PFN2基因在恶性肿瘤中的研究进展*

侯晓贞 综述，任铁军 审校

(1.新乡医学院研究生院，河南新乡 453000；2.河南省洛阳市中心医院肿瘤内科 471000)

肌动蛋白结合蛋白(Profilin)分子量为12～15×103，最初从小牛胸腺中分离出来，随后在阿米巴、酵母、苍蝇和植物中均被发现[1]。尽管Profilin最初被鉴定为G-肌动蛋白(G-actin)隔离蛋白，但近来研究表明，Profilin既可通过隔离G-actin来抑制肌动蛋白细丝的自发成核/聚合，并通过与EnA/VASP、Formins和依赖Arp2/3的WASP/WAVE家族相互作用来促进肌动蛋白细丝的成核和伸长，与多种肌动结合蛋白相互作用，成为肌动蛋白动力学的关键调节因子[2]。另一方面，Profilin还可通过催化二磷酸腺苷(ADP)到三磷酸腺苷-G肌动蛋白(ATP-G-actin)的交换，将G-actin上的ADP-ATP交换加速1 000倍，从而补充细胞中的三磷酸腺苷-肌动蛋白(ATP-actin)池[3]。除了加速肌动蛋白单体上的核苷酸交换外，在封闭蛋白解离后，Profilin还可以促进自由端的细丝伸长，游离的细丝末端与肌动蛋白结合域缔合，而与其结合的肌动蛋白被释放并添加到细丝中，通过这种机制，Profilin可以使肌动蛋白单体转移到细丝中，并促进肌动蛋白聚合[1]。除了肌动蛋白、多聚脯氨酸和磷脂酰肌醇结合结构域之外，Profilin还可能影响微管动力学，从而在调节细胞骨架整合方面发挥重要作用[3]。

虽然Profilin家族在进化上高度保守的，但不同物种之间和来自同一生物体的不同Profilin之间的序列同源性却很低。Profilin-1(PFN1)和Profilin-2(PFN2)作为哺乳动物细胞中最常见的Profilin，显示出相似的肌动蛋白单体结合特性。细胞的生命活动，如运动、分裂和内吞都依赖于肌动蛋白细胞骨架的动态重塑，PFN2作为一种肌动蛋白单体，可以调节肌动蛋白的聚合动力学，导致细胞骨架发生变化，从而积极参与多种生物体的发育的早期阶段、细胞生长和运动等几个生物学过程[4]。近年来的肿瘤学研究表明，异常表达的PFN2基因参与人体多种器官、组织肿瘤的形成和发展过程，可能参与了恶性肿瘤细胞的增殖、凋亡、侵袭、转移及肿瘤血管生成过程，并因所在组织和器官的不同而可能表现出癌基因或抑癌基因这两种截然相反的作用。

1 Profilin家族的组成与主要功能

大多数低级真核生物，如酵母，只有1个编码Profilin的基因。PFN1首先在牛非肌肉肌动蛋白的纯化提取物中被鉴定为G-肌动蛋白结合蛋白[3]。目前为止，在哺乳动物中，Profilin家族由普遍表达的PFN1、脑特异的PFN2、睾丸特异的Profilin-3(PFN3)和Profilin-4(PFN4)组成,其中PFN1和PFN2是其主要亚型[5]。

PFN1在哺乳动物的所有胚胎阶段均表达，存在于成年小鼠除骨骼肌之外的所有类型的细胞中，其可以调节细胞骨架重塑，是施万(Schwann)细胞中板状伪足形成所必需的，也是髓鞘形成的关键，从而在动作电位的传播和神经系统的正常功能中起重要作用，而大脑中PFN1的失调可能导致精神异常[6]。最近的研究表明PFN1在肝细胞癌[7]、乳腺癌[8]中具有促凋亡作用，例如，PFN1通过抑制NF-κB和上调p53而使乳腺癌细胞对阿霉素、长春新碱和紫杉醇诱导的凋亡敏感[8]。

在羊膜动物中,已经鉴定了两种可变剪接的PFN2变体(PFN2a和PFN2b),PFN2a是在神经元中表达的主要同种型，在小鼠海马神经元中发现PFN2a通过调节肌动蛋白的稳定性来调节神经的发生，在大脑的发育中发挥了重要作用[6]。LI等[9]发现PFN2a也可通过p53途径在肌原发育中起调控作用。JUNEJA等[10]研究提示PFN2在2型腓骨肌萎缩症(Charcot-Marie-Tooth type 2 ，CMT2)发病机制和疾病进展中的作用，可作为CMT2的新生物标志物。LUSCIETI等[11]在小鼠脑中鉴定了PFN2 mRNA有1个功能保守的3′UTR铁反应元件,PFN2蛋白是1种新的铁调蛋白铁相互作用转录本,改变膜运输和内吞途径的关键调节因子(如PFN2)的表达会改变细胞水平的铁代谢，并影响身体铁的动态平衡。PFN2最近被证明在来自不同组织(包括肺[12]、结直肠[13]和食管[14])的癌细胞迁移和增殖中起重要作用，PFN2的这些不同作用表明，它的表达不限于神经系统，还参与多种细胞生物学过程和细胞骨架的调节。PFN2b是一种罕见的亚型，其mRNA可在有限数量的成人组织(主要位于肾脏)中检测到[6]。

