王宇飛(綜述),唐維平(審校)

(南昌大學(xué)a.研究生院醫(yī)學(xué)部2008級;b.第二附屬醫(yī)院口腔頜面外科,南昌 330006)

PTEN是在1997年由美國的3個獨立研究小組在人類第10號染色體上發(fā)現(xiàn)的一個新的腫瘤抑制基因,是迄今發(fā)現(xiàn)的第1個具有特異性磷酸酶活性的抑癌基因[1],該基因的突變失活與人類多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),在細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期和細(xì)胞遷移過程中起關(guān)鍵性作用[2]。本綜述對PTEN基因的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能以及它們在口腔頜面部各種腫瘤中的表達(dá)作了簡要介紹,并對近來的發(fā)展提出展望。

1 PTEN基因簡介

1.1 PETN基因的來源

PTEN與細(xì)胞骨架張力蛋白同源,第10號染色體缺失的磷酸酶基因,發(fā)現(xiàn)于乳腺癌第10q23染色體的同源性丟失區(qū)的同時,克隆并分離出一種新基因[1],又名MMAC1多種進(jìn)展期癌突變基因1,存在于膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系定位于10q23.3的基因[3]或TEP1可被轉(zhuǎn)化生長因子β調(diào)節(jié)并在上皮細(xì)胞中富含磷酸酶的基因,采用生物信息學(xué)方法克隆到富含于上皮細(xì)胞[4]。后經(jīng)確認(rèn),PTEN、MMAC1、TEP1為同一基因,編碼同一種蛋白質(zhì),現(xiàn)統(tǒng)稱為PTEN。

1.2 PTEN基因結(jié)構(gòu)與功能

PTEN基因定位于人類染色體10q23.3,全長約200 kb,含9個外顯子和8個內(nèi)含子。其cDNA共有1209個核苷酸,編碼403個氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)[5]。PTEN的5′端非翻譯區(qū)很長,含多個CGG重復(fù)序列,為甲基化提供基礎(chǔ)[1]。第1外顯子有4個ATG序列,但真正的蛋白編碼起始于第4個ATG。第5外顯子編碼的第122-133位氨基酸與蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶和絲/蘇氨酸磷酸酶催化中心具有同源序列HCXXGXXTS/T,表明PTEN是雙特異性磷酸酶,具有磷酸酪氨酸磷酸酶(PIP)和雙重特異性磷酸酶(DSP)活性[6]。第5外顯子編碼的第122-132位的氨基酸序列內(nèi)含有一個酪氨酸磷酸酶基因的催化結(jié)構(gòu),其氨基酸序列為I/VHCXAGXXRS/TG,說明該區(qū)具有雙特異磷酸酶功能,在多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞周期中發(fā)揮作用,此區(qū)極易突變[4]。第5外顯子編碼的酶活性中心有3個堿性氨基酸,為特異催化酸性底物奠定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),這3個堿性氨基酸是突變熱點,其突變不影響蛋白磷酸酶的活性,卻使PTEN失去脂質(zhì)磷酸酶的活性,喪失大部分的抑癌功能,因此PT EN的抑癌功能主要依賴于脂質(zhì)磷酸酶活性[7]。此外,PTEN的C有C2結(jié)構(gòu)域、PEST結(jié)構(gòu)域和 PDZ(PSD95/D1g/ZO1 homology)結(jié)構(gòu)域。C2結(jié)構(gòu)域能促使PTEN結(jié)合于細(xì)胞膜,有利于 PTEN和其它底物的膜定位;PEST維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性;PDZ參與蛋白質(zhì)間的相互作用,增強(qiáng)磷酸酶活性和信號通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)效率[8]。PTEN的 C端尾部有 PEST序列和一個PDZ結(jié)合結(jié)構(gòu)域,此區(qū)域突變可影響突變體的穩(wěn)定性和磷酸酯酶活性,并引起分子構(gòu)象改變[9]。PT EN在體內(nèi)、外均可使FAK(focal adhesion kinase)脫磷酸,從而阻礙整合素介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移、侵襲和骨架蛋白組裝[10]。PTEN還與調(diào)控細(xì)胞的存活多種途徑有關(guān),如MAPK通路[11]。用Zn2+處理以后的人呼吸上皮細(xì)胞PTEN蛋白水平的表達(dá)明顯下降,且與時間和劑量成依賴關(guān)系。進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)Zn2+是通過泛素介導(dǎo)的PTEN蛋白降解來對PTEN表達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)的[12]。通過相同的途徑來對PTEN表達(dá)進(jìn)行調(diào)控的還有骨形成蛋白2[13]。

