ADP核糖基化因子与消化道肿瘤

逯艳艳 综述，陈卫昌 审校

(1.苏州大学第一附属医院消化科 215006;2.青海省人民医院消化科 810000)

·综 述·

ADP核糖基化因子与消化道肿瘤

逯艳艳1,2综述，陈卫昌1△审校

(1.苏州大学第一附属医院消化科 215006;2.青海省人民医院消化科 810000)

ADP核糖基化因子；消化道肿瘤；综述

二磷酸腺苷-核糖基化作用因子(ADP-ribosylation factor,ARF)是广泛存在于真核生物细胞膜上，属于小G蛋白Ras家族，是大小约20×103的GTP结合蛋白。1982年ARF首次被发现，并根据它能作为霍乱毒素催化Gs蛋白ADP核糖基化反应的辅助因子而命名[1]。目前研究认为，ARF与高尔基复合体相关，在囊泡运输、磷脂代谢、细胞内吞、肌动蛋白的重排和细胞骨架维持中发挥重要作用，在细胞内物质运输与信号转导过程中具有重要生物学功能，且近年来研究发现其表达异常与多种肿瘤的发生密切相关。

1 ARF的分类

ARF是一个多基因家族，是在动植物的演化发展中高度保守的GTP激酶，该家族包括6个ARF蛋白和11个ARF样蛋白。根据氨基酸相似性分为3大类，第1类包括ARF1、ARF2、ARF3，它们之间相似度高达96%以上，是高尔基复合体相关性GTP酶，作用在细胞分泌途径上，调节囊泡的形成，同时在活化脂类修饰酶中也发挥重要作用[2]；第2类包括ARF4、ARF5，二者相似度为90%，它们的功能尚不清楚，部分研究发现ARF5在高尔基转运中发挥重要作用，参与高尔基复合体到内质网逆转运[3]。第3类是ARF6，氨基酸组成相似度64%～69%，被认为在调节内体质膜的运输和结构重组中发挥重要作用，参与细胞内吞作用和肌动蛋白的重排[4-5]。此外，还包含另外一类与ARF结构上类似的蛋白(ARF-like protein,ARL)，其具有ATP酶的活性。

2 ARF的结构

ARF的N末端有1个α螺旋,且具有2个相同的效应结构域(effector domain regions)Switch 1 和 Switch 2,它们之间有b2和b3折叠结构连接的interswitch[6]。当α螺旋上的十四烷基插入细胞膜，ARF被鸟苷交换因子(GEFs)激活，它将ARF-GDP转换为ARF-GTP，从而活化ARF。同时,interswitch区域中2个氨基酸残基随之移动,进而实现了ARF由非活性构象向活性构象的转换[7]。活化的ARF与内质网膜结合,启动外被蛋白的装配。另外GTP酶激活蛋白(GAPs)是ARF的负调节子，能识别ARF-GTP，并诱导GTP水解产生ARF-GDP，使ARF功能失活。

3 ARF的功能

3.1 ADP核糖基化作用 ARF是在研究霍乱毒素作用机制时发现的。霍乱毒素具有ADP-核糖转移酶活性,ARF蛋白与霍乱毒素均作用于细胞内G蛋白的α亚基,使其核糖基化。

3.2 参与囊泡合成和细胞内物质运输 ARF参与高尔基体的生理功能,在细胞中控制高尔基体的囊泡形成,且在早期分泌途径中的泡膜转运中发挥重要作用。ARF主要参与内体融合、核膜装配、被覆网格蛋白囊泡的形成。ARF参与网格蛋白和无网格蛋白两种囊泡被膜的形成,ARF上的GTP被GAP水解,使这两种囊泡的被膜和膜分离,进而囊泡和目的细胞器的膜最终融合。从而多种细胞内物质被囊泡在内质网和高尔基复合体之间运输[8]。

3.3 磷脂酶D(PLD)被ARF激活 PLD是重要的跨膜信号转导因子，也是某些生长因子的效应物。PLD有水解磷脂酰胆碱(phosphatidyl-choline，PC)的能力，并将PC分解成磷脂酸(phatidic acid，PA)和胆碱(choline)，还可以水解磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油等物质。人们发现在体外，ARF参与了PLD的活性被GTP激活的过程,PLD的重要性使得ARF蛋白与细胞中许多生命过程密切相关。

3.4 影响细胞运动性和在高尔基体中调节actin细胞骨架 ARF介导黏着斑中柱蛋白的募集,增强RhoA诱导的肌动蛋白张力纤维的形成,而后者的形成需要PLD的活化及其产物PA的生成[9]。黏着斑决定着细胞的运动性，且肌动蛋白张力纤维也与细胞的运动性有关。高尔基体的形状和在细胞内的定位依赖于微管和actin细胞骨架[10]。高尔基体的膜运输与细胞骨架具有密切的联系。在高尔基体膜上，ARF的激活可以促进血影蛋白(spectrin)和actin细胞骨架的组装。

