Rab蛋白及其对胶质瘤的作用

葛 剑，王 龙，刘宝辉 综述 聂善化 审校

细胞生命活动的实现依赖于生物膜体系，主要通过生物膜的动态变化调控能量转换、信号识别及物质运输等实现基本的生命过程。通过细胞膜的动态变化进行平衡，体内各类蛋白质在各种细胞之间不断转运，准确到达发挥功能的位置，保证人体各项生理功能正常运转[1，2]。囊泡运输是体内蛋白质在细胞内转运的方式[3]。近来研究表明，Rab 蛋白对囊泡的形成、转运、锚定及融合进行精确调控，起到了分子开关的作用[4]，所以囊泡运输的各环节都至关重要。Rab蛋白是属于Ras超家族成员的小GTP酶，也叫小G蛋白。Ras于1982年被发现[5]，是人类发现的第一个原癌基因，其对许多细胞生理过程的调控有很大的影响[6]，与人类肿瘤的发病也密切相关。越来越多的研究表明， Rab参与了人类多种肿瘤的发生和发展，在胶质瘤中作用尤为重要。现就Rab蛋白与胶质瘤的关系进行综述。

1 Rab蛋白

Rab蛋白在进化上是保守的，几乎在所有的真核生物中存在。大概由200个氨基酸组成，相对分子量为20 000～30 000。Rab蛋白结构含G结构域和N端与C端，G结构域高度保守，N端与C端高度可变。G结构域包含 6个β片、5 个α螺旋及5个多肽环，存在两个分子开关，是Rab 蛋白与效应分子相互作用的位点。1983 年Novick 等发现首个Rab蛋白，Rab蛋白最初是在酵母中发现Rab 蛋白，目前在人体中有超过70个Rab 蛋白被发现[6]。在真核细胞中，几乎所有细胞膜相关的细胞器中，都有Rab的存在，遍及细胞内各类细胞器和运输囊泡，其主要功能是调节囊泡运输[7-9]。Rab参与蛋白胞吐、胞吞的运输过程，该过程主要以囊泡运输的方式进行。

Rab蛋白最主要的功能是调控细胞内吞，使细胞膜再循环及增加其的分泌途径[10]。GTP酶相关的Ras 超家族有个共同的特点，就是作为GTP的分子开关。Rab蛋白与其他Ras 超家族成员一样，活性受到鸟甘酸激活蛋白(GTPase activating protein，GAPs)and鸟苷酸交换因子(GDP/GTP exchange factor，GEFs)调控[11]。GAPs含有 Tre2-Bub2-Cdc16 (TBC)结构域，TBC结构域可以使Rab蛋白失活，某些GAPs 作用于特定的Rab蛋白，而有的GAPs可以作用于多个Rab蛋白。如TBC1D4使Rab2A、Rab8、Rab10和Rab14失活，而TBC1D30只能失活Rab8。GAPs也与其他亚家族的小GTPase相互作用，从而介导不同GTPases之间的信号传递。GEF可以使Rab激活，GEF被分解成几个具有特定域特征的组，例如，Sec2p域、Denn域或Vps9p域激活的过程包括Ypt32/Rab11招募Sec2/Rabin8 到细胞膜，进一步激活 Sec4/Rab8。Denn结构域激活Rab9、Rab10、Rab27、Rab28、Rab35和Rab39，Vps9结构域GEFs激活Rab5、Rab21和Rab24。在GEF调节下，GTP 替代 GDP，激活Rab 蛋白。激活的Rab 蛋白插入到细胞器的膜上，召集下游效应蛋白，调控囊泡转运[12]。在完成囊泡转运调控后，在GAP的作用下，GTP 被水解成 GDP，Rab 蛋白失活。Rab与其效应因子相互作用，不断发挥囊泡调控的作用[13]，起到了囊泡运输分子开关的作用。Rab蛋白在所有真核生物细胞中都有，在人体细胞中的分布也非常广泛，绝大多数细胞器中都含有多种 Rab 蛋白，以维持细胞器膜的完整性和蛋白转运的连续性。Rab及其效应因子具有多样的特点，决定了其在多种生物学功能上的重要作用。考虑到Rab对膜转运的重要性及膜转运对人体正常生理功能运转的重要性，当Rab蛋白表达异常、与GTP/ GDP结合障碍、与下游效应因子结合异常等任何一个环节出现异常，囊泡调节的动态平衡便被打破，物质的运输出现错误，由细胞膜介导的信号传导通路出现障碍，从而导致疾病的发生[14]。

2 对胶质瘤的作用

RAS属于细胞内信号传导蛋白类原癌基因，在大多数人类细胞中都表达，且具有组织特异性。RAS基因广泛参与了细胞的生长、增殖及分化，在被激活后就具有致癌性[15]。Ras基因所编码的Ras蛋白以软脂酸共价键形式固定于细胞膜的内表面，一般处于非活化状态，但是如果受到外界因子刺激，GDP变成GTP， Ras蛋白会发生构象改变，呈现激活状态。活化的Ras蛋白与效应分子相互作用，可发挥其对正常生长信号的传递和调节功能。在接触致癌物质后，Ras基因发生突变，导致Ras蛋白处于异常活化状态，Ras蛋白不能有效分解GTP，影响细胞信号传导，导致细胞不断增殖，从而诱发肿瘤的发生。RAS与胶质瘤发生发展关系密切[16]。而Rab蛋白是RAS家族中的最大亚种，其机制很可能是直接或者间接调控了细胞信号的传导，并对细胞的分化、增殖、凋亡侵袭产生影响[17-19]，因此导致了胶质瘤的发生和发展。胶质瘤的发生发展涉及细胞生长增殖及分化的调节，有多种基因参与、存在多细胞通路紊乱、细胞调亡障碍等复杂过程。近年来研究发现，Rab蛋白对胶质瘤的增殖、侵袭和预后都产生了重要的影响[16]。