2 PFN2在肿瘤中表达的临床意义

PFN2蛋白的高表达与食管鳞状细胞癌的浸润深度和淋巴结转移呈正相关，且是独立的不良预后因素，提示PFN2可作为预后标志物的潜在价值[14]。JIANG等[15]发现PFN2在乳腺癌中表达上调，PFN2的上调可以增强体内和体外乳腺癌细胞的侵袭，且与不良预后相关。ZHAO等[16]研究发现敲除PFN2能够抑制骨肉瘤细胞的迁移和侵袭能力。LIU等[17]通过生物信息学分析发现PFN2的高表达可能是头颈部鳞癌总体生存率较差的有价值的预测指标。综合看来，PFN2在肿瘤中的表达状态与多种临床病理因素具有明显的相关性，这有望成为肿瘤治疗和预后判断的生物标志物。

3 PFN2基因在恶性肿瘤发生、发展中的作用

PFN2基因定位于第3号染色体25.1区域，KEGG数据库(https://www.kegg.jp)分析表明，PFN2通过促进肌动蛋白聚合、应力纤维和板状伪足的形成，从而促进细胞迁移。PFN2可能参与不同信号通路的调节，例如PI3K/Akt[18]和TGF-β/Smad[12]信号传导通路，从而导致不同的生物学后果。其中，PFN2的表达在头颈部鳞癌[18]、非小细胞肺癌[12]、乳腺癌[15]、食管癌[14]和骨肉瘤[16]中上调，与促进肿瘤细胞的侵袭和迁移相关。KIM等[13]研究表明，PFN2过表达可以诱导上皮间充质转换(epithelial mesenchymal transition，EMT)从而增强HT29人结直肠干细胞的侵袭和迁移能力。然而ZHANG等[19]在转移性结直肠癌中的研究却发发现了相反的结果，即PFN2的低表达与结直肠癌中增强的EMT过程相关。PFN2在恶性肿瘤进展中主要发挥以下3方面作用。

3.1 影响肿瘤细胞增殖、凋亡及肿瘤干细胞的自我更新能力和干性

恶性肿瘤的发生是细胞过度增殖的结果。传统的抗肿瘤药物包括烷化剂、抗代谢类、铂类及植物类药物等则是基于细胞增殖周期中各时相(G1、S、G2、M期)的作用靶点不同来发挥抗肿瘤作用。TANG等[12]研究发现，PFN2过表达和敲低分别明显增加和抑制非小细胞肺癌细胞的集落形成能力，PFN2通过表观遗传机制增强Smad2和Smad3的转录激活，从而激活TGF-β/Smad信号传通路，而Smad2和Smad3过表达则补救了PFN2敲低对非小细胞肺癌细胞软琼脂集落形成的抑制作用。在ZHOU等[18]对头颈部鳞癌的研究中，通过CCK-8实验检测中发现PFN2的敲低明显减慢了头颈部鳞癌细胞的增殖，随后又利用克隆形成实验对CCK-8实验结果进行了补充，即克隆形成实验显示了在PFN2敲除的头颈部鳞癌细胞中，其集落形成能力明显较低。他们还发现PFN2的敲低抑制了其下游PI3K/Akt/β-catenin信号通路中Akt在Ser473和Thr308位点的磷酸化及β-catenin的表达，而在PFN2高表达的细胞头颈部鳞癌中获得了相反的结果；β-catenin在细胞质中的积累促进下游靶基因的转录，这些基因在细胞增殖、迁移和侵袭中至关重要，表明PFN2可能通过PI3K/Akt/β-catenin信号通路潜在地调节头颈部鳞癌细胞的增殖。ZHAO等[16]在骨肉瘤细胞中转染si-PFN2后，PFN2的mRNA和蛋白水平明显降低，随后通过MTT实验探讨了敲除PFN2对骨肉瘤细胞增殖的影响，结果显示骨肉瘤细胞的增殖能力明显减低。

细胞凋亡可以维持机体内环境稳定，保证了机体的健康，凋亡减弱与肿瘤的发生、发展和转移密切相关。ZHOU等[18]使用RNA干扰技术，以shRNA干扰鳞癌头颈部细胞中PFN2的表达，发现PFN2低表达明显抑制由顺铂诱导的头颈部鳞癌细胞的凋亡，这与其调节头颈部鳞癌细胞增殖的能力是一致的。

