TRB 3在代谢障碍与肿瘤间的桥梁作用

张叶飞，李杨，钱波，徐敏,3#

1南京医科大学上海市第一人民医院消化科，上海200080

2南京中医药大学附属医院消化内镜中心，南京210000

3上海交通大学附属第一人民医院消化科，上海2000800

Tribbles同源蛋白 3（tribble homolog 3，TRB3）是一种哺乳动物三聚体同系物，最初在黑腹果蝇中被发现，被认为是一种调节细胞增殖、分化和凋亡的进化保守蛋白[1]。TRB3位于第20号染色体（20p13-p12.2），编码358个氨基酸，相对分子质量约为65 kD[2]。蛋白序列分析显示，TRB3蛋白有3个有功能的超2级结构，即中心激酶样结构域，结构域具有不同功能的N端和C端蛋白。分子机制研究显示，TRB3过度表达，可以通过加强蛋白酶的水解调控细胞周期，在细胞的增殖和分化中起关键作用[3-5]。TRB3与代谢障碍、肿瘤之间存在重要的联系。

1 TRB3与代谢障碍

当人体内的糖类、脂肪、蛋白质等物质发生代谢紊乱时，会出现高血糖、高血压、高尿酸血症、血脂异常等代谢性疾病，这一系列症候群即为代谢综合征。众所周知，代谢综合征是心血管疾病和肿瘤等的重要危险因素。研究认为，胰岛素受体功能失调和胰腺β细胞的内质网应激所导致的胰岛素抵抗是代谢综合征发生的重要因素[6]。

葡萄糖转运蛋白 4（glucose transporter 4，GLUT4）表达于对胰岛素敏感的肌细胞和脂肪细胞中，是镶嵌于细胞膜内的转运葡萄糖的载体蛋白。GLUT4在基础状态下储存在细胞囊泡中，胰岛素信号的刺激使其易位到细胞膜上，进而转运葡萄糖进入肌细胞和脂肪细胞内并储存起来。胰岛素受体激活下游的磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）后释放磷脂酰肌醇 3，4，5-三磷酸（phosphatidylinositol 3，4，5-bisphosphate，PIP3），使蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB/AKT）磷酸化后被激活[7]。AKT激活多种下游的细胞生物学过程，例如葡萄糖代谢及细胞的增殖、迁移、凋亡[8-9]。AKT的磷酸化进一步引起下游的GLUT4从细胞内向细胞外易位，从而增强细胞对葡萄糖的转运功能。而TRB3在PI3K/AKT信号通路中的主要靶点是AKT，其主要作用是抑制AKT的2个关键位点thr308和ser473的磷酸化，从而抑制AKT对下游基因GSK3的磷酸化，导致GLUT4从细胞内向细胞外的易位水平降低，细胞对葡萄糖的转运功能减弱[10]。TRB3作为AKT活性的负调节剂的第1个证据由Du等[2]于2003年发现。该研究表明，TRB3在空腹条件下在肝脏中被诱导表达，TRB3通过直接结合AKT并阻断激酶激活而破坏胰岛素信号传导；实验中db/db糖尿病小鼠与野生型小鼠相比，肝脏中TRB3 RNA和蛋白质的相对分子质量明显增加。因此，TRB3通过干扰AKT激活，有助于2型糖尿病易感性的个体产生胰岛素抵抗。TRB3的AKT抑制作用还可以阻断胰岛素诱导的内皮细胞释放一氧化氮和抑制环鸟苷酸（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）的产生、基础平滑肌细胞的松弛，在糖尿病小鼠中TRB3的沉默可以抑制动脉粥样硬化和稳定斑块[11]。

