Ku70蛋白结构、功能及在人体组织中的异常表达

张 祎，刘福全，李明辉 (大连大学附属新华医院肛肠外科，辽宁 大连 116021)

Ku70蛋白是一种非常丰富的核蛋白，广泛存在于人类、哺乳类动物、线虫、昆虫、酵母、原核生物以及植物体内。现代研究发现，Ku70在DNA双链破裂修复、DNA复制、基因转录调控、端粒结构的维持等多种细胞活动中，均扮演着重要角色。已知的研究发现Ku70蛋白在乳腺癌、宫颈癌、卵巢癌、鼻咽癌、肝癌等多种恶性肿瘤组织中呈阳性表达，而且Ku70蛋白随着肿瘤恶性度的升高表达得越强烈。因此不难发现Ku70蛋白可能与多种恶性肿瘤的发生、发展有着极其密切的关系。针对Ku70蛋白的深入研究有可能为多种恶性肿瘤的早期诊断和治疗提供依据。

1 Ku70的结构分布和表达

1.1 ku70蛋白的基本结构:Ku70蛋白是Ku蛋白中70KDa与80KDa两条多肽链中的一条。Ku70亚单位由609个氨基酸组成，分子量约为69581Da。人类染色体图显示Ku70蛋白的编码基因位于22q13。Ku70蛋白含有典型的介导蛋白－蛋白、蛋白－DNA相互作用的区域［1］。它的羧基末端氨基酸残基区域对异二聚体的形成必不可少。Ku70的536～609氨基酸残基是Ku70蛋白与DNA连接的核心区域［2－3］。

1.2 Ku70蛋白在细胞与人体组织内的分布和表达:Ku70蛋白是一种广泛存在于各种生物体组织、细胞中的细胞生存所必需的蛋白。目前的资料显示Ku70蛋白自1981年由日本科学家首先在结缔组织病患者的血清中以自身抗体的形式被发现以来，已在人体多个器官的正常组织及肿瘤组织内被发现呈阳性表达。并且Ku70蛋白在人体正常组织内的表达与其在肿瘤组织内的表达存在显著的差异性。研究表明Ku70蛋白在乳腺癌组织、乳腺良性病变组织及正常乳腺组织中，在卵巢癌组织、卵巢囊腺瘤组织及正常卵巢组织中，在食管癌组织及正常食管黏膜的细胞核中，在鼻咽癌组织中均有表达［4］。而且Ku70蛋白在恶性肿瘤组织内阳性表达明显高于在良性病变组织及正常组织中的表达。在近30年的研究中，通过免疫组化和免疫印记实验检测了Ku70蛋白在人体各种正常组织和恶性肿瘤组织中的分布［5］。研究发现在人体组织某些间期细胞内未测出Ku70蛋白，即使是处于同一周期内的细胞，不同类的细胞中Ku70蛋白的含量也不同。正常组织细胞经放射线照射后，Ku70蛋白的表达明显升高，且增加的Ku70蛋白多为可溶性核蛋白片段［6－7］。这些表明Ku70蛋白在人体组织和细胞中的分布和细胞分化程度、细胞周期、核形态以及放射线引起的DNA损伤过程密切相关［1］。

2 Ku70蛋白的主要功能

2.1 Ku70蛋白对DNA双链断裂(double－stand breaks，DSBs)的修复功能:细胞DSBs是由各种内、外原因造成的对基因完整性的破坏，如果受损的细胞不被修复，则最终可能导致细胞死亡。脊椎动物细胞DSBs的修复包括同源重组(homologous recombination，HR)和非同源DNA末端连接(non－homologous end－joining，NHEJ)两种主要方式。NHEJ是细胞DSBs修复的主要方式，而NHEJ的过程有赖于Ku70蛋白的参与。具体见图1。

