抑癌基因PTEN的研究进展

作者:未知

  [摘要]抑癌基因PTEN具有双重特异性磷酸酶活性,其表达缺失可见于多种散发性肿瘤。PTEN基因主要通过对过磷脂酰肌醇3激酶(Pl3K)/蛋白激酶B(AKT)和丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)等信号通路平衡的调节发挥抑癌机制。转录前(如基因突变、甲基化、表达缺失)以及转录水平和转录后的调控是PTEN基因表达的重要影响因素。本文就PTEN基因结构、生物学功能、与信号通路作用機制及其调控的研究进展作一综述。
  [关键词]PTEN;基因;肿瘤;进展
  [中图分类号] R737.2 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721(2019)5(a)-0019-04
  [Abstract] The tumor suppressor gene PTEN has dual specific phosphatase activity, and its expression loss can be found in a variety of sporadic tumors. The PTEN gene acts as a tumor suppressor by regulating the balance of signaling pathways such as phosphatidylinositol 3 kinase (Pl3K) /protein kinase B (AKT) and mitogen activated protein kinase (MAPK). The regulation and control on pre-transcription (such as gene mutation, methylation and loss of expression) and transcriptional level and post-transcription are important factors in the expression of PTEN. This review summarizes the research progress of PTEN′s gene structure, biological function, mechanism on signal pathway and the regulation.
  [Key words] PTEN; Gene; Tumor; Progress
  张力蛋白同源的第10号染色体缺失的磷酸酶(phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten,PTEN),即PTEN基因,是继p53以后被发现的一个具有双重特异性磷酸酶活性的抑癌基因。过磷脂酰肌醇3激酶(Pl3K)/蛋白激酶B(AKT)和丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)信号通路的平衡是PTEN基因主要调控的关键,继而通过细胞凋亡、细胞周期阻滞、细胞迁移等发挥抑癌功能。PTEN基因的甲基化、突变、缺失以及转录水平和转录后调控等因素导致的PTEN表达水平降低或丢失,与多种恶性肿瘤的发生密切相关[1],PTEN基因已成为多种恶性肿瘤发生发展机制研究中的关注点。
  1 PTEN基因及其蛋白的结构
  PTEN基因全长200 kb,具有9个外显子和8个内含子,其cDNA5′端富含ATG和多个CGG重复序列,是甲基化的结构基础。PTEN基因第5外显子的编码蛋白具有双特异性磷酸酶功能,与蛋白质丝氨酸/苏氨酸酶和蛋白质酪氨酸磷酸酶催化中心同源的结构位于第122~132位氨基酸序列,该区域的突变将直接影响PTEN蛋白的脂质磷酸酶活性。PTEN蛋白氨基端与神经突触泡转运相关蛋白auxilin以及细胞骨架蛋白中的张力蛋白tensin高度同源,与细胞周期蛋白Cdc14以及丝/苏氨酸激酶GAK不同程度同源。PTEN序列高度保守,但也同时存在PTEN相关基因如PTENR1和TPTE以及假基因PTENP1[2],在肿瘤发生发展中所发挥的作用有待进一步研究。
