β-catenin参与乳腺癌的可能机制

2020-07-29 06:18吴雪莲胥润

医学综述 2020年14期

吴雪莲，胥润

(绵阳市第三人民医院四川省精神卫生中心乳腺外科，四川绵阳 621053)

近年来，乳腺癌的发病已超越其他女性恶性肿瘤，成为发病率居第一位的女性恶性肿瘤，其较高的发病率及死亡率严重威胁女性健康[1]。乳腺癌发病机制复杂，涉及多种分子、多条信号通路的作用。目前虽然乳腺癌的综合治疗方式较多，如手术、放化疗、内分泌治疗、基因靶向治疗等，但总体效果并不十分理想，尤其是三阴性乳腺癌、耐药性乳腺癌、各种乳腺癌的复发转移[2]等。因此，对乳腺癌发生发展分子机制的研究、探索有效的治疗措施一直是乳腺癌领域的研究热点。β联蛋白(β-catenin)是细胞内的一种多功能蛋白，其最初作为黏附分子被发现，在正常情况下参与机体发育、组织分化、细胞黏附等重要生命活动，但当其表达异常(包括表达定位及表达量异常)时，β-catenin可通过一定机制引起下游分子(c-myc、基质金属蛋白酶等)异常表达，从而发挥促肿瘤作用[3]，引起β-catenin表达异常的机制主要涉及信号通路及分子调节。因β-catenin的异常表达又与乳腺癌发生进展关系密切，现从信号通路与分子作用两方面对β-catenin介导的可能参与乳腺癌的部分机制予以综述。

1 β-catenin概述

β-catenin基因定位于染色体3p21.3～p22区，其编码的β-catenin蛋白分子量为92 000，含781个氨基酸，其中N端有与糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)的结合位点，能使β-catenin磷酸化；C端有与下游靶基因的结合位点；中间区域特定的右手螺旋结构有与上皮钙黏素(E-cadherin)、T细胞因子等的结合位点。β-catenin具有双重作用：①黏附分子作用。β-catenin与细胞膜上的E-cadherin、α-catenin等结合形成复合体，通过胞外黏附分子与胞内骨架连接，保持细胞膜及组织结构完整性，同时介导细胞间黏附、迁移等。②信号通路转导分子作用。β-catenin参与细胞内多条信号通路转导，如Wnt/β-catenin信号通路、SIAH(seven in absentia homologue)-1-SIAH相互作用蛋白(SIAH-interacting protein，SIP)-SCFEbi(Skp1-Cull-F-box)-β-catenin信号通路等，通过信号通路转导参与基因表达调控，这与组织分化、发育、肿瘤发生等密切相关[4]。β-catenin在细胞内一般维持低水平状态，当各种原因导致β-catenin 在胞质中聚集至一定浓度后，出现胞核异位表达，进入胞胲的β-catenin激活T细胞因子/淋巴增强因子并与两者形成复合体，从而引起下游靶基因(细胞周期蛋白D1、c-myc、Survivin、基质金属蛋白酶等)异常表达[3]。上述基因异常表达可使细胞增殖、分化发生异常，最终导致肿瘤发生。目前研究已证实，β-catenin引起多种恶性肿瘤的重要机制为其在胞质内聚集并转移入胞核，包括乳腺癌[5]。

2 β-catenin参与乳腺癌的可能信号通路

2.1Wnt/β-catenin信号通路 Wnt/β-catenin信号通路是目前学术界的研究热点，其参与了生物体发育分化、肿瘤发生等多种生命活动，由分泌型糖蛋白Wnt蛋白激活。胞外Wnt蛋白(配体)通过自分泌或旁分泌与胞膜上跨膜受体卷曲蛋白家族特异受体结合，在低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6的辅助下，Wnt信号通路被激活，胞外信号转移至胞质内，并传递给松散蛋白，松散蛋白被活化后可抑制由结直肠腺瘤性息肉病(adenomatous polyosis coli，APC)蛋白、轴蛋白、GSK-3β、酪蛋白激酶1等形成的降解复合物中的GSK-3β活性，磷酸化的GSK-3β从轴蛋白上脱落，不能将其下游效应分子β-catenin磷酸化，而未磷酸化的β-catenin不能被泛素蛋白酶体识别降解。

