β-catenin在乳腺发育及乳腺癌中的研究进展

王姿懿，赵海东

(大连医科大学附属第二医院 乳腺外科, 辽宁 大连 116027)



β-catenin在乳腺发育及乳腺癌中的研究进展

王姿懿，赵海东

(大连医科大学附属第二医院 乳腺外科, 辽宁 大连 116027)

[摘要]β-catenin是存在于细胞膜表面和细胞质的一种多功能蛋白。在乳腺发育和肿瘤发生过程中，β-catenin通过细胞粘附、信号转导和对细胞内特定基因的表达调控来发挥重要作用。近年来研究表明，β-catenin在乳腺发育的多个阶段对干细胞的生物学特性起关键调控作用；而β-catenin信号的异常活化、聚集，将导致细胞生长、分化、代谢及生物学行为异常，诱导肿瘤发生。本文就β-catenin的相关信号通路及其在乳腺发育和乳腺癌发生发展中的作用作一综述。

[关键词]β-连环蛋白；Wnt信号通路；乳腺发育；乳腺癌

[引用本文]王姿懿，赵海东.β-catenin在乳腺发育及乳腺癌中的研究进展[J].大连医科大学学报，2016,38(1)：84-88.

β-catenin蛋白是一种多功能蛋白，其果蝇的同源蛋白称为Arm(Armadillo)。β-catenin蛋白最初是作为与细胞膜上钙依赖性粘附分子(E-cadherin)相互作用的胞内分子而分离和克隆的[1]，其主要功能是参与细胞间的相互粘连。在乳腺上皮中，β-catenin通过介导与E-cadherin的相互作用，将细胞外粘附分子与胞质内细胞骨架相互连接，以保持质膜的完整性，并参与细胞的粘附、迁徙与转移等过程。随后的研究发现，它不仅是细胞粘附分子，还是Wnt信号通路中重要的传递因子，在细胞核中，β-catenin通过调节基因表达过程，在乳腺发育以及肿瘤发生的调控上起到了显著作用。细胞间粘附连接处β-catenin的丢失以及胞质与胞核中β-catenin的高表达都可通过多种途径独立发生，并诱导乳腺癌的发生。本文对近年来β-catenin作为信号节点在多种通路中的功能，及其在乳腺发育与乳腺癌发生发展中的作用进行综述。

1β-catenin概述

β-连环蛋白(β-catenin)是一种细胞骨架蛋白，最初作为细胞粘附分子被发现[1]，β-catenin基因CTNNB1位于人染色体3p21，长度23.2kb，包含16个外显子，编码相对分子质量为92 kD的蛋白。β-catenin蛋白共有781个氨基酸，其氨基端有130个氨基酸，其中第3外显子编码产生3个丝氨酸(Ser)和1个苏氨酸(Thr)位点，能与糖原合成激酶(GSK-3β)结合使其磷酸化，引发β-catenin降解，以维持β-catenin的稳定性。这些氨基酸残基缺乏或突变则会使β-catenin免于降解，并在胞浆内聚集，这与肿瘤的发生发展密切相关[2]。 β-catenin蛋白的羧基端由100个氨基酸组成，是下游靶基因的结合位点，β-catenin通过Tcf或其他转录因子与特定的DNA序列相结合，激活靶基因的转录[3]。中间区域含有550个氨基酸，具有12个Arm的重复序列，其C端具有3个α-螺旋，其相互作用形成稳定的右手螺旋结构，上面有一个碱性氨基酸排列而成的带正电的浅沟，能够抵抗蛋白酶的水解，也可与E-cadherin、T细胞因子(TCF)和肿瘤抑制腺瘤性结肠息肉病杆菌(APC)等蛋白相结合。目前已明确β-catenin具有两种功能：一是与E-cadherin和α-catenin蛋白连接，维持组织结构的完整性和极性，介导细胞间粘附连接，二是作为Wnt信号通路重要的传递因子，参与转录调节，与胚胎发育及肿瘤的发生密切相关[4]。