  PTEN蛋白定位于细胞浆,其N端功能区可促进酪氨酸、丝氨酸/苏氨酸的残基脱磷酸化,参与细胞生长调节,并影响肿瘤细胞的转移、侵袭、血管发生等过程,最终发挥抑制肿瘤细胞生长的作用。C端则由50个氨基酸组成的羧基端区域和一个与脂质结合的C2区域构成,促进和介导重要的细胞内过程,如第二信使的产生、膜运输、GTPase活化、蛋白磷酸化调控等。PTEN蛋白的羧基端区域富含丝/苏氨酸残基的PEST结构域序列通过CK2的磷酸化有助于蛋白的折叠而确保PTEN蛋白的稳定性和与细胞膜的锚定作用,完成信号的转导以及PTEN在细胞膜上的移位,进而调节自身酶的活性、参与PTEN蛋白稳定性的维持。
  2 PTEN基因的生物学功能
  2.1调控细胞周期,诱导细胞凋亡
  PTEN基因编码产物特异性诱导细胞周期素依赖激酶(CDKs)抑制因子p21、p27和p51参与细胞周期的调控。其中,p21干扰DNA复制导致细胞G1晚期停滞,p27和p51抑制细胞周期蛋白(cyclin)中的cyclinA/CDK2、cyclinE/CDK2和cyclins/CDK诱导细胞周期的阻滞。与此同时,PTEN蛋白可降解cyclinD1阻滞细胞周期的进程,也可通过拮抗AKT信号通路增强BAD和forkhead活性、抑制核转录因子(NF-κB)活性以及激活半胱天冬酶3(caspase-3)和半胱天冬酶8(caspase-8)诱导细胞凋亡或增强细胞对凋亡刺激作用的敏感性[3-4]。
  2.2抑制细胞的黏附与侵袭
  PTEN蛋白通过粘着斑激酶(FAK)和Shc的去磷酸化而选择性抑制整合蛋白和生长因子介导的细胞黏附和迁移,并通过NF-κB和AP-1下调基质金属蛋白酶2/9(MMP-2/9)抑制肿瘤细胞的浸润和转移[5]。   2.3抑制新生血管的形成
  PTEN蛋白可抑制血小板源性生长因子(PDGF)刺激所致的血管平滑肌细胞的生长与增殖从而调控非肿瘤性的血管新生[6],也可通过多种途径改变血管内皮生长因子(VEGF)、血管生成素(Ang)、缺氧诱导因子1α(HIF-1α)和环氧合酶2(Cox-2)等多种血管生成因子的表达而抑制肿瘤血管内皮细胞增殖[7],对Pl3K/AKT信号通路中AKT的调控也具有抑制肿瘤新生血管生成的作用[8]。
  2.4对肿瘤药物耐药性的调控
  PTEN蛋白对天冬氨酸蛋白水解酶和B淋巴细胞瘤-2基因的调节进而影响抗肿瘤药物如顺铂的作用[9],也可调控多药耐药相关蛋白1(MRP-1)的表达导致抗肿瘤药物以及糖皮质激素的耐药[10]。此外,分布与细胞膜上的转运蛋白多药耐药有关蛋白ABC(ATP-binding cassette)超家族也可能成为PTEN蛋白进行抗肿瘤药耐药调节的关键点[11]。
  3 PTEN基因的作用机制
  3.1 Pl3K/AKT信号通路
  PTEN基因编码蛋白主要通过肌醇-3磷酸酶活性催化PIP3转化为PIP2继而负调控AKT,也可经由Pl3K/AKT通路内部或与其他信号通路(如MAPK)间的相互作用等机制对Pl3K/AKT信号通路进行调控,进而经由mTOR影响mRNA逆转录、p21/p27抑制细胞周期蛋白cyclin D1-CDK复合物形成、抑制GSK3β激酶活性阻碍细胞周期蛋白cyclinD1降解等诱导细胞周期停滞,促进细胞周期进程,导致细胞异常增殖[12]。促进抗凋亡蛋白Bcl-2表达、调节FoxO家族并活化原癌蛋白NF-κB、抑制细胞色素C释放并激活caspase家族,导致细胞凋亡的抑制[13]。通过金属基质酶MMP、经由NF-κB的肌动蛋白细丝重构以及E钙黏素的调节对细胞迁移和侵袭发挥作用[14]。
  3.2 MAPK信号通路
