抑癌基因PTEN非基因调控的研究进展

尹博炜，张 谢，李 宏*

(1.宁波大学 医学院，浙江 宁波 315211； 2.宁波市医疗中心李惠利医院，浙江 宁波 315040)



短篇综述

抑癌基因PTEN非基因调控的研究进展

尹博炜1，张 谢2，李 宏2*

(1.宁波大学 医学院，浙江 宁波 315211； 2.宁波市医疗中心李惠利医院，浙江 宁波 315040)

抑癌基因PTEN的缺失和突变常常和肿瘤的发生发展密切相关。而除了基因的缺失和突变，PTEN也受到许多非基因机制的调控，如转录调控、表观沉默、非编码RNA的转录后调控、翻译后修饰。

PTEN；肿瘤抑制因子；PI3K/AKT信号通路；肿瘤

第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10,PTEN)，又称晚期肿瘤突变基因，位于人类染色体10q23.3，在多种人类肿瘤中存在突变或缺失，缺失或突变频率仅次于抑癌基因p53[1]。PTEN蛋白具有酪氨酸磷酸酶活性和脂质磷酸酶活性，其脂质磷酸酶活性能催化磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸(phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate,PIP3)去磷酸化，使其逆转为PIP2，从而阻断PI3K/AKT信号通路。PTEN蛋白功能的缺失可导致PI3K下游信号通路过度激活，引起丝氨酸/苏氨酸激酶和蛋白激酶B(Akt/PKB)堆积。而Akt/PKB调节许多靶蛋白调控细胞的生物学行为，如凋亡、增殖和细胞运动。因此PTEN表达下降或在细胞中异常分布与肿瘤的发生发展密切相关。近几年研究发现，非基因型的调控也与PTEN基因的表达关系密切[2](图1)。

1 转录调节

现已发现多种转录因子能直接结合PTEN启动子区调节其表达。转录因子c-Jun属于AP- 1家族。通过结合PTEN启动子区的AP- 1位点抑制PTEN的表达。Ras/Raf/MEK/ERK通路即是通过上调c-Jun抑制PTEN基因表达，从而促进细胞增殖和抑制细胞凋亡。NF-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)通过清除转录辅激活物CBP/p300负性调控PTEN的表达。抑制NF-κB/miR- 21/PTEN通路可以增加非小细胞肺癌对顺铂的敏感性[3]。有趣的是，Notch1靶向作用于MYC 和Hes1分别诱导和抑制PTEN的转录，但因对Hes1的作用较对MYC强，所以Notch1总的效应是下调PTEN的转录，从而引起PI3K/AKT通路的过度激活[4]。在多种肿瘤细胞系中诱导抑癌基因P53表达后，PTEN的mRNA水平增加。深入研究发现PTEN基因的上游区域含有P53蛋白的结合位点，P53通过与该位点的结合上调PTEN的转录[5]。然而p53的过表达能引起肝细胞性肝癌患者PTEN蛋白水平的下调，但它并非下调PTEN的转录而是下调了PTEN蛋白的稳定性。早期生长反应基因1(EGR1)可以与PTEN的启动子区结合上调PTEN的表达。在许多人类肿瘤中，EGR1的缺失可引起PTEN基因表达下调导致肿瘤的耐辐射性。过氧化物酶体增殖因子活化受体γ(PPARγ) 被活化后与PTEN基因启动子结合上调人体正常和肿瘤细胞中PTEN的表达,进而调控PI3K/AKT通路诱导细胞死亡。这为PPARγ激动剂治疗肿瘤提供了一定的理论依据[6]。

图1 PTEN非基因调控机制Fig 1 Non-genetic regulation of PTEN

2 表观沉默

CpG岛的高甲基化可引起抑癌基因失活，因此与肿瘤关系密切。48%散发性乳腺癌、16%肝细胞肝癌和>50%甲状腺癌存在PTEN基因启动子的高甲基化[7]。PTEN基因启动子的高甲基化还与药物抵抗有关。22%费城染色体阳性(Ph+)急性淋巴细胞白血病患者发生PTEN启动子区高甲基化和PTEN基因下调。Ph+急性淋巴细胞白血病患者更易发生伊马替尼抵抗，这显然与PI3K/Akt通路的过度激活有关。而去甲基化能增加PTEN的表达促进细胞凋亡。这些发现提示伊马替尼抵抗是由或至少部分是由PTEN基因下调引起。相似的发现在慢性骨髓性白血病中也有报道。组蛋白乙酰化作用也有相类似的机制[8]。这些发现提示DNA转甲基酶和组蛋白脱乙酰基酶对一些恶性肿瘤可能具有抗肿瘤的效应。