2调节β-catenin蛋白的信号通路

2.1Wnt/β-catenin信号通路

Wnt信号途径是由一种分泌的信号蛋白(Wnt)，跨膜受体蛋白(Frizzled)，及复杂的多种细胞内胞浆蛋白共同组成，负责将信号由细胞表面传至细胞核内。而β-catenin蛋白是介导Wnt信号传导的关键分子，其在细胞内的水平决定着Wnt信号通路的开放或关闭[5]。当不存在Wnt信号时，胞浆中新合成的β-catenin与一个多蛋白破坏复合体，包括APC、GSK-3β和Axin蛋白形成的三元复合体相结合，并促进β-catenin的N末端丝氨酸/苏氨酸位点磷酸化[6]。磷酸化的β-catenin能够被遍在蛋白(β-TrCP)识别并泛素化，最终以蛋白酶体的途径迅速降解，使细胞中β-catenin保持在低水平状态[6]。当细胞核内无Wnt信号转入时，转录因子家族TCF/LEF通过募集Groucho和/或CtBP共同阻抑DNA转录。当Wnt信号被激活后，Wnt蛋白与Frizzeled的胞外区结合，在低密度脂蛋白受体相关蛋白(LRP-5/6)协同作用下，存在于细胞浆中的Dishevelled蛋白(Dsh)被募集至细胞膜下，并使GSK-3β磷酸化，导致GSK-3β从Axin蛋白上脱落，抑制了β-catenin的降解，大量游离的β-catenin进而在胞浆中聚集并进入细胞核[7]，与TCF/LEF结合形成TCF/LEF/β-catenin复合体，使其变为转录激活剂，特异性启动和激活下游靶基因的转录，包括c-myc、c-myb、cyclinD1等基因。经典的Wnt信号是高度保守的，并且在许多组织中调控干细胞动力学，包括乳腺癌基因的表达[8]。

2.2调节β-catenin信号的其他途径

虽然经典的Wnt信号途径主要取决于β-catenin的稳定性，但是许多其他的信号转导途径也在乳腺癌中异常激活或抑制，同样也调节β-catenin的稳定性和转录活性。例如，脯氨酸异构酶(Pin1)能够结合到β-catenin蛋白的S246P位点，使其磷酸化，阻止其与APC结合，提供了一个重要的wnt独立稳定机制[9]。Akt和整合素偶联酶(ILK)通过抑制GSK3β活性来调节β-catenin蛋白。重要的是，肿瘤抑制因子同源性磷酸酶(PTEN)均抑制这两个路径[10]。此外，p53-DNA损伤的途径中，Siah-1和Ebi能与APC相互作用，形成选择性破坏复合物，无论β-catenin是否磷酸化均能被其识别和破坏[11]。P53蛋白的同源物ΔNp63是p53依赖性杀伤的靶点。在癌症中，p53基因缺失可使ΔNp63和蛋白磷酸酶(PP2A)相互作用，从而抑制了GSK3β活性，使β-catenin稳定存在[12]。NF-κB信号通路关键激酶(IKKα及 IKKβ)均能磷酸化β-catenin[13]，但二者的作用相反，IKKα能够增加β-catenin蛋白的稳定性和转录活性，而IKKβ则起抑制作用[13]。转化生长因子β(TGFβ)通路和Sox17，通过调节其与转录共活化物TCF/LEF的相互作用来调节核内的β-catenin。其他蛋白质，如组蛋白甲基转移酶(EZh1)，与β-catenin相互作用促进其移位进入细胞核。还有许多酪氨酸激酶磷酸化β-catenin阻止其与细胞膜上的钙粘蛋白复合物结合。有研究证实，Src、表皮生长因子受体(EGFR)、成红细胞白血病病毒致癌基因-2 (ErbB2)能磷酸化β-catenin的Y654位点，伯尔森酪氨酸激酶(Abl)磷酸化其Y489位点。这些Wnt信号以外的β-catenin调节信号刺激效应称为非经典途径。细胞质β-catenin在各种监管系统网络中转变成一系列阈值，及时精确的调节乳腺发育及周期重构。

