CALCOCO1与恶性肿瘤的发生发展

贾 楠，王志莲

山西医科大学第二医院 妇产科，山西 太原 030000

自噬是一种以维持细胞内稳态及适应各种细胞应激为目的,受严格调节的溶酶体依赖性的分解代谢过程。选择性自噬是自噬的一种特殊类型,指通过选择性自噬受体特异性识别和结合相关的自噬物质,并与LC3相互作用形成自噬体的双膜结构,被转运至溶酶体进行降解。钙结合和螺旋结构域1(calcium binding and coiled-coil domain 1,CALCOCO1)作为自噬调节蛋白,可被招募到内质网(endoplas-mic reticulum,ER)和高尔基体中,以介导选择性自噬中的内质网自噬和高尔基体自噬。持续性高危型人乳头瘤病毒 (human papillomavirus,HPV)的感染是宫颈癌的主要危险因素。HPV早期入侵宫颈上皮细胞时,均会激活 PI3K-AKT-mTOR 信号通路,进而导致下游 mTOR 分子的磷酸化,而CALCOCO1的表达对mTOR抑制敏感,故CALCOCO1的表达可能随HPV感染而变化,为HPV感染与自噬的进一步研究奠定了基础。自噬在肿瘤发展的不同背景和阶段中发挥动态的肿瘤抑制或肿瘤促进作用,CALCOCO1作为自噬调节蛋白在恶性肿瘤中究竟起到了什么作用?本文对自噬调节蛋白CALCOCO1及其与恶性肿瘤的相关性研究进展进行综述,意在为HPV致宫颈恶性肿瘤及其他恶性肿瘤的防治提供新思路。

1 CALCOCO1概述及其功能

1.1 概述

编码基因CALCOCO1位于12q13.13,其编码蛋白为CALCOCO1蛋白(GeneCards数据库)。CALCOCO1蛋白,分子大小为76 336 ku,包括691个氨基酸(The Human Protein Atlas 数据库),位于细胞核和细胞质,隶属于CALCOCO家族蛋白,是一种跨多个哺乳动物细胞系的自噬相关蛋白,是与已知自噬蛋白相互作用的自噬相关蛋白,即选择性自噬受体[1]。CALCOCO1蛋白由N端SKICH结构域、非典型LC(light chain)3相互作用区(LC3-interacting region,LIR)、线圈-线圈区域(middle coil-coil regions,CC结构域)、UDS相互作用区(UDS-interacting region,UIR)、锌指结构域(zinc finger,ZF)和C端区域的酸性通道(two phenylalanines in an acidic tract,FFAT)样基序组成,而FFAT样基序中又具有两个苯丙氨酸(two phenylalanines,FF)和一个zDHHC锚蛋白重复结合基序(zDHHC ankyrin repeat-binding motif,zDABM)。

1.2 活化

雷帕霉素激酶的机制靶点(mammalian target of rapamycin,mTOR)是PI3K相关蛋白激酶(phosphatidy-linositol kinase-related kinase,PIKK)家族中的一种289 ku丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶[2]。mTOR由mTORC1和mTORC2组成,活化的mTORC1在自噬相关蛋白(autophagy-related protein,ATG)的磷酸化中起关键作用,并导致自噬的抑制[3-4]。当mTOR通路被激活后,mTOR通过自噬依赖途径调节CALCOCO1的表达[1]。即当抑制mTOR(如饥饿、mTOR抑制剂雷帕霉素等)时,会诱导自噬,从而使得溶酶体以自噬依赖的方式降解胞质CALCOCO1,使CALCOCO1表达降低。

1.3 功能

CALCOCO1被激活后,通过LIR基序与ATG8家族蛋白的LIR对接位点(LIR docking site,LDS)基序相互作用,通过UIR基序与ATG8家族蛋白的UIM对接位点(UIM-docking site,UDS)基序相互作用,进而被招募到ER和高尔基体中,以介导选择性内质网自噬和高尔基体自噬。CALCOCO1通过双LIR-LDS和UIR-UDS同时相互作用促进自噬体的启动,从而参与自噬体形成的早期阶段[1,5-6]。