如上所述，β-catenin在胞质内积聚至一定浓度后转入胞核，在T细胞因子/淋巴增强因子的辅助下激活下游靶基因的异常表达，如c-myc可抑制细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂的表达，促进肿瘤细胞由G1进入S期；细胞周期蛋白D1可激活G1期的周期蛋白依赖性激酶，促进肿瘤细胞增殖；基质金属蛋白酶-9可降解细胞外基质，促进肿瘤的侵袭转移[3]。

研究发现，Wnt/β-catenin信号通路可促进乳腺癌肿瘤基因表达[6]、参与乳腺癌耐药的形成[7]等；反之，抑制Wnt/β-catenin信号通路可阻止乳腺癌干细胞增殖、侵袭[6]及改善乳腺癌细胞的耐药性[7]。可见，Wnt/β-catenin信号通路在乳腺癌的形成、侵袭及耐药等各方面均起重要作用。

2.2第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因(phosphatase and tensinhology deleted from chromosome 10，PTEN)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)/β-catenin信号通路 PTEN是一重要的抑癌基因，其编码的PTEN蛋白具有特异的脂质磷酸酶和蛋白磷酸酶双酶活性。在胞质内，PTEN发挥抑制癌细胞生长、迁移，诱导癌细胞凋亡等抑癌作用，若其表达缺失或突变，可增强肿瘤细胞的迁移和抗凋亡能力[8]。Akt蛋白为原癌基因Akt的编码产物。

细胞内磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸经磷脂酰肌醇-3-激酶磷酸化变为磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸，磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸与Akt结合，Akt被活化为磷酸化Akt，磷酸化Akt可激活其下游分子(内皮生长因子、核转录因子等)的表达，从而促进癌细胞的增殖、转移[9]。同时，活化的Akt具有蛋白激酶作用，能将β-catenin降解复合物中的丝氨酸/苏氨酸激酶GSK-3β磷酸化，磷酸化的GSK-3β失活，β-catenin在胞质内积聚。而PTEN因其特异双磷酸酶活性可拮抗磷脂酰肌醇-3-激酶活性，催化磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸去磷酸化为磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸抑制Akt活化，发挥抑制肿瘤细胞浸润、转移的抑癌作用[10]。

研究发现，在乳腺癌细胞中存在PTEN的突变和缺失，50%以上PTEN表达不良，当PTEN基因缺失或突变时，失去对磷脂酰肌醇-3-激酶的拮抗作用，Akt蛋白活化增多，通过磷脂酰肌醇-3-激酶/Akt信号通路转导激活其下游分子，包括β-catenin，可引起乳腺癌干细胞扩增[11]。

2.3核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)抑制蛋白激酶(nuclear factor-kappa B inhibitor kinase，IKK)/NF-κB信号通路 NF-κB是在B淋巴细胞的细胞核提取物中发现的几乎在所有细胞中发挥作用的一种转录因子。NF-κB有5个家族成员，它们的N端均有Rel同源区，此区域包括结合DNA、NF-κB抑制蛋白(NF-κB inhibitor,IκB)的结合部位，在细胞分化、肿瘤发生等过程中发挥重要作用[12]。

无应激反应时，NF-κB成员在细胞内与IκBα、β或 γ结合处于无活性状态。当细胞受到肿瘤坏死因子-α、白细胞介素等因子刺激时，IKK激活，IKK由IKKα、IKKβ、IKKγ组成。活化的IKK使IκBα磷酸化，被磷酸化的IκB经泛素蛋白酶体识别并降解，此时与IκB结合的NF-κB游离并活化，NF-κB转位进入细胞核发挥转录因子作用，促进与肿瘤生长及转移相关基因(白细胞介素-6、血管内皮生长因子、基质金属蛋白酶-9等)的转录，从而导致肿瘤发生。同时，激活的IKKα能增加β-catenin在胞质内的稳定性，使β-catenin在胞质内降解减少，积聚增多，从而引发下游分子效应[13]。可见，IKK可通过上述双重信号转导作用导致肿瘤的发生。