蛋白水解系统可以识别和破坏错误折叠或损伤的蛋白质，在包括细胞周期的调节和第二信使的信号通路转导在内的基本细胞生物学过程中是必需的。尽管在生理条件下内环境是可以保持平衡的，但当未折叠和错误折叠的蛋白质积累时，平衡受到严重的影响[12]。细胞发生代谢障碍（如缺氧和缺少营养物质等）会导致未折叠蛋白和错误折叠蛋白的积累。因此，一种称为未折叠蛋白反应（unfolded protein response，UPR）的自适应信号通路在经历应激的细胞中被启动，进而重建蛋白质平衡[13]。当细胞不能维持UPR时内环境稳态被破坏，程序性细胞死亡被启动。TRB3在调节细胞维持UPR并促进体内蛋白质平衡或向内质网应激发展，进而导致细胞死亡的过程中具有关键的作用[14]。蛋白毒性应激后3条UPR途径被启动，包括转录激活因子 6（activating transcription factor 6，ATF6）途径、肌醇需要酶1（inositol-requiring enzyme 1，IRE1）途径和PERK途径[15-16]。UPR的前2条途径主要具有促进内环境稳定的功能，而第3条途径负责控制细胞的应激适应和应激敏感性，直接参与从UPR到内质网应激的进展[16-17]。第3条途径主要刺激产生转录激活因子4（activating transcription factor 4，ATF4）和CHOP转录因子，这两种因子均可以上调TRB3基因的表达，TRB3也可以调节自身的降解以及CHOP和ATF4的降解。延长ERS、ATF4和CHOP积累时间，TRB3过度表达，并且通过其他蛋白质和TRB3介导的AKT抑制，进一步增加胰岛素抵抗。因此，TRB3表达的精确调节及其下游效应对胰岛素抵抗和糖尿病的进展具有重要的作用。

2 TRB3与肿瘤

TRB3的过度表达在肺癌、乳腺癌、结直肠癌和卵巢癌肿瘤模型中均被发现[18]。Wennemers等[19]在247例乳腺癌患者的肿瘤组织中测量TRB3mRNA表达，结合临床病理报告和临床结果分析，发现TRB3表达与乳腺癌患者预后有关。Miyoshi等[20]对22例源自人胃肠肿瘤的细胞系进行基因检测，共有20个（90.9%）肿瘤细胞株有TRB3基因表达。手术标本的评估表明肿瘤组织中该基因表达水平高于边缘非肿瘤组织。TRB3表达高的患者易患胃肠道肿瘤并易复发，并且总体生存情况比TRB3表达低的患者差（P＜0.05）。2013年，Zhou等[21]证实，TRB3的表达在非小细胞肺癌（nonsmall cell lung carcinoma，NSCLC）中上调，与肿瘤转移、疾病复发、患者生存状况差相关。在侵袭性肺癌细胞系中敲除TRB3基因，可明显抑制体外侵袭和细胞增殖，以及体内转移和肿瘤生长。因此，TRB3与肿瘤有密切的关系。

2013年，Izrailit等[22]利用高通量激酶抑制药筛选识别notch激活因子，对51个乳腺癌细胞株的基因组进行基因集合富集分析，显示MAPK-ERK信号转导是主要的Jagged1（JAG1）/notch调节因子。已经有研究提出TRB3是MAPK-ERK信号通路的重要调节因子[23]。

实验已经证明，notch配体JAG1的表达和notch的活化预示乳腺癌的预后不良[24]。Hua等[25]称TRB3是TGF-β-SMAD3信号通路的正调控因子。该研究证明了TRB3的表达增强SMAD3的转录活性，而敲除内源性TRB3会降低SMAD3的转录活性。TRB3的激酶样结构域可以与SMAD3相互作用，调节SMAD3的转录活性。此外，TGF-β1的刺激或SMAD3的过表达增强了TRB3启动子的活性和表达，表明在TGF-β-SMAD3与TRB3之间存在正反馈调节。SMAD3的MH2结构域与TRB3的相互作用还可以促进SMAD3的核定位。

这些研究结果表明，TRB3对MAPK-ERK、JAG1/notch及TGF-β这些重要的肿瘤信号通路均有调控作用。

3 代谢障碍与肿瘤

代谢综合征的主要始发因素是肥胖，肥胖可以诱导机体产生胰岛素抵抗；同时代谢综合征的核心环节就是胰岛素抵抗，继而机体出现葡萄糖耐受不良、血脂异常、高血压等一系列症候群。代谢综合征与不同恶性肿瘤的发病率和病死率增加有关[26]。

