原癌基因Gankyrin及其在肿瘤发生中的作用研究进展

王灵巧，陈济安，舒为群*

（第三军医大学军事预防医学院，重庆 400038）

原癌基因Gankyrin及其在肿瘤发生中的作用研究进展

王灵巧，陈济安，舒为群*

（第三军医大学军事预防医学院，重庆 400038）

肿瘤的发生和发展是多基因交互影响、多种环境因素协同作用的结果。Gankyrin是近年来发现的一种新的原癌基因，研究表明Gankyrin在正常肝组织到肝癌过程中表达逐渐增强，提示其可能影响了肝细胞癌的发生过程。后来研究又陆续发现Gankyrin蛋白在肺癌、乳腺癌、结直肠癌等多种肿瘤组织中高表达。Gankyrin在调控细胞周期进程、细胞凋亡以及细胞免疫等多种生物学事件中发挥重要作用，从而加速细胞恶性化程度，促进肿瘤的发生。本文主要综述Gankyrin的表达调控，参与肿瘤发生的分子机制以及在化学物致肝癌发生中的作用。

肿瘤；Gankyrin；分子机制；肝癌

表观遗传和基因改变在肿瘤的发生过程中起着至关重要的作用。文献报道，Myc、MDM2和p53等基因的表达异常（突变、甲基化水平的改变和组蛋白脱乙酰作用）导致其蛋白产物参与的细胞周期进程和细胞内信号转导也发生异常改变，促进肿瘤细胞的恶性增殖，共同促进了肿瘤的发展［1］。Gankyrin是近年来发现的一种新的原癌基因，与多种肿瘤的发生关系密切，且与肿瘤的恶性程度相关。本文对Gankyrin及其参与肿瘤（特别是肝癌）发生关系的研究进展作一综述。

1 Gankyrin的发现

2000年，Higashitsuji等［2］从人肝细胞癌组织高表达的基因中应用消减杂交法筛选出Gankyrin。经进一步测序证实，它的基因序列与从26 S蛋白酶体亚基19S/PA700复合物中的一个非ATP酶亚单位p28蛋白完全一致，从而又命名为p28、p28GANK或PSMD10。Gankyrin位于人染色体Xq22.3，是一个在所有哺乳动物中高度保守［3］的小分子蛋白（25 kDa，226个氨基酸）。它由7个串联排列的ankyrin（ANK）锚蛋白重复序列，加上由向N端延伸的38个氨基酸组成［4］。文献报道，肝癌发生的早期分子机制涉及Gankyrin与泛素蛋白连接酶MDM2结合，促进p53的泛素化和降解，另一方面Gankyrin与成视网膜细胞瘤蛋白（Rb）结合后加速其磷酸化和降解［2］。近来有文献报道Gankyrin作为重要的分子伴侣，在19 S调节颗粒的组装过程中发挥着重要作用［5-6］。Gankyrin已在各种恶性肿瘤，包括肝癌，胰腺癌和食道癌被发现过表达，并且已经表明，在人类肿瘤发生的早期阶段普遍存在Gankyrin过表达的现象。此外，Gankyrin被认为是一个潜在的限制癌细胞增长和激活细胞凋亡的药物治疗靶标。

2 Gankyrin表达与调控的研究

2.1 Gankyrin的上游调控信号

作为癌基因，Gankyrin启动肿瘤发生主要是由其异常高表达引起。Jin等［7］发现在转化Ras的NIH3T3细胞中，检测到Gankyrin的表达显著增加，而通过干涉Gankyrin的表达会阻断Ras激活引起的细胞转化和肿瘤发生。这是首次证明Gankyrin可能参与Ras介导的细胞恶性转化过程。在Ras引起的细胞转化和肿瘤发生过程中，Gankyrin作为Ras-PI3K下游靶基因激活Akt发挥作用，但是Gankyrin并未参与调控Ras下游另一条重要的信号通路——MAPK的传递。另外，Her等［8］通过动物实验证明，Bcl-2家族蛋白可通过上调Gankyrin表达来抑制肝癌细胞凋亡，提示Gankyrin与Bcl-2信号通路之间存在正向反馈机制。因此，目前已证实Ras与Bcl-2可作为Gankyrin的上游调控信号。