在人表皮生长因子受体2阳性的乳腺癌细胞中，人表皮生长因子受体2可以激活NF-κB信号通路[14]。IKK/NF-κB在乳腺癌干细胞的自我更新中发挥重要作用，其中IKKα是乳腺癌干细胞自我更新所必需，IKKα不仅能活化NF-κB，还能引起β-catenin积聚，NF-κB与β-catenin均转移入核，通过各自下游分子效应，使细胞增殖、更新能力大大增强。反之，在乳腺癌细胞中，抑制上游IKK或下游NF-κB的活性，可延缓癌细胞的生长。临床研究证实，可抑制NF-κB的药物对三阴性乳腺癌细胞具有较明显的抗癌效果[15]。

2.4p53信号通路 p53是在决定细胞命运的生命活动(包括DNA损伤、细胞凋亡等)中起枢纽作用的抑癌基因，其编码的p53蛋白具有转录因子活性。

静息状态时，p53蛋白在细胞内受鼠双微体2(murine double minute 2，Mdm2)调节，Mdm2具有E3连接酶活性。各种原因致p53蛋白活化后，活化的p53蛋白促进Mdm2产生，表达增加的Mdm2通过E3连接酶作用与活化的p53蛋白结合，促使p53被泛素蛋白酶体识别及降解，两者之间形成负反馈，使p53在细胞内处于一个低水平表达状态。DNA损伤时，损伤的DNA可活化相关蛋白使p53磷酸化，磷酸化的p53不与Mdm2结合，成为转录活化因子，继而诱导其下游细胞周期依赖性激酶抑制蛋白P21和生长阻滞及DNA损伤诱生基因45等基因转录，其中细胞周期依赖性激酶抑制蛋白P21可使细胞停滞在G1期，阻止DNA合成；生长阻滞及DNA损伤诱生基因45能抑制细胞增殖，促进细胞凋亡，即p53通过上述信号转导来诱导含受损DNA的细胞周期阻滞、促进损伤DNA的修复，若修复失败则促进细胞凋亡[16]。

有研究证实，p53基因突变或缺失不仅使其失去上述抑癌作用，又因为p53蛋白同源物ΔNp63的降解是p53依赖性的，若p53基因突变，则ΔNp63降解受阻，ΔNp63与蛋白磷酸酶2A相互作用，抑制GSK-3β活性，使β-catenin不能被磷酸化降解而在细胞内稳定存在，并通过下游分子效应导致肿瘤的发生[17]。乳腺癌患者发生p53基因突变的概率高，尤其是三阴性乳腺癌，可达80%[18]。在三阴性乳腺癌小鼠模型中也发现，p53的缺失可激活β-catenin，从而激活Wnt/β-catenin信号通路[19]。

2.5SIAH-1-SIP-SCFEbi-β-catenin信号通路 SIAH蛋白是果蝇SINA(seven in absentia)的同源蛋白，也是一种E3连接酶，可识别底物蛋白并使底物蛋白经泛素-蛋白酶系统降解。人类细胞中克隆出了SIAH的两个同源蛋白(SIAH-1和SIAH-2)。其中，SIAH-1蛋白在体外或胞内均可使β-catenin经泛素化降解，但两者的作用机制略有不同。在β-catenin泛素化降解过程中，SIP起重要作用。

早在2001年，Matsuzawa和Reed[20]曾报道，SIAH-1对β-catenin的泛素化降解可通过SIAH-1-SIP-SCF Ebi-β-catenin信号通路实现，该通路由p53蛋白激活。此后，关于此信号通路的研究较少。