1.3 PTEN基因的分布

在胚胎發(fā)展早期,很多組織顯示PTEN表達(dá),如中腎、胃、肝、中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)等[14]。隨著胚胎進(jìn)一步發(fā)展,PTEN在不同組織中表達(dá)有所變化,所有器官系統(tǒng)中,PTEN在中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)最高。這種高表達(dá)貫穿從胚胎到胎兒整個胚胎發(fā)展過程,影響神經(jīng)元干細(xì)胞的自我更新和增生。PTEN基因具有組織特異性,亞細(xì)胞定位與其末端結(jié)構(gòu)域有關(guān)。在皮膚、結(jié)腸、乳腺、前列腺中,PTEN分布于細(xì)胞質(zhì);在神經(jīng)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、腎上腺髓質(zhì)、甲狀腺中,PTEN分布于細(xì)胞核;在極化的MDCK(Madin-Darby canine kidney)細(xì)胞,PTEN位于細(xì)胞間的緊密連接處[15]。

2 PTEN基因的抑癌作用

2.1 PTEN基因與細(xì)胞周期

腫瘤發(fā)生與細(xì)胞周期調(diào)控的紊亂有關(guān),而PTEN對細(xì)胞周期調(diào)控起著重要的調(diào)節(jié)作用。PTEN基因控制細(xì)胞周期的機(jī)制是它能特異性誘導(dǎo)細(xì)胞周期素依賴激酶(cyclin dependent kinases,CDKs)抑制因子p21,p27和p51,從而發(fā)揮調(diào)控細(xì)胞周期的作用。PTEN作為雙磷酸脂酶,能使PIP3脫磷酸,阻斷PI3K調(diào)控的生長因子信號通路,維持細(xì)胞正常的生長周期[16]。PTEN的缺失導(dǎo)致PIP3堆積,PIP3又可激活其下游的多種信號分子,使細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化[17];相反,PT EN的過表達(dá)也會使細(xì)胞阻滯于G1期而不能進(jìn)入S期[18]。

2.2 PTEN基因與細(xì)胞凋亡

PTEN誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡主要是通過它的脂質(zhì)磷酸酶的活性來實現(xiàn)的。PTEN通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路PI3K/AKT脫磷酸,抑制PI3K/AKT,激活Capase-3,Capase-9,促進(jìn)凋亡[19]。AKT能降低凋亡因子,增強(qiáng)抗凋亡蛋白的活性。過度激活的AKT會使細(xì)胞失去凋亡能力[20]。反之,PTEN的氧化性降低,可以提高PIP3的濃度,PIP3激活其下游的信號分子AKT,活化的AKT激活其下游的抗凋亡的信號分子,也證實了PTEN具有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的功能[21]。

2.3 PTEN基因與細(xì)胞的黏附、遷移

晚期轉(zhuǎn)移癌中經(jīng)常觀察到PTEN基因的丟失,這可能與PTEN參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的黏連和移動,從而負(fù)調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的遷移和浸潤有關(guān)。PTEN通過降低、抑制FAK和Shc磷酸化來調(diào)節(jié)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的相互作用,從而影響細(xì)胞的粘附和遷移等多個方面[22]。FAK及Shc均介導(dǎo)PTEN的抑制細(xì)胞遷移效應(yīng),但FAK與定向遷移有關(guān),而Shc與隨機(jī)遷移有關(guān)。

2.4 PTEN基因與血管

存在PI3K或AKT過表達(dá)的細(xì)胞中血管內(nèi)皮生長因子VEGF的mRNA水平明顯增高。PI3K的抑制劑LY294002能降低這種升高的水平,提示PI3K在調(diào)節(jié)VEGF表達(dá)方面起重要作用。PTEN則能抑制PI3K或AKT的過表達(dá)所誘導(dǎo)的廣泛新生血管形成。PTEN的突變則能促進(jìn)VEGF介導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和腫瘤微血管形成[23]。也有學(xué)者認(rèn)為PTEN的抑血管活性是通過抑制PI3K/AKT通路實現(xiàn)的[24]。