ATG8家族蛋白,即泛素样ATG8家族,或自噬相关蛋白8家族(autophagy-related protein 8 family,ATG8)/微管相关蛋白1轻链3(light chain 3,LC3)/γ-氨基丁酸受体相关蛋白(GABA type A receptor-associated protein,GABARAPs)[7-9]。自噬分为3个过程:自噬起始、自噬膜延伸和自噬溶酶体形成。自噬过程由自噬相关蛋白(ATG)介导,核心自噬机制由大约20种ATG组成,ATG8家族蛋白为其中一组[10],其主要作用是介导自噬体膜生长和伸长,以及将分离膜封闭成自噬小体(囊泡)。ER是真核细胞中最大的膜结合细胞器,在代谢、信号转导和细胞内组织的多种过程中起着关键作用。为了应对应激刺激,如营养缺乏、错误折叠蛋白质的积累或暴露于化学物质,内质网通过上调其成分的合成以抵消应激而增大。内质网自噬,是一种选择性的自噬形式,参与内质网和错误折叠蛋白质的过量成分的降解,以维持细胞内稳态[6]。高尔基体自噬,是指高尔基体的自噬降解。高尔基体是细胞中的中心膜细胞器,主要负责运输、加工和分选新合成的膜、分泌蛋白质和脂质。高尔基体在分泌途径中对蛋白质和脂质的加工、分类和运输至关重要。高尔基体功能障碍可能导致各种疾病的发展,包括心血管疾病、神经退行性疾病、免疫疾病,甚至某些癌[11-14]。

CALCOCO1通过FFAT样基序中的两个FF相互作用,与内质网膜上的VAMP相关蛋白(VAMP-associated proteins,VAPs)相互作用锚定到ER,并通过其LIR和UIR与ATG8家族蛋白相互作用形成自噬体[15]。而且,CALCOCO1的LIR和UIR都是与ATG8家族蛋白(即泛素样ATG8家族,ATG8/LC3/GABARAPs)相互作用和提供自噬有效降解所必需的。CALCOCO1通过CC结构域形成二聚体,并通过其LIR和UDS相互作用区与ATG8家族蛋白相互作用,形成自噬体,在蛋白毒性和饥饿诱导的应激反应中,可降解管状ER,导致内质网形态变化和碎裂。进而参与了内质网自噬,参与了自噬体形成的早期阶段[5]。CALCOCO1通过酸性通道(FFAT)样基序中的一个zDHHC锚蛋白重复结合基序(zDHHC ankyrin repeat-binding motif,zDABM),与定位于高尔基体的棕榈酰转移酶ZDHHC17和ZDHHC13的锚蛋白重复序列(ankyrin repeat,AR)结构域相互作用[16],将CALCOCO1锚定到高尔基体,从而介导高尔基体片段的降解,以维持高尔基体内平衡[17-18]。进而参与了高尔基体自噬,参与了自噬体形成的早期阶段。

2 CALCOCO1在恶性肿瘤发生发展中的作用机制

CALCOCO1在恶性肿瘤的发生及治疗等方面都发挥作用。首先,CALCOCO1可能与恶性肿瘤的发生相关。例如,在宫颈癌的发生过程中,CALCOCO1通过以自噬依赖性方式受mTOR调节,而参与到高危型HPV与宿主基因组的整合,从而参与宫颈癌的发生过程。CALCOCO1R12H突变与乳腺癌风险增加相关。其次,CALCOCO1可能参与了部分恶性肿瘤治疗过程中耐药性的发生。但是,目前尚未查阅到关于CALCOCO1在恶性肿瘤发生、转移及治疗等方面的具体作用机制,尚不能证明CALCOCO1作为选择性自噬受体,是通过调节自噬,影响恶性肿瘤的发生、发展等过程。