2.2 Gankyrin的转录调控

研究发现在由正常肝组织到肝癌的过程中Gankyrin的表达逐渐增强且启动Gankyrin的表达是通过NFY复合物的作用。这一发现与Qian 等［9］报告Gankyrin基因转录是受结合于启动子INR元件的NFY复合物控制相一致。Gankyrin通过INR与转录因子NFY结合，NFY招募具有组蛋白乙酰化酶活性的转录辅助因子p300/CBP，从而使启动子邻近的组蛋白乙酰化，导致核小体结构松散并促进转录的发生。但HDAC可使组蛋白发生去乙酰化，导致其调控的基因转录受抑制。Jiang等［10］采用DEN 诱发的小鼠肝癌模型发现，法尼酯X受体（FXR）可通过HDAC1-C/EBPβ复合物沉默Gankyrin启动子，抑制Gankyrin转录，下调Gankyrin的表达，从而抑制了Gankyrin对Rb、 p53、HNF4α和C/EBP蛋白的作用，防止肝肿瘤的发生。

3 Gankyrin参与肿瘤发生的分子机制研究

Gankyrin在肝癌、乳腺癌等多种恶性肿瘤中高表达，它与Rb、p53、MDM2等多个细胞信号通路中的重要分子发生相互作用，参与调控细胞周期进程、细胞凋亡以及细胞免疫等多种生物学事件。

3.1 Gankyrin与细胞周期

当DNA发生损伤，纺锤体不能正常形成或DNA复制不完全时，细胞周期将会被阻断。细胞内最主要的两个“检验点”——复合物pRb-p16INK4A和p53-ARF-MDM2被持续的激活可使细胞周期紊乱，导致基因组的不稳定和破坏，从而引发癌症。正常细胞到达G1/S调控点时，高度磷酸化的Rb会释放出转录因子E2F，活化E2F-1，E2F-1与DP-1形成二聚体E2F-1/DP-1，进而促使DNA合成基因的表达。研究表明，Gankyrin含有LXCXE模序能特异性的结合Rb，促进Rb的过度磷酸化，导致活性转录因子E2F-1的释放，引起参与细胞增殖一系列相关基因的转录激活［2］。同时，Gankyrin还可以竞争性抑制p16INK4A与细胞周期蛋白依赖性激酶4（CDK4）结合，拮抗p16INK4A对肿瘤细胞增殖的抑制作用［11-13］。Meng Yun团队［14］对胰腺癌研究发现，Gankyrin主要是通过下调细胞周期依赖性蛋白酶CDKs、增殖细胞核抗原PCNA、pRb基因的表达和上调p27蛋白表达来阻滞细胞周期。下调Gankyrin表达能导致细胞周期阻滞在G1/S期，而上调Gankyrin表达导致了与上述相反的结果。在细胞增殖、周期调控及恶性转化过程中，Rb与MDM2的交互作用被认为是肿瘤细胞存活及增殖的重要机制［14］。在乳腺癌（p53阳性）中检测到Gankyrin过表达，而且Gankyrin导致p53的蛋白表达水平显著降低，同时又明显的抑制p53的活性［15］。以上研究提示Gankyrin通过与Rb特异性的结合后促使Rb的降解，并又可促使p53蛋白泛素化和降解，导致细胞周期和细胞凋亡调控紊乱，从而加速细胞恶性化程度，促进肿瘤的发生。

3.2 Gankyrin与细胞凋亡

细胞凋亡无论是在生物体正常的发育中还是在病理情况下都具有十分重要的作用。当受到外界强烈刺激时，细胞核转录因子p53与DNA结合，启动阻滞细胞周期的相关蛋白质表达，从而介导受损细胞的凋亡。但是过表达的Gankyrin可促使p53蛋白的降解，造成依赖于p53的基因表达转录受阻，抑制了细胞凋亡。有研究证实，通过下调Gankyrin的表达可诱导p53野生型的细胞凋亡［16-17］。因此，由Gankyrin引起的P53泛素化和降解，是肿瘤细胞逃逸细胞凋亡的化疗耐药性的分子基础。Bcl-2是重要的抗凋亡分子，其活性受可逆性磷酸化调节。迄今仅发现PP2A与Bcl-2共定位于线粒体膜，PP2A通过去磷酸化Bcl-2，抑制Bcl-2的抗凋亡活性，促进细胞凋亡［15］。Nagao等［18］应用酵母双杂交技术鉴定了另一个与Gankyrin相互作用的蛋白质——黑色素瘤抗原之一MAGE-A4，MAGE-A4的C-端介导与Gankyrin的结合。有研究报道，MAGE-A4本身并不能够调控细胞周期和细胞凋亡。虽然目前它的功能还不清楚，但是在Gankyrin高表达的肿瘤细胞以及裸鼠成瘤实验中，MAGE-A4表现出了抑瘤的活性，这提示MAGE-A4与Gankyrin结合后，可以抑制Gankyrin抗凋亡的活性。