3β-catenin蛋白与乳腺发育

乳腺发育是从胚胎发育开始，通过上皮-间质作用以及分化形态的产生而进行的。胚胎期发育停止后，乳腺经过青春期、妊娠期以及哺乳期才能发育完全。在人胚胎发育5～6周时，乳腺间质在胚胎覆面从颈部到腹股沟诱导生成一对索状的原始乳线。而这条乳腺在胸部形成了一对所谓的乳腺脊。各种研究表明，Wnt信号对于乳腺的特化和形态发生是必不可少的[14]。有研究发现，活化小鼠胚胎乳腺区经典的Wnt/β-catenin信号通路，与小鼠乳腺形态发生一致，并且随后在乳腺基板和乳腺芽中Wnt信号通路活跃[15]。据报道，经典的Wnt信号明确了乳腺脊的发育，但是随后在细胞形成基板的时候表达受限[15]。Chu等[15]通过实验证实，Dkk1抑制早期经典的Wnt信号，随后wnt10b沿着乳腺脊和所有的基板诱导乳腺发育。Wnt信号通路的其他靶向正性作用元件，如Lrp6, Lrp5, Lef1和Pygo2，也能导致基板发育障碍，轻则使其萎缩，重则使其退化；但同时，Wnt信号通路还刺激β-catenin信号，产生相反的作用，加速扩展并诱导基板发育和基板标志物的表达(wnt 10b和T-box转录因子3)[16]。当基板内陷形成瓶状芽时，经典的Wnt信号对乳腺形态发育也是不可或缺的。芽内陷取决于乳腺间质特化，并由甲状旁腺素相关肽(PTHrP)支配。值得注意的是，经典的Wnt信号通路在间叶细胞表达的相关报道中指出，Lef1和一些靶基因的表达依赖于PTHrP[17]。近年来微阵列研究报道中指出，在诱导乳腺间质特化过程中，β-catenin靶基因可能代表PTHrP的一个重要分子发挥作用[18]。

出生后的乳腺发育暂时由激素调节，但是它们的行为受局部旁分泌因子的空间传播影响。在青春期，雌激素、生长激素和局部胰岛素样生长因子刺激乳腺芽末端细胞增殖，使乳腺导管延伸。但是目前，并不确定雌激素与经典的Wnt信号通路之间存在直接的关系。在青春期，虽然只有一部分Wnts高表达，但是，Wnt5a和Wnt7b mRNA在乳芽末端以及Wnt2在周围间质中表达尤其丰富[19-20]。研究表明，非经典Wnt通路拮抗经典Wnt通路在乳腺发育过程中占据重要位置。例如，在乳腺形态发生极化过程中，Wnt5a丢失能刺激非经典信号通路，使细胞质和细胞核中的β-catenin蛋白增加，并加速导管增生[21]。重要的是，Wnt5a是转化生长因子TGFβ重要的中介物，说明在青春期乳腺导管的形态发育过程中，β-catenin信号的低水平是通过TGFβ 和Wnt5a相互拮抗来维持。

4β-catenin与人类乳腺癌

β-catenin通过其粘附复合物的双重功能，在众多的信号转导通路中作为一个传感/转录调节因子，在人类乳腺癌发生发展过程中起到关键作用，包括经典的Wnt通路[22]。当Wnt通路处于激活状态时，Wnt蛋白与细胞表面Fz受体结合，在Dsh的参与下，使GSK-3β失活，因此，β-catenin不能被降解，并进入细胞核，与转录因子相互作用启动转录过程，调控相应基因的表达[23]。据文献报道，Wnt通路异常激活能够诱发乳腺腺癌[24]。这些“转化”的Wnt通路能增加乳腺癌细胞系中的β-catenin表达，提示它们的致癌作用可以通过经典的β-catenin信号传达[25]。近年来相关研究均证实乳腺癌的发生与β-catenin通路中相关基因表达异常有关。DVL-1基因编码Dsh蛋白，是Wnt通路下游的激活剂，在50%的导管乳腺癌中表达上调[26]。FRP1/FRZB基因位于人类染色体8p11-21，编码的卷曲相关蛋白1(Frp1)分泌Wnt抑制剂，在80%的恶性乳腺癌中发现Frp1的表达被抑制或沉默，这是乳腺癌中最常见的变化之一[27]。AXIN基因位于17q23-q24，编码的Axin蛋白在一部分乳腺癌中表达下调。研究发现，Axin能使细胞内β-catenin不稳定，这表明在乳腺癌中有频繁的杂合子缺失[28]。此外，在36%～50%的乳腺肿瘤中，由于APC基因杂合子缺失，突变和甲基化，使其表达沉默[29]。多项研究报告均表明β-catenin在乳腺肿瘤中表达上调，且预后较差[26, 28, 30]。

