘤的不良预后和促进肿瘤细胞的生存相关。

4 结 语

总之，近几年肿瘤的发病率和病死率居高不下，细胞凋亡的抑制是肿瘤发生、发展的一个重要因素，而作为细胞凋亡的调控蛋白家族中的一个新成员，BAG-1的重要作用正在日益受到重视。BAG-1参与多种肿瘤的发生、发展过程，有望作为癌症早期诊断、判断预后指标和个体化治疗以及靶向治疗的靶分子。进一步探索BAG-1在肿瘤发生、发展中所起的重要作用及机制，必将为了解肿瘤的成因及探索肿瘤的治疗方法起到积极的作用。

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