目前，有关SIP在乳腺癌中的作用尚存在争议。有文献报道，SIP在乳腺癌中的表达水平明显低于正常乳腺组织，且SIP在乳腺癌中的表达与患者良好预后、低TNM分期、无淋巴结转移呈正相关，SIP在乳腺癌中起抑癌作用[21]。另有研究表明，低表达的SIP可通过提高β-catenin的表达活性促进肿瘤细胞增殖[22]。故推测，SIP在乳腺癌中低表达促进乳腺癌的机制可能为减少SIAH-1-SIP-SCF Ebi-β-catenin信号通路转导，使β-catenin在胞内泛素化降解减少，β-catenin在胞内积聚，从而促进乳腺癌的发展。但有学者在二甲基苯并蒽诱导的大鼠乳腺癌细胞中发现，免疫组织化学染色SIP与β-catenin的表达均上调，其中SIP主要位于胞质，β-catenin主要位于胞质与胞膜，且SIP的水平增加方式与β-catenin相似[23]，推测SIAH-1-SIP-SCF Ebi-β-catenin信号通路在乳腺癌中可能不发挥效用。

3 β-catenin在乳腺癌中的活性调节分子

β-catenin在细胞内不仅参与了许多信号通路转导，也受细胞内多种分子调节，其上游分子可在蛋白质水平或基因水平上促进或抑制β-catenin的活性。

3.1Pin1 Pin1是多肽脯氨酰基顺反同分异构酶家族Pin1型家族成员，人Pin1基因定位于19p13，其编码蛋白Pin1含163个氨基酸，有两个功能区：N端有色氨酸-色氨酸中心区，用于结合底物中磷酸化的丝/苏-蛋白特定序列；C端有多肽脯氨酰基顺反同分异构酶活性区。

因Pin1的结构特点，其生物学作用即为顺/反型异构已磷酸化的丝/苏蛋白，从而改变蛋白功能活性，若这一机制失调，则可能引起乳腺癌发生，且Pin1在乳腺癌中过表达，此类患者常具有较差的预后[24]。

研究发现，Pin1能够与β-catenin的磷酸化丝氨酸246位点结合，从而抑制β-catenin与APC结合[25]。APC除形成β-catenin的降解复合物外，还可穿过核膜使进入核内的β-catenin返回到胞质再促进其降解，β-catenin与APC结合受阻，导致β-catenin在胞核内聚集，引起下游分子效应。

3.2磷酸化蛋白50(ezrin-radixin-moesin-binding phosphoprotein 50，EBP50) EBP50又称钠氢交换子调节因子1。ebp50基因定位于17q25.1，编码的EBP50蛋白含385个氨基酸，N端有两个串联的PDZ结构域(PDZ-Ⅰ和PDZ-Ⅱ)，C端有与膜-细胞骨架连接蛋白家族结合的结构域。EBP50利用自身的结构域与多种蛋白质分子结合，在细胞内起连接蛋白作用，通过此作用调节其他蛋白质分子活性，从而参与调节肿瘤细胞的增殖、迁移等[26]。

研究显示，EBP50在乳腺癌组织中的表达水平低于正常乳腺组织，且乳腺癌患者可存在EBP50位点的突变，抑制乳腺癌细胞表达EBP50后，癌细胞增殖能力明显增强，迁移和浸润能力也增强[27]。目前关于EBP50在肿瘤中的作用仍有争议，它在胃癌[28]、肝癌等肿瘤中发挥促癌作用，但在乳腺癌、结肠癌等肿瘤中发挥抑癌作用。

EBP50能通过其PDZ-Ⅱ结构域与β-catenin结合，将β-catenin稳定在细胞膜上，同时促进β-catenin与E-cadherin结合，三者形成EBP50-β-catenin-E-cadherin复合体；通过此作用，EBP50不仅能促进β-catenin与E-cadherin维持细胞极性及细胞间黏附，防止细胞迁移等，还减少了β-catenin在胞质内积聚，阻断了其转移入核引起的下游分子效应。相反，敲除EBP50的乳腺癌细胞β-catenin激活，乳腺癌细胞的增殖增加[29]。