3.3 Gankyrin与细胞免疫

炎症与肿瘤的发生关系密切，多项研究证明，生物体内先天性免疫和炎症反应的关键作用因子NF-κB信号通路异常与肿瘤的发生有关。但NF-κB信号通路发挥癌基因或抑癌基因的作用［19-21］取决于细胞类型及其环境。在许多肿瘤中（如大肠癌、乳腺癌等），NF-κB复合体持续性激活并高表达，癌细胞凋亡受阻，细胞生长失控［22］。然而最新研究发现在肝细胞癌中NF-κB 则起抑癌作用［14］，并且在化学物质诱导肝损伤的过程中，NF-κB 的活性局部性被抑制，将导致肝细胞癌的发生［23］。2007 年，有两个实验团队同时报道Gankyrin参与调控了NF-κB信号通路［24-25］。Gankyrin作为核-浆穿梭蛋白可以直接或间接与RelA及P50结合，使其阻滞于胞浆，负调控本底的以及由TNF-α刺激引起的NF-κB的激活［17］。此外，Gankyrin含有的7个串联排列的ankyrin（ANK）重复序列，而作为NF-κB主要抑制因子IκBs蛋白家族也含有6个ANK重复序列，其中IκBαC端的两个ANK与NF-κB结合并抑制NF-κB活性。由此推测Gankyrin可能在细胞炎症反应中起重要作用。Gankyrin对细胞增殖、转化是否与其调控NF-κB信号有关目前还是未知。

3.4 Gankyrin与其他信号通路的交互作用

Gankyrin的表达受多种信号传导通路和调控机制的严密控制。有研究报道，Gankyrin能通过活化PI3K/Akt/HIF1α信号通路促进VEGF、MMP、Twist等细胞因子的表达，从而促使肝癌细胞发生上皮-间质转换，影响肝癌细胞的转移和侵袭［11］。肿瘤细胞生长以糖酵解为主要途径，缺氧将激发肿瘤血管新生、增强转移能力等适应性应答反应，转录因子HIF1α在其中发挥中心作用。由此推测，Gankyrin也可能参与肿瘤发生过程中促血管生成。目前在用DEN和CCl4等化学毒物致肝癌的动物模型中发现，肝细胞内活性氧的水平均出现升高［26］。已有研究报道，Gankyrin可介导AKT信号途径来增强细胞氧化应激耐受的作用。Zhang等［27］在子宫内膜癌细胞模型中分别通过下调和上调Gankyrin的表达，观察到其可分别引起细胞增殖的抑制和增加。这项研究表明子宫内膜癌中Gankyrin异常高表达，其通过雌激素驱动GPR30信号肽介导的PTEN/PI3K/AKT信号途径促进癌细胞不断增殖。在DEN诱导的大鼠肝癌发生模型中检测到Gankyrin表达升高，并发现Gankyrin通过下调HNF4α的表达，在诱导肝细胞去分化的过程中发挥关键作用［28］。近来研究发现，β-catenin能够直接与Gankyrin启动子区结合，启动Gankyrin 的转录，而上调表达的Gankyrin又正向反馈调节β-catenin的转录活性。研究发现，在肝癌发生早期β-catenin出现异常聚集，进而促进肝癌的发生以及早期肝癌细胞的快速增殖［29］。除此之外，Gankyrin还可以与其他信号通路如RhoA/ROCK，Janus kinase/ STAT 等发生交互作用（cross-talk），促进肿瘤的发生。