2.1 宫颈癌

高危型HPV 的持续性感染是宫颈癌的主要危险因素。而自噬在 HPV 感染的初期阶段是被激活并且发挥着抗病毒的作用的。HPV早期入侵宫颈上皮细胞时,病毒会先在细胞膜上锚定,随后在通过内化作用进入宿主细胞,上述过程均会激活AKT,PTEN的磷酸化,激活 PI3K-AKT-mTOR信号通路,进而导致下游mTOR分子的磷酸化,从而抑制自噬的发生,促进病毒的感染[19-20]。当高危型HPV整合进宿主基因组后,可以抑制自噬通路的关键因子,如 BECN1,ATG5,ATG8 等分子的表达抑制自噬。则CALCOCO1可能通过与ATG8的结合逆转HPV整合入细胞后对自噬的抑制。同时,CALCOCO1以自噬依赖性方式受mTOR调节,即CALCOCO1的表达对mTOR抑制敏感[1]。故CALCOCO1的表达可能随HPV感染而变化,有望成为HPV感染引发自噬进而引起宫颈癌的标志物,为HPV感染与自噬及宫颈癌的进一步研究奠定了基础。综上,自噬调节蛋白CALCOCO1可能通过mTOR通路与HPV感染、自噬及宫颈癌存在关联。

2.2 卵巢癌

CALCOCO1通过其LIR和UIR结构域,结合ATG8家族蛋白(ATG8/LC3/GABARAPs)来发挥作用。有研究通过抑制GABARAP,降低了OVCAR8卵巢癌细胞系的自噬流量,并使其对卵巢癌化疗一线药物顺铂敏感[21],从而表明:干扰LC3/GABARAP蛋白的蛋白-蛋白质相互作用是抗癌治疗的一个很有希望的途径[22]。而CALCOCO1恰巧是通过此过程来发挥作用的,故猜想:GABARAP选择性配体和结合LC3和GABARAP蛋白的配体,也就是CALCOCO1,将成为通过自噬招募降解相关蛋白的关键目标。即CALCOCO1可能通过与ATG8家族蛋白的结合,影响自噬,进而成为抗癌治疗的靶点。同时,有研究表明通过调节mTOR/p70s6k信号轴可以诱导卵巢癌细胞凋亡和自噬[23],而CALCOCO1恰好以自噬依赖性方式受mTOR调节,这也为我们猜想CALCOCO1可能与卵巢癌相关提供了部分依据。

2.3 乳腺癌

CALCOCO1与乳腺癌的发生相关。CALCOCO1与乳腺癌的发生相关。研究表明,人类乳腺肿瘤中的CALCOCO1R12H突变与乳腺癌风险增加相关CALCOCO1为CHEK2 1100delC突变携带者的乳腺肿瘤的差异表达基因之一[24]。

2.4 神经胶质瘤

神经胶质瘤的治疗可能和CALCOCO1的表达相关。研究表明:CALCOCO1在调节神经胶质瘤细胞对神经胶质瘤常用的化疗药物替莫唑胺(TMZ)的敏感性方面发挥作用[25]。故推测:CALCOCO1 可能与化疗药物的耐药性相关。

3 问题与展望

CALCOCO1是近年来新发现的一种自噬调节蛋白,关于其在选择性自噬的作用,有许多尚未回答的问题,值得进一步研究。目前的研究提示:自噬调节蛋白CALCOCO1可能通过mTOR通路与HPV感染相关,而持续性高危型HPV 的感染可以导致宫颈癌的发生,但自噬调节蛋白CALCOCO1与宫颈病变及宫颈癌的相关性有待进一步研究。鉴于自噬在肿瘤发展的不同背景和阶段中发挥动态的肿瘤抑制或肿瘤促进作用以及目前有限的研究多集中于CALCOCO1与肿瘤转移的抑制作用,而CALCOCO1在肿瘤早期发生发展中的作用研究尚属起步阶段,具体作用有待进一步研究。与CALCOCO1相互作用的ATG8家族蛋白(ATG8/LC3/GABARAPs),是靶向蛋白质降解的新兴途径,CALCOCO1有望通过与ATG8家族蛋白的结合,影响自噬,进而成为抗癌治疗的靶点。