3.5 促进磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸即PI(4,5)P2的合成 ARF直接激活磷脂酰肌醇4激酶B和磷酸磷脂酰肌醇5激酶来增加PI(4,5)P2的合成[11]。ARF还可通过PLD生成PA来促进PI(4,5)P2的合成。ARF与GAP或PLD相互作用都要依赖PI(4,5)P2，且PI(4,5)P2在细胞的信号转导、跨膜运输等方面发挥着重要的作用。

3.6 促进极低密度脂蛋白(VLDL)的合成[12]ARF是通过激活PLD后间接作用于VLDL合成的第2步。其作用如何尚无研究可以解释。

4 ARF与消化道肿瘤的关系

ARF在人体各组织及肿瘤细胞系中都有表达，消化道肿瘤是世界范围内最常见的恶性肿瘤。人类多种消化道肿瘤的发生、发展、预后等病理指标与ARF的相关性较高。

4.1 胃癌 在人胃癌细胞中以及经癌基因转化的细胞中均有PLD的活性增高。Min等[13]建立了一个稳定高表达PLD 的细胞系,接种于裸鼠后可诱发未分化肉瘤。PLD催化产物PA在磷脂酶A2(phospholipaseA2，PLA2)的催化下生成溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid,LPA)。LPA涉及肿瘤的各个阶段，包括细胞增殖、凋亡、黏附、迁移、侵袭和血管生成[14-16]。在胃癌组织中LPA能激活RhoA,并且通过NET1介导此过程。LPA能促进NTE1的表达,NET1作为RhoA的鸟嘌呤交换因子(GEF)在胃癌组织中的表达上调,并促进胃癌细胞的迁移和恶性转化[17-18]。以上均提示PLD与胃癌的形成有关。故ARF作为PLD最主要的活化蛋白很可能通过其导致生长因子信号通路的异常,从而引起胃癌细胞生长失控,并促进胃癌形成。

4.2 食管癌 食管癌发生发展是多个癌基因、抑癌基因参与并积累的复杂过程。PLD 在肿瘤的发生、分化、凋亡及转移等过程中扮演重要的角色，有研究表明，肿瘤细胞基质金属蛋白酶-9(MMP-9)的分泌与PLD 的活化有关[19]。食管癌细胞MMP-9 的大量分泌是癌细胞具有较强侵袭和转移潜能的重要标志,MMP-9水平越高，恶性程度越高，预后越差。p53是肿瘤中最常见的突变基因之一,许多研究表明p53突变和高表达在食管癌的发生发展中起重要作用[20]。PLD的表达增加可以使野生型p53蛋白的稳定性降低而抑制DNA 损伤诱导的凋亡[21]。PLD参与食管癌的形成过程，故ARF可能促进食管癌形成。

4.3 肝癌 ARF6 与恶性肿瘤的关系已经成为目前研究的热点。吴晓峰等[21]采用组织芯片检测发现，肝癌组织中ARF6 的表达与预后密切相关，ARF6 可作为肝癌预后不良的判断指标。另有研究表明，MMPs与调节肝癌细胞的生长、肝癌的血管形成、调节肝癌细胞的侵袭和转移密切相关[22]。LPA主要通过Rho信号转导增强肝癌细胞的体外侵袭转移能力[23]。

4.4 大肠癌 大肠侧向发育型肿瘤(CLST)可在3年内发展为进展期大肠癌。马文敏等[24]研究显示，ARF1 在CLST 表达水平较高,提示其可能介导与CLST 特性有关的生物学功能。PLD参与肿瘤的形成，而PLD活性却依赖ARF的调节,CLST 的高恶变也可能与ARF上调表达密切相关。另有研究报道显示，p53、MMP均与大肠癌发生、发展密切相关，而p53、MMP的分泌均与PLD活化有关，故考虑ARF与大肠癌的形成有关。

4.5 胰腺癌 ARF激活PLD，其催化产物PA在磷脂酶A2的催化下生成LPA，LPA能促进基质金属蛋白酶和肿瘤血管生成因子的分泌，与肿瘤的局部侵袭转移有关[25]。陶晨洁等[26]研究显示，LPA通过内皮分化基因受体Edg/LPA介导信号转导在人胰腺癌的发生发展中的起重要作用。且近年来许多实验提示基质金属蛋白酶、血管内皮生长因子与胰腺癌发生转移有密切关系。故ARF与胰腺癌的发生、发展有关。

综上所述，ARF在消化道肿瘤形成、发展中发挥了重要作用，如食管癌、胃癌、结直肠癌、肝癌、胰腺癌等。并与肿瘤恶性程度、侵袭及预后等有关，如何通过ARF全面系统地调控靶基因表达，从而调节消化道肿瘤的生长,还需进一步研究。了解ARF在消化道肿瘤中的作用可进一步加深人们对肿瘤发生机制的认识。相信随着对ARF研究的深入必将为消化道肿瘤的诊治提供新观点、新方法及新的依据。

[1]Weiss O,Holden J,Rulka C,et al.Nucleotide binding and cofactor activities of purified bovine brain and bacterially expressed ADP-ribosylation factor[J].J Biol Chem,1989,264(35):21066-21072.