2.1 对胶质瘤细胞增殖的影响 Rab是重要的细胞膜蛋白，许多信号通路调节因子需通过细胞膜蛋白的介导进入细胞内，从而激活下游通路，对肿瘤生长进行调控。Sonic Hedgehog (Shh) 信号通路在动物胚胎发育过程中调节细胞间相互作用,Hedgehog 蛋白的表达增高，可以促进胶质瘤发生发展[20],Rab23 是该信号通路负调控因子，研究表明Rab23 在胶质瘤组织中的表达强度较正常组织明显增高。同时，高级别胶质瘤组织中 Rab23 蛋白及 mRNA 表达均明显高于低级别胶质瘤[21]。有学者对73例神经胶质瘤样本与30例正常的脑组织样本进行比较，发现在神经胶质瘤中，Rab23的表达明显高于正常的脑组织[22]。Rab3a的高表达使胶质瘤细胞中的细胞周期蛋白D1表达增加，胶质瘤细胞增殖速度加快并对抗癌药物产生耐受[23]。Rab3a的过度表达增加了胶质瘤细胞和p53 -/- 星形胶质细胞的肿瘤球形成能力并增加了各种干细胞标记物的表达水平，表明Rab3a是一种参与胶质瘤发生和发展的新癌基因。文献[24]研究发现 Rab27A 在胶质瘤细胞中表达升高，促进胶质瘤细胞的增殖和细胞周期改变并影响细胞凋亡，其作用机制可能是通过促进组织蛋白酶D的分泌和受miR-124的调控来发挥作用。Let-7f可以对Rab40C进行靶向调控，从而抑制胶质瘤细胞的增殖并影响细胞周期进程[25]，表明Rab40C参与了胶质瘤的信号传导通路。敲除Rab21可抑制胶质瘤细胞的增殖、阻滞细胞周期进程并诱导胶质瘤细胞凋亡，Rab21高表达的胶质瘤患者预后差于低表达的患者[26]。近年研究发现，Rab21可以促进细胞表面EGFR 内吞并促进EGFR降解，从而抑制EGF激活的MAPK信号通路[27]。文献[28]研究报道，在胶质瘤等中枢神经系统恶性肿瘤中，RAB27A、 RAB38等与患者临床病理学指标及恶性表型标志物存在相关性。

2.2 对胶质瘤细胞迁移和侵袭的影响 临床上胶质瘤切除率低、术后易复发，患者预后不佳，与胶质瘤高侵袭性相关。上皮细胞-间充质转化(EMT)是胶质瘤发生侵袭的重要过程。胶质瘤细胞沿患者的脑Scherer结构迁徙和侵袭，这些结构包括灰质、血管、白质纤维束及蛛网膜下腔。EMT是指上皮细胞转化为具有间质表型的细胞生物学过程，细胞发生EMT后与周围细胞的连接能力降低。基质金属蛋白酶分子家族(matrix metalloproteinases, MMPs)在肿瘤细胞向细胞外基质侵袭的过程中起到关键作用[29]。MMP的分泌有助于细胞裂解基底膜迁移到远处组织器官。其中，MMP-2、MMP-9在肿瘤细胞运动及基膜Ⅳ型胶原蛋白水解过程中发挥了重要角色。目前已发现多条肿瘤相关信号通路如TGFβ/Smad信号、PI3K/AKT信号、MAPK通路等均与EMT相关[30]，而Rab蛋白家族可能在其中起到重要作用。Rab21 通过癌症相关的成纤维细胞(cancer associated fibroblast,CAF)形成的基质胶原纤维收缩促进侵袭性鳞状细胞转移；雌激素受体表达阳性乳腺癌细胞中，Rab27b 可以促进 Hsp90α的分泌从而活化胞外MMP2 来促进癌细胞转移；Rab25在卵巢癌细胞中可激活下游信号 Akt，从而促进肿瘤细胞迁移等。在对胶质瘤迁徙和侵袭的研究中发现，Rab27b 在高级别的胶质瘤细胞中表达显著增高，并且能导致MMP-9的表达增加，从而提高了胶质瘤细胞的侵袭力[31]。文献[32]研究发现，Rab43在脑胶质瘤组织中高表达，且其表达水平与病理分级相关，并影响患者预后，并且肿瘤组织中MMP-2、MMP-9表达增加。RAB22A表达在胶质瘤细胞中也是上调的，靶向下调RAB22A的表达后，胶质瘤细胞的增殖、侵袭与转移能力明显下降，显示了RAB22A可能是胶质瘤发病的一个癌基因[33]。Rab23被认为是转移性或致瘤性生物标志物，因为它可以显示在肿瘤细胞中的差异表达，并已被证明是介导的增殖和侵袭肿瘤细胞，其在脑胶质瘤中表达升高，且影响患者生存预后。Rab38和Rab34在脑胶质瘤的表达增高，并且表达越高，患者的预后越差。

总之，胶质瘤是人类中枢神经系统最常见的颅内恶性肿瘤，恶性程度极高，临床影像学缺乏特异性[34]，也缺乏特异性的基因进行早期诊断，患者往往预后不佳。近年来，随着对Rab蛋白研究的不断深入，发现多种Rab蛋白影响胶质瘤的发生发展及预后，提示Rab蛋白与胶质瘤的关系相当密切，虽然目前对Rab蛋白作用的研究取得了一些进展，但是在对胶质瘤发生的具体机制上，还需要进一步的研究探讨。我们相信，在不久的将来，Rab蛋白在胶质瘤发生发展中的作用机制会被进一步探明，并可用于胶质瘤早期诊断、靶向治疗基因及预后判断的指标。