3.3N-myc下游调节基因(N-myc downstream regulated gene，NDRG)2 NDRG2是NDRG家族的重要成员，受原癌基因N-myc表达调控。NDRG2基因位于14q11.2，其编码蛋白含357个氨基酸，具有NDRG家族特有的APC样结构域。研究证实，NDRG2可参与组织发育分化、免疫等，也与肿瘤的发生发展密切相关，且NDRG2在许多肿瘤中表达水平显著降低，发挥抑癌基因作用[30]。NDRG2可通过抑制肿瘤血管生成而抑制乳腺癌细胞的生长[31]，且在乳腺癌中过表达NDRG2还能够抑制癌细胞的迁移和侵袭[32]。

有研究提出，过表达NDRG2可增加GSK-3β活性，促进β-catenin磷酸化，从而减少β-catenin在细胞内的表达，NDRG2可能通过此间接作用来调节β-catenin在细胞内的水平[33]。研究发现，乳腺癌细胞中NDRG2表达上调还可抑制胞质中的β-catenin转移入核，阻止其下游基因的转录激活[34]。这可能与NDRG2具有APC样结构域有关，APC为β-catenin的负调节因子，它可穿过核膜使进入核内的β-catenin返回到胞质并促进降解，而NDRG2也可能发挥此作用直接作用于β-catenin，β-catenin是NDRG2的直接下游分子。

3.4Runt相关转录因子(Runt-related transcription factor，RUNX)3 RUNX3是RUNX转录因子家族成员之一。RUNX3基因位于1p36.1，编码的RUNX3蛋白含415个氨基酸，是由α、β两个亚单位构成的异二聚体。其中位于N端的α亚单位有一个Runt结构域，通过此结构域，RUNX3蛋白能与DNA及蛋白质相互作用，从而参与组织发育、肿瘤发生等。

研究发现，RUNX3在乳腺癌、结直肠癌等多种恶性肿瘤中存在表达缺失和下降，其启动子CpG岛甲基化异常和胞内定位错误是导致RUNX3失活的主要原因[35-36]。研究指出，RUNX3在乳腺癌组织中的表达水平明显低于正常乳腺组织，但RUNX3基因在前者中的启动子甲基化率、胞质阳性表达率均明显高于后者(以胞核表达为主)，表明RUNX3在乳腺癌的发生发展中发挥某些潜在作用，但具体机制尚不明确[37]。

一项乳腺癌细胞体外研究发现，通过免疫共沉淀，RUNX3过表达后，RUNX3能与β-catenin蛋白结合形成共同体而降低β-catenin的转录活性，使β-catenin下游分子(细胞周期蛋白D1、c-myc等)的表达显著减少，从而抑制乳腺癌细胞增殖、迁移等[38]。RUNX3在乳腺癌中起抑癌作用。

3.5长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA) lncRNA是一类长度超过200 bp，但不编码蛋白质的RNA。研究显示，lncRNA通过影响转录、转录后调控等影响肿瘤的分化和发生发展[39]。

核仁小RNA宿主基因7(small nucleolar RNA host gene 7,SNHG7)是一种定位于9q34.3的lncRNA，转录的RNA为2 157 bp。研究发现，SNHG7可促进乳腺癌的发展，并与乳腺癌的分期、淋巴结转移及远处转移相关[40]。文献报道，lncRNA SNHG7在乳腺癌组织中的表达水平明显高于癌旁组织，且在胞质及胞核中均有表达，用干扰小RNA沉默SNHG7后，胞质内磷酸化的β-catenin增加，总β-catenin水平下降，β-catenin下游分子细胞周期蛋白D1、c-myc的表达也减少，乳腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力被显著抑制，故SNHG7在乳腺癌中起促癌作用[41]。

尿路上皮癌抗原1也是一种定位于19p13.12的lncRNA，它可以提高β-catenin的总体表达水平，从而增强β-catenin的下游分子效应，促进乳腺癌细胞的上皮-间充质转化[42]。