[2]Robinson MS.Adaptable adaptors for coated vesicles[J]．Trends Cell Biol,2004,14(4):167-174.

[3]Nie Z,Randazzo PA.Arf GAPs and membrane traffic[J].J Cell Sci,2006,119(7):1203-1211.

[4]D′Souza-Schorey C,Chavrier P.Arf proteins:roles in membrane traffic and beyond[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2006,7(5):347-358.

[5]Kahn RA,Cherfils J,Elias M，et al.Nomenclature for the human Arf family of GTP-binding proteins:Arf,ARL,and SAR proteins[J].J Cell Biol,2006,172(5):645-650.

[6]Amor JC,Harrison DH,Kahn RA,et al.Structure of the human adp-ribosylation factor 1 complexed with gdp[J].Nature,1994,372(657):704-708.

[7]Pasqualato S,Menetrey J,Franco M,et al.The structurai Gdp/Gtp cycle of human Arf6[J].EMBO Rep,2001,2(3):234-238.

[8]马文敏.ADP-核糖基化因子1的功能及其与肿瘤相关性的研究进展[J].医学研究生报,2005,18(6):554-558.

[9]Gommel DU,Meanon AR,Heiss A,et al.Recruitment to Golgi membranes of ADP-ribosylation factor 1 is mediated by the cytoplasmic domain of p23[J].EMBOJ,2001,20(23):6751-6560.

[10]Fucini RV,Chen JL,Sharma C,et al.Golgi vesicle proteins are linked to the assembly of an actin complex defined by mAbp[J].Mol Boil Cell,2002,13(2):621-631.

[11]Jones DH,Morris JB,Morgan CP,et al.Type Ⅰ phosphatidylinositol 4-phosphate 5-kinase directly interacts with ADP-Hbosylafion factor 1 and is responsible for phosphatidyl--inositol 4,5-bisphosphate synthesis in the golgi compartment[J].J Biol Chem,2000,275(18):13962-13966.

[12]Asp L，Clsesson C,Boren J,et al.ADP-ribosylation factor 1 and its activation of phospholjpase D are important for the assembly of very low density lipoproteins[J].J Biol Chem,2000,275(34):26285-26292.

[13]Min DS,Kwon TK,ParkW S,et al.Neoplastic trans form ation and tum origenes is associated with overexpression of phospholipase Disozymes in cultured murine fibroblasts[J].Carcinogenes is,2001,22 (10):1641-1647.

[14]Mills GB，Moolenaar WH.The emerging role of lysophosphatidic acid in cancer[J].Nat Rev Cancer,2003,3(8):582-591.

[15]Xu Y.Sphingosylphosphorylcholine and lysophosphatidylcholine:G protein-coupled receptors and receptor-mediated signal transduction[J].Biochim Biophys Acta,2002,1582(1/3):81-88.

[16]Mills GB,Fang X,Lu Y,et al.Specific keynote:molecular therapeutics in ovarian cancer[J].Gynecol Oncol,2003,88(1/2):88-92.

[17]Bennett Q，Sadlier D,Doran PP,et al.A functional and transcriptomic analysis of NET1 bioactivity in gastric cancer[J].BMC Cancer,2011(11):50.

[18]Murray D,Horgan G,Macmathuna P,et al.NET 1-mediated RhoA activation facilitates lysophosphatidic acid-induced cell migration and invasion in gastric cancer[J].Br J Cancer,2008,99(8):1322-1329.

[19]王亚雄，朱玲.磷脂酶D与肿瘤的关系[J].国际免疫学杂志,2006,29(2):89-92.

[20]李超霞,吴名耀.食管癌癌基因研究进展[J].汕头大学医学院学报,2003,16(4):248-251.

[21]吴晓峰,王科,武正山.组织芯片检测肝细胞肝癌中ARF6蛋白的表达及临床意义[J].南京医科大学学报：自然科学版,2012,32(12):1696-1699.

[22]邱伟,周钢桥，贺福初.基质金属蛋白酶及其基因多态性与肝癌的发生发展[J].医学分子生物学杂志,2007,4 (4):324-327.

[23]王德胜,窦科峰,李开宗,等.溶血磷脂酸通过Rho信号转导途径增强肝癌细胞的侵袭转移[J].中华医学杂志,2006,86(6):399-402.

[24]马文敏,姜泊,赖卓胜,等.大肠侧向发育型肿瘤细胞株ADP-核糖基化因子1 的表达及其意义[J].癌症，2005,249(6):690-694.

[25]Xu X,Prestwich GD.Inhibition of tumor growth and angiogenesis by a lysophosphatidic and antagonist in an engineered three dimensional lung cancer xenograft model[J].Cancer，2010，116(7):1739-1750.

[26]陶晨洁,吕广梅,龚涌灵.内皮分化基因受体介导溶血磷脂酸在人胰腺癌的作用及其机制[J].中华胰腺病杂志，2012,12(3):216-218.

逯艳艳(1980-),硕士，主治医师，主要从事消化道肿瘤方面的研究。

△通讯作者，E-mail:weichangchen@126.com。

:10.3969/j.issn.1671-8348.2015.15.042

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