PAQR3及与其相关疾病关系研究进展

吴水梅　郑　燕　刘茂生　李腾政　万　倩　张吉翔

(南昌大学第二附属医院消化内科，江西　南昌　330006)

PAQR3及与其相关疾病关系研究进展

吴水梅郑燕刘茂生李腾政万倩张吉翔

(南昌大学第二附属医院消化内科，江西南昌330006)

〔关键词〕PAQR3；Raf；高尔基体；肿瘤

Tang等〔1〕第一次描述了PAQR3基因，它位于染色体4q21.21上，在大多数物种中编码一种蛋白质，具有高度保守性。虽然PAQR3基因在原核生物中首次发现，但已被证实存在于真核生物中〔2〕。与其他PAQR家庭成员不同，PAQR3相当早从家庭中发脱离出来并显示出相对独立的分化〔1,2〕。人类PAQR3蛋白含有311个氨基酸残基。RT-PCR评估人体组织PAQR3的mRNA表达水平显示，在人的脑、睾丸、小肠、皮肤、胸腺中高表达，而小鼠的肾脏、脑、睾丸和肝中PAQR3 mRNA的表达量更高〔1,3〕。

内源性和异位表达的PAQR3免疫荧光分析表明其定位与高尔基标记物Golgin-97和GM130重叠，因此确认PAQR3定位于高尔基体〔3〕。类似于PAQR家族的其他成员，PAQR3最初预测具有七次跨膜结构域(7-TMDS)，包含位于高尔基体膜内N末端和高尔基体膜外C末端〔1,3〕，其中第一、三、五环面向高尔基腔，第二、四、六环朝向胞质〔4〕。Luo等〔4〕进行的研究还发现，至少有4个独立片段与PAQR3的高尔基体定位有关，包括TMDS之间的第一个及第三个环和位于N末端的膜近端10个氨基酸(氨基酸61-71)，位于C-末端的膜近端5个氨基酸(氨基酸299-303)。由于Raf-1激酶在高尔基体上的空间调控作用，PAQR3又获得了新的名字——RKTG，而N-末端序列和第三个环对于PAQR3与Raf-1之间的相互作用都是必需的〔5〕。

1PAQR3参与的信号通路

PAQR3主要调控细胞增生的Ras/Raf/MEK/ERK信号通路，通过与该通路成员Raf的相互结合将胞质中分布的Raf锚定在高尔基体上，削弱Raf激酶的活化，干扰了Raf与其上游的Ras以及下游的MEK蛋白的结合，从而阻碍了Ras将信号向下游分子传递，最终抑制ERK信号。在PAQR3敲除小鼠中ERK活性增强，并且在受到生长因子刺激时表现出更强、持续时间更长的ERK激活〔3,6，7〕。在HEK293T细胞中，PAQR3的过表达导致Raf-1的丝氨酸338明显减少，在表皮生长因子(EGF)诱导下ERK和P90RSK(细胞质中ERK的基板)发生磷酸化；此外，PAQR3过表达阻滞了Ras和Raf-1刺激的ELK-1(ERK的核目标)反式激活，并强烈地抑制刺了PC12细胞神经生长因子(NGF)诱导的分化〔3〕。B-Raf是Raf激酶家族中最频繁突变的基因，肿瘤的发展过程中PAQR3也与降低缺氧诱导因子(HIF)-1α的反式激活活性，负向调节血管内皮生长因子(VEGF)的表达，因此阻断了自分泌VEGF信号，见图1〔8〕。

PAQR3也可以通过将GPCR Gβγ亚基螯合至高尔基体调节GPCR信号，从而抑制Gβγ功能和阻断Gβγ与下游靶蛋白的相互作用，如GRK2和AKT(图1)〔9〕。有证据表明，肿瘤的发生和上皮-间质转化(EMT)期间PAQR3和p53之间存在功能上的相互作用。在生理条件下，PAQR3的缺少，通过改善PAQR3依赖的GPCR的Gβγ亚基信号，增强了GPCR介导的AKT和其基板糖原合成酶激酶-3(GSK3β)的激活，并伴随的p53 Ser15磷酸化增加和p53及其靶基因的积累，p21和p16。在病理生理条件下，PAQR3和p53的损失会导致EMT和肿瘤〔10〕。在最近的一项研究中，发现PAQR3通过分流磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)的P110α亚基至高尔基体和改变PI3K活性从而负向调节胰岛素信号〔11〕。PAQR3与p110α的p85结合域相互作用，过表达PAQR3剂量依赖性地降低PI3K调节亚基p85α和p110α的结合，从而进一步调节下游通路〔12〕。