3.6E-cadherin E-cadherin编码基因位于16q22.1，是一类Ca2+依赖性跨膜糖蛋白，位于上皮组织，胞外区主要结合Ca2+，胞内区主要与catenin家族结合。E-cadherin在细胞中主要发挥黏附分子作用，它通过与catenin分子结合形成复合体，介导细胞间黏附及维持细胞和组织的完整性。

研究发现，大多数乳腺癌中存在E-cadherin的表达缺失或下降(包括E-cadherin表达量及其活性的下降)，进而促进乳腺癌发生上皮-间充质转化[43]。一项姜黄素促进乳腺癌干细胞迁移的研究也证实，E-cadherin与β-catenin直接结合发挥抑癌作用，若β-catenin易位入核，可减少其与E-cadherin复合体的形成，从而导致乳腺癌干细胞发生上皮-间充质转化的促癌基因表达增加，这些基因减少了E-cadherin的转录，最终导致乳腺癌干细胞上皮-间充质转化[44]。

3.7GSK-3β GSK-3β基因定位于3q13.3，是一种多功能的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在细胞中处于活性状态，不仅参与了细胞分化、迁移，在肿瘤上皮-间充质转化的发生中也起重要作用[45]。

GSK-3β在细胞内失活，β-catenin不能被磷酸化降解，导致β-catenin在胞质内积聚，进而转移入核，此过程减少了β-catenin与E-cadherin复合体的形成，从而促进乳腺癌上皮-间充质转化的发生。有学者在体外乳腺癌细胞中证实，单核细胞趋化因子-1可激活细胞外调节蛋白激酶，使胞质内GSK-3β磷酸化而失去活性，磷酸化的GSK-3β不能促进其下游分子Snail(锌指转录因子)降解，Snail的表达增加，因Snail是E-cadherin的抑制因子，故E-cadherin的表达减少或缺失，并通过GSK-3β-Snail-E-cadherin信号通路转导引发肿瘤上皮-间充质转化[46]。

3.8变异的β-catenin 黄承乐[47]在大量乳腺癌标本检查中发现β-catenin的突变与异常表达，考虑其与乳腺癌发生有必然联系。

β-catenin的N端具有与GSK-3β结合的位点，此位点由第3号外显子编码的丝氨酸、苏氨酸构成，结合GSK-3β可使β-catenin磷酸化而引发降解，维持β-catenin在胞内的低水平状态。若β-catenin这些氨基酸本身发生缺失或突变，异常的β-catenin无法与GSK-3β结合而避免降解，故β-catenin在胞质及胞核内积聚，促进肿瘤发生[48]。

也有学者报道，在人乳腺癌标本中未检测到β-catenin 基因突变，提示β-catenin基因突变不是引起β-catenin在胞内异常聚集的主要原因[49]。

4 乳腺癌中以β-catenin为中心交织成网的信号通路与分子作用

在乳腺癌的形成演进中，涉及的信号通路及分子作用众多，它们以β-catenin为中心相互交织成网，共同发挥协同或拮抗作用。

NDRG2在乳腺癌中可上调PTEN的表达，PETN表达增加，继而通过NDRG2/PTEN/Akt/β-catenin信号通路抑制癌细胞的侵袭及转移，NDRG2和PTEN在此通路中起协同作用[50]。在IKK/NF-κB信号通路中，活化的NF-κB可促进血管内皮生长因子的表达，进而促进肿瘤的生长、浸润，但NDRG2可抑制血管内皮生长因子的表达，从而阻断NF-κB信号通路的部分促癌作用[31]。可见，两条信号通路由于NDRG2的参与在乳腺癌中发挥协同抑癌作用。

GSK-3β-Snail-E-cadherin信号通路被激活，引起E-cadherin表达减少，从而促进乳腺癌细胞的上皮-间充质转化[46]。同时，由于GSK-3β的失活，β-catenin 在胞质内积聚，促进了Wnt/β-catenin信号通路转导，再通过下游信号分子的级联作用促进乳腺癌的发生进展[3]。因此，两条信号通路以GSK-3β为核心在乳腺癌中发挥协同促癌作用。

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