3 转录后调控

微小RNA(miRNA)是由20～24核苷酸组成的短的RNA分子, 其作用是绑定到目标mRNA上的互补序列，通常引起翻译抑制或目标退化和基因沉默。miRNA参与PTEN基因的调控，减少多种肿瘤细胞PTEN的表达。例如， MiR- 429、miR- 221和miR- 222在肝细胞癌中直接负性调控PTEN基因，引起肝细胞肝癌增殖、转移和侵袭能力的增强[9]。在胰岛素瘤细胞中，MiR- 144/451能负性调控PTEN表达，引起PI3K/AKT通路过度激活促进细胞的增殖[10]。在非小细胞性肺癌中，miR- 21下调PTEN的表达促进肿瘤生长、侵袭和顺铂抵抗。通过抑制NF-κB降低miR- 21的表达，可以增加非小细胞性肺癌对顺铂的敏感性[3]。miR- 214与3′-UTR结合后，抑制PTEN mRNA的翻译激活Akt通路，引起人胃癌细胞增殖和顺铂抵抗[11]。在小鼠胶质瘤模型中，MiR- 26a抑制PTEN的表达促进新肿瘤的形成。MiR- 26a也可通过调节肿瘤转移相关基因和抑制PTEN基因表达促进肺癌的转移[12]。在乳腺癌中，miR- 29b下调PTEN控制细胞的侵袭，而miR- 301下调PTEN促进细胞增殖、集落生成、转移、侵袭、他莫昔芬三苯氧胺耐药和肿瘤生长[13]。

4 翻译后修饰

4.1 磷酸化

PTEN蛋白的磷酸化能调控蛋白的活性、稳定性及其亚细胞分布。 PTEN蛋白在N端有两个功能区域：PIP2结合区域(参与PTEN蛋白与膜的相互作用)和发挥磷酸酶作用的区域。此外，PTEN蛋白C端区域包含一个与膜结合所必需的结构C2区域，及一条含PEST区域和PDZ 结合区域的C端尾巴[14]。PTEN蛋白可被多种激酶磷酸化，如CK2、GSK3、RAK、PICT- 1和ROCK[15]。但是，这些激酶如何在肿瘤中，常常发现PTEN启动子高甲基化。组蛋白乙酰化作用也可能负性调控PTEN的表达。转录因子C-Jun和NF-κB抑制PTEN的转录，而 P53,EGR1,PPARγ,ATF2作用恰恰相反, Notch1既能抑制也能上调PTEN转录。不同微小RNA引起不同的肿瘤PTEN表达的下降。影响PTEN蛋白功能和肿瘤细胞的生物学行为仍不是很清楚。

蛋白激酶CK2是一种真核细胞中普遍存在的信使非依赖性丝/苏氨酸蛋白激酶。CK2能将PTEN蛋白C端的残基Ser/Thr磷酸化[16]。由其介导的磷酸化可阻止PTEN因泛素化而降解从而使蛋白更加稳定，然而其磷酸化后的“关闭”的构象阻止了其与配体结合，从而减少了与质膜结合的PTEN蛋白及其脂质磷酸酶活性。总之，CK2通过对PTEN蛋白C端的磷酸化使之更稳定，但是这最终会导致PTEN蛋白的功能失活[15]。

PTEN蛋白C端也能被GSK3β磷酸化。在恶性胶质瘤细胞系中，其残基Thr366的磷酸化降低了PTEN蛋白的稳定性。该残基也能被RAK蛋白磷酸化使PTEN蛋白更稳定，在功能方面其作用恰恰和CK2介导的C端磷酸化相反。敲除移植了乳腺癌的小鼠模型的RAK基因，出现肿瘤转移和转移瘤的生长，并伴随PTEN蛋白水平的下降[17]。PICT- 1可通过与C端(与CK2作用区域相同)相互作用直接增加PTEN蛋白的磷酸化作用和稳定性。与CK2相比，PICT- 1同样能增加PTEN蛋白的稳定性，然而对下游PI3K信号通路的影响恰恰相反，引起这种差异的机制仍不清楚[18]。ROCK可以磷酸化PTEN蛋白C2区域的Ser229和Thr321。在胰腺癌中发现PTEN蛋白磷酸酶活性依赖于ROCK1活化作用[19]。