β-catenin也可不通过Wnt通路机制稳定调节。据报道，在散发的遗传性乳腺癌中，这些途径中许多关键蛋白(PTEN，ILK，IKKA，IKKb，Pin1和P53)均调节异常或发生突变[22]。例如，Pin1蛋白在80%的乳腺癌中上调，通过抑制相关APC蛋白稳定β-catenin[31]。PTEN和p53基因突变常发生于Cowden’s和Li Fraumeni综合症，表现为25%～50%的易感性易患上乳腺癌，并且PTEN基因缺失与浸润性导管乳腺癌密切相关[32-33]。而且研究发现，PTEN基因的过度表达部分抑制wnt基因诱导的肿瘤发生；相反，PTEN基因的丢失和激活Akt蛋白能通过激活β-catenin引起正常和恶性乳腺干细胞的扩增[10, 33]。这些数据表明PTEN作为一个肿瘤抑制基因，其功能部分是通过Wnt通路介导的。β-catenin和p53以复杂的方式相互调节；β-catenin使p53表达上调，及p53能够稳定β-catenin表达，都是通过GSK-3β依赖性和Siah依赖性机制[11, 34]。一项基因表达的研究报道，在30%肿瘤中β-catenin上调伴随Siah和Axin下调[28]。而且，组织中β-catenin和p53表达增加，临床预后都比较差[30]。在最近的一项小鼠模型的发育研究中也证实，乳腺癌中p53和β-catenin之间存在显著的协同效应[35]。其中也可通过上调β-catenin的靶基因来增加其表达[31]。在这些靶基因中，cyclin D1和c-myc在40%的乳腺癌中表达上调，而且扭曲蛋白(Twist)与肿瘤细胞的侵袭特点紧密相关[36]。所以，β-catenin具有成为判断乳腺癌预后指标的潜力。

5结语

综上所述，β-catenin作为细胞内各种信号通路的节点，与乳腺发育及乳腺癌的发生存在密切联系。细胞膜上β-catenin表达异常及细胞内Wnt/β-catenin信号通路的异常激活均能导致乳腺癌的发生。临床上对β-catenin进行检测有助于判断乳腺癌预后，而把β-catenin作为治疗靶标，通过化学药物或基因药物对胞膜及细胞质中β-catenin进行调控，最终达到抑制肿瘤发生和发展，为控制乳腺癌的发生和发展展示出广阔的应用前景。相信随着相关研究的深入，全面揭示β-catenin信号传导在乳腺癌发生与发展中的作用，可为乳腺癌的诊断、治疗及预后提供有效依据。

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Role of β-catenin in mammary development and breast carcinoma progression

WANG Zi-yi，ZHAO Hai-dong

(DepartmentofBreastSurgery，theSecondAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity，Dalian116027，China)

[Abstract]β-catenin is a multifunctional protein on cell membrane and in cytoplasm. β-catenin plays important roles in mammary development and tumorigenesis through its functions in cell adhesion, signal transduction and regulation of cell-context-specific gene expression. Recent studies indicate critical role of β-catenin signaling in stem cell biology at multiple stages of mammary development, and aberrant activation and accumulation of β-catenin, resulting in the abnormal cell growth, differentiation, metabolism, and biological behavior, are related to tumorigenesis. This review summarizes the signal pathways of β-catenin and its roles in mammary development and breast carcinoma.

[Key words]β-catenin；Wnt signaling pathway；mammary development；breast cancer

doi:综述10.11724/jdmu.2016.01.21

作者简介：王姿懿(1990-)，女，辽宁大连人，硕士研究生。E-mail：wangziyi0216@163.com 通信作者：赵海东，主任医师。E-mail：z.hddl@hotmail.com

[中图分类号]R655.8

[文献标志码]A

文章编号：1671-7295(2016)01-0084-05

(收稿日期:2015-05-26；修回日期:2015-12-28)