图1　PAQR3参与的信号通路

2与PAQR3相关的疾病

2.1消化系统肿瘤

2.1.1结直肠癌大肠癌是男性中第三个大最常见的癌症，女性中排名第二，2008年新发生的病例超过1 200 000例，估计死亡的有608 700例〔13〕。虽然在一些西方国家，大肠癌的死亡率一直在下降，但在许多国家，由于资源和健康基础设施有限，大肠癌的死亡率仍然在继续增加〔14〕。王笑等〔12,15〕对PAQR3在结直肠癌发生发展过程中的作用进行研究，发现PAQR3在人结肠直肠癌患者样本的癌组织中表达量显著低于癌旁组织。PAQR3敲除后的ApcMin/+小鼠生存时间缩短，小肠中腺瘤数目和负荷增加。此外，在结肠癌细胞系SW-480中，过表达PAQR3抑制细胞的增殖。相反，敲减内源性的PAQR3促进SW-480细胞增殖和克隆形成。首次揭示了PAQR3具有抑制结肠直肠癌发生发展的作用，这或许给结直肠癌的靶向治疗带来了新的方向和策略。

2.1.2胃癌胃癌是最常见的消化道恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率高，5年生存率低〔16,17〕。胃癌的特点是不同的地理分布，70%以上的情况下发生在某些发展中国家和东亚，如中国，日本和韩国〔16〕。最近的一项研究显示，在胃癌患者中存在五个特征性的基因改变，包括FGFR2(9%的肿瘤)，KRAS(9%)，EGFR(8%)，ErBB2(7%)和 MET(4%)〔18〕。总的来说，这项研究显示，受体酪氨酸激酶家族(RTK)及其下游Ras介导的信号通路的基因，包括胃癌发生发展中相关的主要基因发生了改变，表明某些胃癌患者可能可以通过改善RTK和/或RAS而被治愈〔18〕。而前面我们提到PAQR3主要调控控制细胞增生的Ras/Raf/MEK/ERK信号通路，通过与该通路成员Raf的相互结合将胞质中分布的Raf锚定在高尔基体上，削弱Raf激酶的活化，干扰了Raf与其上游的Ras以及下游的MEK蛋白的结合，从而阻碍了Ras将信号向下游分子传递，最终使ERK信号受到抑制。Ling等〔19〕则对PAQR3与胃癌之间的关系进行研究，对大量的胃癌患者癌及癌旁组织临床样本(300对)研究发现，与癌旁组织相比，胃癌组织中PAQR3蛋白及mRNA的表达量显著下调，且与胃癌的进展和转移密切相关。体外实验也证实了PAQR3抑制胃癌细胞的生长和迁移能力〔20〕。

2.1.3肝癌Wu等〔21〕采用实时荧光定量RT-PCR、免疫印迹和免疫组化检测了原发性肝癌中 PAQR3的表达水平，结果显示，在大多数肝癌组织中PAQR3 mRNA和蛋白表达水平下调，而PAQR3表达低可能表明HCC患者的预后较差。临床病理分析表明，PAQR3的表达水平与血清α甲胎蛋白(AFP)表达显著相关，此外，体外细胞实验发现PAQR3抑制肝癌细胞生长和集落形成。PAQR3可能是一种新的HCC预后的生物标志物，也为肝癌的治疗提供新的策略。

2.2其他肿瘤与PAQR3相关肿瘤中最早被发现的即是恶性黑色素瘤，Fan等〔7〕首次发现当人类恶性黑色素瘤A375细胞株过度表达 B-Raf(V600E)，PAQR3将B-Raf转运至高尔基体，从而阻断ERK信号通路，抑制了 ERK激活、细胞增殖和转化，此外，表达PAQR3 的A375细胞抑制了裸鼠成瘤性，这些结果说明，PAQR3通过拮抗B-Raf,负向调节ERK信号，在致癌基因B-Raf突变的人恶性黑色素瘤中起着抑癌作用。当然，之后Jiang等〔10〕发现PAQR3缺陷小鼠皮肤肿瘤的发生率也远高于PAQR3正常的小鼠，但不同的是，他们认为这是因为PAQR3缺少，改善了PAQR3依赖的GPCR Gβγ亚基信号，增强了GPCR介导的AKT和其基板GSK3β的激活，这种改善伴随的p53 Ser15磷酸化增加和p53及其靶基因的积累，p21和p16，在病理生理条件下，PAQR3和p53的损失会导致EMT和肿瘤。