肿瘤干细胞具有自我更新并多向分化和极强的致瘤能力，对肿瘤生长、转移及复发有着重要作用。KIM等[13]在人结直肠癌干细胞中通过干扰PFN2的表达，在球形成实验中发现PFN2的高表达增强了人结直肠癌干细胞球的形成能力，而PFN2的敲低则降低了细胞球的数量，表明PFN2直接参与了肿瘤干细胞的自我更新能力。Western blot结果表明PFN2的过表达和敲低分别增强和抑制人结直肠癌干细胞中干性标志物CD133和β-catenin的表达，而干性标志物SOX2的表达则受到PFN2敲低的影响。

3.2 影响肿瘤的浸润和转移

浸润和远处转移是恶性肿瘤的主要特征之一，肿瘤细胞获得迁移表型通常与肌动蛋白细胞骨架的破坏有关。EMT是实体恶性肿瘤浸润转移的重要途径[20-21]，最近被发现在肿瘤免疫抑制和免疫逃逸中其重要作用[22]。细胞收缩性增强和肌动蛋白应力性纤维形成是EMT的特征。在EMT过程中，细胞表面上皮标志物E-钙黏蛋白和细胞角蛋白的表达降低，间质性蛋白如波形蛋白、N-钙黏蛋白、纤连蛋白等表达上调，导致上皮细胞失去极性，获得转移和侵袭的能力[23]。

CUI等[14]证实在食管鳞状细胞癌中，PFN2的表达与其淋巴结转移和浸润深度呈正相关，在体外培养的PFN2-siRNA转染的食管鳞癌细胞中，E-钙黏蛋白的表达上调，波形蛋白的表达下降，从而削弱了EMT过程，导致细胞迁移和侵袭能力的减弱。

作为一种研究较多的信号通路，TGF-β信号转导通路对EMT的影响已经得到广泛证实[24-26]。TANG等[12]在非小细胞肺癌细胞的研究中发现，PFN2的高表达明显增强了肺癌细胞中TGF-β1诱导的EMT的转录因子E盒结合锌指蛋白1(ZEB1)和N-钙黏蛋白的表达，同时减弱了E-钙黏蛋白的表达；同样，PFN2的敲低则明显抑制了TGF-β诱导的N-钙黏蛋白和ZEB1的表达，增强了E-钙黏蛋白的表达。以上结果表明，PFN2通过激活TGF-β1诱导的EMT从而促进肺癌细胞的迁移和侵袭。LING等[27]为了探索PFN2促肿瘤作用的分子机制，在三阴性乳腺癌细胞系中评估了随PFN2表达状态改变的EMT相关标志物，结果发现在PFN2过表达的三阴性乳腺癌细胞系中，间充质标志物N-钙黏蛋白、TGF-β1、Slug和Snail被上调，反之则相反，表明PFN2对三阴性乳腺癌细胞的迁移和侵袭能力具有积极影响。因此，PFN2促进肿瘤的浸润和转移过程可能是通过促进肿瘤的EMT来实现的。

LIU等[8]采用侵袭性导管癌组织芯片技术，发现PFN2在淋巴结转移的乳腺癌组织中表达明显增加，双荧光素酶报告基因检测显示PFN2 mRNA 30-UTR区域的UAGGG序列与hnRNPA2/B1结合后，PFN2 mRNA下调，敲除PFN2可明显降低乳腺癌细胞的迁移和侵袭。

3.3 影响肿瘤的血管生成

新血管的形成或血管生成是恶性肿瘤生长和转移的重要组成部分。在非小细胞肺癌中发现，PFN2过表达或敲低分别明显上调或降低血管内皮生长因子的表达，从而影响肿瘤的生长和转移[12]。CAO等[28]揭示了PFN2通过癌症衍生的外泌体增加了肿瘤微环境中肿瘤血管的生成，从而促进小细胞肺癌的生长。

4 总 结

以往对于Profilin家族的研究主要集中在PFN1上，证实了其在肿瘤增殖和转移过程中的重要作用，这也为Profilin家族在肿瘤学领域的研究提供了切入点，而PFN2基因在恶性肿瘤的发展、转移等方面均有着重要的作用。PFN2在不同的恶性肿瘤发生、发展过程中的作用也不完全相同，其在肺癌中的高表达可以促进肺癌细胞的增殖及迁移，诱导肿瘤血管生成，增加肿瘤细胞所必需的营养成分，从而促进肿瘤的生长；而在口腔鳞癌中却抑制肿瘤细胞的侵袭等，引起这一差异的具体机制仍有待于进一步研究。

综上所述，肿瘤发生、发展及转移是一个复杂的过程，加强对PFN2的深入研究，了解其在不同肿瘤细胞中的表达情况，探索研究其对肿瘤细胞及其微环境的作用机制，将会为肿瘤的分子诊断标准和判断疾病预后等提供更加重要的价值。随着人们对PFN2的进一步深入研究，会为肿瘤的早期预防、早期诊断及针对性的靶向治疗提供新的思路和方法。