图1 Ku70蛋白参与细胞DSBs修复示意图［5－7］。

2.2 Ku70蛋白参与DNA修复调控:目前的研究结果显示，大部分的哺乳动物的DNA复制起始呈Ku70蛋白依赖性，Ku70蛋白的缺失可导致DNA复制下降至基本水平。Ku蛋白具有ATP酶和链激酶活性、序列特异性DNA连接活性，能与多种复制起始物连接。Ku70蛋白也能够与定位在复制起始物的基质附着区域相连接。Matheos还发现Ku蛋白可以连接拓扑异构酶Ⅱ、增殖细胞核抗原、复制蛋白A、DNA聚合酶α、DNA聚合酶δ等［8］。

2.3 Ku蛋白参与免疫球蛋白和T细胞表面抗原受体V(D)J重组:V(D)J重组包括两个步骤:重组活化基因1(recombination activating gene1，rag1)和重组活化基因2(rag2)编码产物催化的DNA分裂反应，以及通过DSBs修复机制进行的末端连接反应。Ku70蛋白参与了后一步的反应［1］。

2.4 Ku70蛋白作为转录因子调节某些基因的表达:Ku70蛋白具有序列特异性DNA连接活性，可单独或与其他蛋白结合后与某些顺式作用元件连接发生作用。近些年的研究发现在成骨细胞中骨钙素纤维生长因子反应元件(osteocalin fibroblast growth factor response element，OCFRE)是Msx2、Runx2蛋白的作用靶对骨钙素(osteocalcin，OS)基因的启动子有调节作用。而且Ku70蛋白是调节OCFRE的同源蛋白复合作用的一种蛋白［9］。

2.5 Ku70蛋白在核酸代谢中的作用:WRN和BLM蛋白是RecQDNA的解旋蛋白组中的成员。目前的研究显示WRN和BLM蛋白的缺损可引起Bloom's综合征和Werner's综合征。WRN外切酶处理DNA末端的过程中，Ku70蛋白对于激活WRN外切酶的活性具有重要作用。Kusano等对果蝇的研究中发现Ku70蛋白与BLM基因突变表型可部分互补，而BLM蛋白又在DNA双链修复中具有重要作用［10］。

2.6 Ku70蛋白具有维持染色体端粒结构的作用:端粒是一种DNA蛋白质复合物，位于真核细胞线性染色体的末端。端粒具有稳定染色体末端的功能，可防止染色体发生融合、重组、降解和丢失，对染色体结构有保护作用。端粒完整性的维持受端粒酶及端粒相关性因子的调节。近期的研究表明Ku70蛋白不需要DNA依赖性蛋白激酶催化亚单位(DNAPKcs)和端粒DNA的存在即可直接与人类端粒酶发生作用。而且Ku70蛋白可与人端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase，hTERT)直接作用从而调节端粒酶进入端粒末端调节端粒长度而无须人端粒酶RNA亚基(human telomerase RNA，hTR)或端粒DNA［11］。

2.7 Ku70蛋白可能参与某些细胞信号转导通路。

3 Ku70蛋白的研究价值

Ku70/80蛋白具有多种复杂的基因功能，二者除形成异二聚体而参与DSBs等多种重要生物过程外，Ku70蛋白也可以单独参与DSBs、基因转录调控、DNA修复调控、端粒结构的维持和参与核酸代谢等多种细胞活动，并从中发挥重要作用。而通过研究进一步了解Ku70蛋白在胆囊癌、胆囊息肉和正常胆囊组织中的表达，可以深入探讨Ku70蛋白在胆囊癌发生、发展过程中的意义。

现代医学认为肿瘤是一种基因病。在肿瘤治疗过程中，最急待解决的难题是对正常组织的损伤和肿瘤细胞对电离放射线的抵抗性及对抗癌药物的耐药性，如何实现个体化治疗，提高疗效，以及延长肿瘤患者生存年限。临床上化疗药物终极作用是损伤染色体，导致DNA断裂，终止细胞生长，而无论是在正常细胞中还是肿瘤细胞中Ku70蛋白在DNA DSBs修复、凋亡调控过程中都具有重要的作用，这已逐步被认识。特别是以Ku70蛋白作为靶点逆转肿瘤的辐射抵抗性和化疗耐药性已成为现在研究的热点，深入的研究Ku70将对肿瘤治疗、评估治疗效果及预后具有重要的临床意义。

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