自分泌VEGF信号用于维持血管的动态平衡。失调的血管生成牵涉到许多人类癌症的发展，特别是在富含血管的肾透明细胞癌(RCC)。同时，抗血管生成治疗已成为治疗人类癌症的一种有效策略。姜晓萌和 Zhang等〔8,22〕通过一系列实验，发现PAQR3对内皮细胞的增殖、迁移、和血管的生成起负调控作用，通过抑制丝裂原活化蛋白激酶信号，进而抑制HIF-1α/P300复合体的形成和抑制VEGF的转录负调控转录激活HIF-1α，从而减少缺氧诱导的VEGF生成。临床样本结果分析显示肾透明细胞癌较癌旁组织PAQR3表达水平显著下调，并且与VEGF表达水平呈负相关。这些研究结果说明，PAQR3抑制肾透明细胞癌的发生发展。

近年来，越来越多的证据表明PAQR3与多种肿瘤的发生发展有关，包括膀胱癌〔23〕、喉鳞状细胞癌〔24〕、乳腺癌病〔25〕、骨肉瘤〔26〕，且目前倾向认为PAQR3是肿瘤发生发展过程中的抑制基因，这对于多种肿瘤的靶向治疗提供了一个新的思路。

2.3肥胖胰岛素抵抗和代谢性疾病的发病密切相关，尤其是2型糖尿病〔27〕。磷酸肌醇3-激酶(PI3K)/Akt通路是胰岛素代谢行动中心。研究发现，PAQR3能够与PI3K的催化亚基p110α相互作用将p110α锚定在高基体上从而影响其活性。过表达PAQR3抑制胰岛素刺激的PI3K的活性以及下游靶基因AKT和GSK3β的活化;而缺失PAQR3增加PI3K的活性和下游基因的磷酸化水平〔11,28〕。在体内实验中，敲除PAQR3的小鼠能够增加胰岛素刺激的葡萄糖转运蛋白(GLUT4)向细胞膜的转运和葡萄糖吸收，增加胰岛素的敏感性。此外，PAQR3还可以通过调控内质网应激，影响瘦素信号通路，从而影响肥胖〔11,28〕。

3展望

近年来，PAQR3成了研究热点，因为它不仅与多种肿瘤发生发展之间存在联系，还与糖尿病引起的肥胖相关〔11,28〕，那么PAQR3到底参与了哪些信号通路调节了这些病理生理过程？位于高尔基体膜上的七次跨膜蛋白PAQR3主要通过捕获Raf激酶调控Ras/Raf/MEK/ERK信号通路，当然，它也可以通过将GPCR Gβγ亚基螯合至高尔基体调节GPCR信号，从而负调节Gβγ功能和阻断Gβγ与下游靶蛋白的相互作用及与PI3K的催化亚基p110α相互作用将p110α锚定在高基体上从而影响其活性，但是PAQR3是否还参与其他的通路还不是很清楚。目前大量肿瘤研究都显示PAQR3是一个抑癌基因，该基因是否能成为肿瘤治疗的靶点，仍需要未来进一步的研究。

4参考文献

1Tang YT,Hu T,Arterburn M,etal.PAQR proteins:a novel membrane receptor family defined by an ancient 7-transmembrane pass motif〔J〕.J Mol Evol,2005;61(3):372-80.

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3Feng L,Xie X,Ding Q,etal.Spatial regulation of Raf kinase signaling by RKTG〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,2007;104(36):14348-53.

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28王玲娣.PAQR3在肥胖和胰岛素抵抗中的功能研究〔D〕.北京：中国科学院大学,2012.

〔2016-01-27修回〕

(编辑李相军)

基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.81360074)

通讯作者：张吉翔(1950-)，男，教授，主要从事消化系统方面的研究。

〔中图分类号〕R-1

〔文献标识码〕A

〔文章编号〕1005-9202(2016)11-2784-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.11.105

第一作者：吴水梅(1989-)，女，硕士，主要从事消化系统方面的研究。