4.2 泛素化

泛素化修饰也能影响PTEN的表达及亚细胞分布。PTEN主要分布于细胞质，少量分布于细胞核。在细胞质中PTEN蛋白主要通过调节PIP3的水平下调Akt的活性。在细胞核中PTEN蛋白能稳定存在，其对染色体的稳定性、DNA修复和阻断细胞周期起到更直接的作用。PTEN蛋白的单泛素化是其进入细胞核的机制之一[20]。Lys13 和 Lys289残基是PTEN蛋白泛素化的位点，可介导其在细胞间穿梭和进入细胞核。而PTEN蛋白的多泛素化导致其在细胞质中滞留及降解，所以其多泛素化具有致瘤性，而其单泛素化因能促进PTEN蛋白向细胞核转运而具抑癌作用。然而，PTEN蛋白泛素化的机制目前仍存在争议[21]。NEDD4- 1是第一个被提出能导致PTEN蛋白多泛素化引起蛋白酶体降解的E3泛素连接酶。在PTEN基因未损伤的多种人肿瘤组织和患癌小鼠模型中发现NEDD4- 1高量表达而PTEN蛋白表达水平下降。NEDD4- 1也能单泛素化PTEN蛋白从而调节其进入细胞核。这些结果提示NEDD4- 1可能同时具有致瘤性和潜在的抑瘤作用[22]。除了NEDD4- 1，可能还有其他E3-泛素连接酶参与了PTEN蛋白的泛素化过程，比如Cdh1和WWP2[23]。

4.3 氧化还原作用的调节

活性氧簇(ROS)在癌细胞中常呈现高表达水平，包括H2O2和O2-，因此认为ROS具有促进正常细胞向癌细胞演变的作用。H2O2能氧化PTEN蛋白Cys124残基的活性位点使之与Cys71残基形成二硫键，引起PTEN蛋白可逆性失活。前列腺癌细胞的ROS高表达水平降低了PTEN蛋白的活性。清除ROS能恢复PTEN蛋白的活性和减弱PI3K介导的信号通路，从而引起前列腺癌细胞发生凋亡[24]。有两种蛋白能抑制PTEN蛋白的氧化：过氧化物酶Prdx1和硫氧还蛋白相互作用蛋白(Txnip)。Prdx1阻止了由ROS介导的PTEN蛋白的失活，从而抑制了由H-RasV12和ErbB- 2/neu介导的正常细胞向癌细胞的演变过程。Txnip通过调节还原型辅酶II(NAPDH)减少PTEN蛋白的二硫键形成，重新激活PTEN蛋白。另外，ROS能将必需脂肪酸非酶促过氧化，如花生四烯酸。过氧化后的必需脂肪酸通过对PTEN蛋白的烷化作用增强Akt信号通路，促进细胞增殖[25]。

5 问题及展望

抑癌基因PTEN编码的蛋白是具有磷酸酶活性的抑癌蛋白，其在众多恶性肿瘤中存在突变、缺失或低表达，导致其抑癌功能减弱或丧失。PTEN通过抑制多种信号传导通路，抑制肿瘤细胞的增殖、侵袭及转移。其中研究最多的是其抑制PI3K/AKT通路，从而介导细胞凋亡。然而，目前人们对PTEN作用与功能调节机制的认识还处于初级阶段，还有许多问题需要深人探索:如PTEN功能失活的基础还未完全明了，正常的生理调节方式还未见报道，蛋白激酶如何磷酸化PTEN蛋白仍未研究透彻，PTEN蛋白泛素化的机制目前仍存在争议，其他信号通路之间是否存在相互作用还不清楚，等等。随着PTEN基因及相关信号传导通路在肿瘤侵袭及转移中作用机制的深入研究，相信不远的将来，PTEN基因的生物治疗可能用于临床治疗晚期肿瘤转移患者，为恶性肿瘤的临床监测、基因靶向治疗、预后评估、药物疗效及新药研发等提供科学的理论依据，可能成为抑制肿瘤细胞侵袭及转移的新靶点。

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Advances in the non-genetic regulation ofPTENtumour suppressor activity

YIN Bo-wei1, ZHANG Xie2, LI Hong2*

(1.Medical School of Ningbo University, Ningbo 315211; 2.Ningbo Medical Treatment Center Lihuili Hospital, Ningbo 315040, China)

Mutations and deletions of the tumour suppressor PTEN are frequently involved in the development of cancer. However, PTEN is also tightly controlled by various non-genomic mechanisms，such as the epigenetic silencing of PTEN, post-transcriptional regulation by non-coding RNAs and post-translational modification.

PTEN;tumour suppressor;PI3K-Akt/PKB pathway;cancer

2015- 05- 06

2015- 07- 16

1001-6325(2015)10-1414-05

R34

A

*通信作者(corresponding author)：lancet2010@aliyun.com