4 Gankyrin参与化学物致肝癌发生的研究

肝癌是世界常见的十大恶性肿瘤之一，占全球恶性肿瘤死因的第3位［30］。全国3次恶性肿瘤死亡调查结果的综合比较显示，我国肝癌死亡率位居男性及女性恶性肿瘤的第2位和第3位［32］。目前的研究认为肝炎病毒感染、黄曲霉毒素B1（aflatoxins B1，AFB1）和家族遗传基因是肝癌发生的主要危险因素［33］。对于AFB1以及MC-LR的致癌机制已有了部分研究，但是还不完善。已有实验证明，Gankyrin参与了环境化学物诱导肝癌发生的过程。Dai等［29］研究团队用小于600 μmol/L的H2O2刺激正常肝细胞系QSG7701和肝癌细胞系Hun7 12 h后，蛋白检测结果发现这两种细胞系中Gankyrin的表达均有不同程度的升高，肝癌细胞中Gankyrin的表达明显高于正常组。提示氧化应激可刺激肝癌细胞中Gankyrin的高表达，上调的 Gankyrin又能够促进肝癌细胞内各种抗氧化酶的表达。从而在氧化应激下，肝癌细胞可能通过这种机制维持细胞活力和保持细胞稳态。Sakurai等［33］用致癌物DEN诱导体内肝癌发生的过程中发现，DEN可以使肝细胞持续处于氧化应激状态，最终导致肝癌发生。Jiang等［10］用DEN在Fiseher344鼠体内诱导肝癌的发生，在肝癌发生的不同阶段，也分别检测到Gankyrin基因的变化，证实Gankyrin在肝细胞的恶性转化中可能发挥重要作用。肝脏作为绝大多数化学物在体内代谢或生物转化的主要器官，化学物经Ⅰ相酶CYP450家族的生物代谢活化形成毒性较强的产物，对肝脏产生损害，同时Ⅰ相酶对其分解过程中产生大量ROS分子，是其细胞毒性的重要原因。AFB1、MC-LR都是以嗜肝细胞为主的环境污染物，AFB1与MC-LR进入细胞后，均能引起机体产生大量的氧自由基，对机体造成氧化损伤。DNA氧化损伤后又将引起细胞的DNA损伤后反应，包括DNA修复以及其他影响细胞功能和稳定的信号通路的改变（包括ATM-p53信号通路）［34］。前面提到DEN 诱导肝癌模型中Gankyrin表达上调，并且Gankyrin可调控p53信号通路，同时Gankyrin与相关的26 S蛋白酶体还参与DNA双链的修复，发挥抗凋亡的功能。据此我们推测，Gankyrin可能参与黄曲霉毒素和微囊藻毒素致肝癌的发生过程，从而调控肝细胞恶性表型变化。因此，以Gankyrin作为研究目标，有望为日后揭示黄曲霉毒素与微囊藻毒素致细胞恶性转化的机制提供理论依据。

5 结论与展望

综上所述，目前关于Gankyrin基因参与肿瘤发生机制的研究主要聚焦于：① Gankyrin蛋白通过高度磷酸化与CDK相互作用后，降解抑癌蛋白Rb，致使Rb蛋白失活，促使细胞由G1期向S期转化，进而扰乱了细胞周期；②Gankyrin通过与MDM2相互作用，介导p53蛋白泛素化降解，负调控p53的抗凋亡机制；③Gankyrin与RelA相互作用，参与调控肿瘤细胞免疫；④Gankyrin与其他信号通路的交互作用。图1总结了 Gankyrin 参与肿瘤发生的主要分子机制。

2011年Douglas等［35］综述了肿瘤细胞所具有的10大共性：增殖信号的自我补充、对抗增殖信号不敏感、抗凋亡、持续血管生成、无限复制能力、组织侵袭和转移、避免免疫推毁、促进肿瘤炎症、细胞能量代谢异常以及基因组不稳定和突变。目前的研究已证实Gankyrin参与调控细胞周期、细胞凋亡和细胞免疫的相关信号通路的分子机制，但对其参与调控其他方面如细胞能量代谢异常、维持血管生成等的作用机制还不清楚。Gankyrin作为活跃的参与肝癌发生众多调控信号通路的分子，其在肝癌的预防、拮抗、治疗和诊断中的靶标作用值得进行更深入的研究。

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R730.231

A

1004-616X（2015）01-0071-04

10.3969/j.issn.1004-616x.2015.01.016

2014-09-12；

2015-01-02

国家自然科学基金重点项目（81230064）；国家自然科学基金青年基金项目（81302407）

作者信息：王灵巧，E-mail：mamababa520qq@163.com。*通信作者，舒为群，E-mail：xm0630@sina.com