  PTEN基因的表达可选择性地抑制胞外信号转导激酶ERK1/2的活化、抑制SH2包含蛋白Shc和Ras的磷酸化以及相关联局部突触的形成和细胞扩散;负调控Raf1的磷酸化水平[15];促进PIP3的去磷酸化抑制下游信号蛋白ERK1/2的转导、调节胰岛素受体-1(IRS-1)磷酸化水平而抑制IRS-1/Grb/SOS复合物形成并下调MAPK(ERK1/2)磷酸化进而减少细胞周期蛋白cyclinD1的表达,导致细胞周期的阻滞以及细胞分化的抑制[3]。也可通过JNK/SAPK途径介导前凋亡蛋白参与抗凋亡、细胞增生以及炎症反应[16]。此外,PTEN蛋白可抑制ERK1/2对肌浆球蛋白磷酸化和肌浆球蛋白轻链酶(MLCK)活性导致细胞运动降低而影响肿瘤细胞的侵袭能力[17]。p38/MAPK则通过直接或间接活化caspase家族成员诱导细胞凋亡,或通过磷酸化p53、参与FAS-FasL介导或直接作用于抗凋亡蛋白Bc1-2家族成员而诱发肿瘤细胞凋亡[18]。在促进肿瘤新生血管形成方面,主要借VEGF、碱性纤维母细胞生长因子(bFGF)、表皮生长因子(EGF)、白介素-6(IL-6)和其他促血管形成因子的调控发挥重要作用[19]。
  3.3 FAK/p130cas信号通路
  PTEN蛋白可抑制FAK活性并降低p130cas的磷酸化水平而抑制细胞生长、细胞迁移和浸润,抑制生长因子结合蛋白2(Grb2)以及随后的MAPK的级联反应[20]。
  3.4其他信号通路
  PTEN蛋白能抑制PIP3以及AKT的活性进而抑制p53蛋白的降解,并与p53形成复合物抵抗蛋白酶体的降解并延长p53的半衰期,通过细胞周期的负调控实现生长抑制或细胞凋亡[21]。此外,细胞周期蛋白既是多个信号通路的生物学效应点,也是PTEN蛋白的重要作用环节之一。PTEN蛋白通过上述信号通路也可直接诱导细胞周期依赖性激酶(CDK)调控细胞周期。PTEN基因的表达导致CDK失活、底物pRb去磷酸化并与转录因子E2F结合,进而抑制细胞的增殖[22]。
  4 PTEN基因表达的调控
  4.1转录前的调控
  PTEN基因突变类型包括突变(无义突变、错义突变、移码突变)、缺失和插入以及拼接体突变等,以第5外显子的磷酸酯合成酶核心基序列以及第7、8外显子的磷酸化酶区这三个重要的功能区为主。其中,第5和第6外显子多发生错义突变,第7外显子多发生无義突变,而移码突变则频繁出现在多腺苷尾(A)的第6、7外显子特别是第8外显子。此外,PTEN基因杂合性缺失、启动子区的高度甲基化改变以及微卫星不稳定性(microsatellite instability,MSI)所导致的肿瘤基因组遗传不稳定等,可能是PTEN基因表达缺失的重要机制[23-24]。
  4.2转录中的调控
  PTEN基因的转录过程受多因素调控,其中通过转录环节上调其表达的包括p53、EGR1、过氧化物酶增殖体激活受体(PPARγ)、转录因子GRHL-3等,而下调其表达的因素则有SNAIL、c-JUN以及NF-κB;而MYC和CBF-1因子结合具有活性的NOTCH1对PTEN基因的转录可进行双向调控[25]。
  4.3转录后的调控
  PTEN基因转录后的调控主要集中在微小RNA(miRNA)的研究。miR-29b通过对转录因子Spl(specificity protein 1)的靶向锚定调控PTEN/AKT信号通路进而影响肿瘤细胞的增殖、转移和侵袭[26]。多项实验研究表明,miR-21、miR-22、miR-24以及miR-106b-25均可直接或间接作用于PTEN基因并负调控其表达从而促进肿瘤细胞的生长[27-28]。活化的ERK、致癌基因MYC与miRNA中miR-19、miR-25的相互关联也将通过PTEN基因表达的调控影响肿瘤细胞的生长[29]。miRNA作为假PTEN基因1(PTENP1)的靶目标通过延长PTEN miRNA半衰期而达到增加PTEN表达量的目的[30]。除miRNA以外,PTEN基因转录后的调控还可见于直接或间接发生于功能活性区的磷酸化、乙酰化和泛素化,从功能上对PTEN基因进行负调控。   5展望
  PTEN基因及其相关的信号通路作用机制已成为肿瘤病因学研究的热点。随着PTEN基因基本结构、生物学功能以及相关作用机制研究的深入,将为肿瘤的诊断与治疗提供更多分子生物学的理论基础,PTEN基因信号通路的进一步研究也将为肿瘤在基因水平上的诊治提供更多全新的思路和依据。
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  (收稿日期:2018-11-05 本文编辑:任秀兰)
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