1995年，Steenland等[27]发现，糖尿病患者发生结肠癌、直肠癌和前列腺癌的风险高出健康人39%。2002年，国际癌症研究机构（International Agency for Research on Cancer，IARC）利用流行病学、临床和实验数据评估体重与肿瘤的关系，发现结肠癌、绝经后乳腺癌、子宫内膜癌、肾癌和食道腺癌可以通过避免体重增加来预防[28]。自IARC报告以来，许多观察性研究调查了肥胖与肿瘤的关系。2007年，Reeves等[29]报道了英国的一项大型前瞻性队列研究（百万妇女研究），评估了体重指数（body mass index，BMI）与肿瘤发病率、病死率的关系。该研究结果与IARC调查一致，BMI增加与绝经后乳腺癌、子宫内膜癌、肾癌和食道腺癌的发病率增加有关[29]。同时，该研究还提到，BMI增加也与白血病、多发性骨髓瘤、非霍奇金淋巴瘤、胰腺癌和卵巢癌的风险升高明显相关[29]。2016年，Hope等[30]报道，高BMI的患者罹患侵袭性胰腺癌、乳腺癌、结肠癌、直肠癌的风险高，并且与非糖尿病个体相比，多个关于糖尿病患者的Meta分析显示高BMI的肿瘤患者病死率更高。2015年，Casadei Gardini等[31]评估了在索拉非尼治疗期间接受与未接受二甲双胍治疗晚期肝细胞癌患者的疗效，结果显示联合二甲双胍治疗可以提高合并糖尿病的晚期肝细胞癌患者的疗效。

4 TRB3连接代谢障碍与肿瘤

TRB3参与了人和啮齿类动物的肝脏、骨骼肌、胰岛细胞的胰岛素抵抗。Du等[2]的实验表明，db/db糖尿病小鼠肝脏中TRB3mRNA和蛋白水平明显高于野生型小鼠；转染TRB3腺病毒后的小鼠出现糖耐量受损和胰岛素抵抗。因此，TRB3与糖代谢异常有重要的联系。另外，当细胞发生代谢障碍（如缺氧和缺少营养物质等）时，大量的未折叠或错误折叠蛋白在内质网积聚，进而出现UPR，该过程也伴随TRB3表达上调。TRB3表达与代谢障碍息息相关。

TRB3对肿瘤信号通路TGF-β、MAPK-ERK和JAG1/notch途径有着重要的调节作用。TRB3通过与SMAD3作用，在TGF-β信号调节中起着关键作用。TGF-β1在肿瘤进展中也起着非常重要的作用，TGF-β1水平的增加可以促进肿瘤的侵袭。Kiss-Toth等[32]的研究表明，TRB3可以控制MAPK激酶激活的程度和特异性。大多数细胞内存在MAPK信号转导通路，该通路将细胞外刺激信号转导至细胞核内，不仅与肿瘤细胞的增殖、分化有关，还与肿瘤细胞的凋亡、癌变等病理过程有紧密的关系。TRB3也是notch的调节因子，活化的notch信号转导和notch靶基因的生长促进作用经常见于侵袭性肿瘤细胞中。在侵袭性乳腺癌细胞中，高通量激酶抑制药筛选结果显示，TRB3和TGF-β均是notch的调节剂。因此，TRB3在代谢障碍与肿瘤之间起到了桥梁作用。

5 小结和展望

TRB3在调节细胞增殖、分化和代谢中具有多种作用，是感测、整合和响应多种信号转导的关键因子。TRB3是多个细胞信号转导途径之间的转换因子，其作用取决于应激刺激的持续时间和量级。在代谢性疾病向肿瘤进展的过程中，TRB3作为关键因子被识别，TRB3靶向药物的应用，为肿瘤的诊断和治疗提供了新的方向。

全面了解TRB3对不同的细胞因子的调节及实现其相关功能非常重要。此外，研究表明该家族的另外两个成员（TRB1和TRB2）也可以调节多个信号通路[33]。然而这些哺乳动物的TRB蛋白在调节细胞功能中具有复杂的交互作用，因此可能找到更加精确的治疗靶点。充分的证据表明，TRB3在代谢疾病和侵袭性肿瘤中具有重要的作用。正常细胞与肿瘤细胞对感知、应对环境应激能力的差异，可能成为肿瘤治疗的新方向。TRB3激活药ABTL0812的发现为该方向研究提供了重要的动力。更多的以TRB3为中心的研究可能对阻断代谢性疾病与肿瘤的关联提供新的策略。