2.5 PTEN基因與免疫穩(wěn)定

免疫系統(tǒng)是機(jī)體重要的監(jiān)護(hù)系統(tǒng),失去了免疫系統(tǒng)的穩(wěn)定,會導(dǎo)致機(jī)體對細(xì)胞惡變的免疫監(jiān)視失控。出現(xiàn)細(xì)胞偏離正常的生長軌道而表現(xiàn)出惡性生長。PT EN基因純合性敲除的小鼠會在胚胎期死亡;雜合性敲除的小鼠雖然可以成長,經(jīng)常出現(xiàn)淋巴組織增生、T細(xì)胞淋巴瘤、子宮內(nèi)膜癌、前列腺癌等[25],而且發(fā)現(xiàn)小鼠胸腺組織結(jié)構(gòu)遭到破壞,T細(xì)胞增多,外周血中B細(xì)胞、CD4 T細(xì)胞增多,產(chǎn)生大量自身抗體,并伴有高丙種球蛋白血癥,同時,外周免疫系統(tǒng)也遭到破壞。增多的B細(xì)胞拮抗細(xì)胞凋亡,細(xì)胞的遷移能力也增強(qiáng)[26]。因此,PTEN與免疫系統(tǒng)穩(wěn)定的維持有重要的意義。

3 PTEN基因在口腔頜面部腫瘤中的作用

Shin K.H.等[27]對8l例微衛(wèi)星穩(wěn)定(microsatellite stability,MSS)和5例微衛(wèi)星不穩(wěn)定(microsatellite instability,MSI)的口腔鱗癌的PTEN基因全部序列進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)有l(wèi)例MSS和3例MSI的PT EN基因有錯義突變,有2例MSS的口腔鱗癌的染色體的第5外顯子有缺失,從而使PIEN的整個mRNA缺失。雖然有1例MSS和1例MSI的口腔鱗癌中PTEN基因是完整的但它卻沒有PT EN的mRNA的表達(dá)。這說明在口腔鱗癌的發(fā)生過程中FIEN的突變與缺失起著一定的作用。Lee J.I.等[28]檢測41例舌鱗癌患者標(biāo)本中PTEN蛋白的表達(dá),12例(29%)腫瘤標(biāo)本中PTEN陰性表達(dá),25例提示PTEN在蛋白水平上的改變更為常見,4例強(qiáng)表達(dá)。其表達(dá)與性別、年齡無關(guān),與組織學(xué)分級、臨床分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移均無顯著相關(guān)。使用Cox風(fēng)險模型進(jìn)行多因素分析顯示,PTEN的陰性表達(dá)是預(yù)后不良的預(yù)測指標(biāo)。Zhang R.H.等[29]用聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)及克隆、基因測序等方法來分析腮腺多形性腺瘤、黏液表皮樣癌及正常腺體組織中PT EN基因第5、第6及第8外顯子有無突變及缺失。通過對PT EN基因3個外顯子的克隆測序,發(fā)現(xiàn)有2例腮腺多形性腺瘤外顯子8發(fā)生突變,其中1例引起編碼的氨基酸發(fā)生變化;而腮腺黏液表皮樣癌中均未發(fā)現(xiàn)有突變及缺失。提示在涎腺腫瘤中PT EN基因的純合性缺失或點突變對PTEN的表達(dá)失活并非起主要作用,可能PT EN基因的突變或缺失在涎腺腫瘤中屬于稀有事件。Kleist B.等[30]研究小組在對腮腺上皮-肌上皮癌在兩個不同組織中進(jìn)行DNA模擬比較,也證明PTEN基因沒有突變的存在。

4 展望

具有雙重磷酸酶活性的一種抑癌基因PTEN的發(fā)現(xiàn),被形容為能揭開人類腫瘤基因?qū)W一些未知迷團(tuán)的里程碑[16]。對PTEN在細(xì)胞生長、周期調(diào)控、細(xì)胞凋亡、移動、免疫和信號傳遞等方面的重要作用已被逐步揭示并進(jìn)行更深入的研究。但是PTEN蛋白在腮腺多形性腺瘤、粘液表皮樣癌中的作用、用途還不明確;各途徑間的關(guān)系如何等都有待于進(jìn)一步的研究。但隨著對PTEN在細(xì)胞間信號傳導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)理的深入研究,最終將揭示其抑制腫瘤生長的本質(zhì)。利用PTEN基因的對細(xì)胞諸多調(diào)控功能,在人類腫瘤臨床的基因診斷、基因治療及預(yù)后判斷方面取得更大進(jìn)展,還需要更深入的研究。相信隨著對FIEN基因研究的深入將為今后進(jìn)一步研究腮腺多形性腺瘤、黏液表皮樣癌的發(fā)生、惡性轉(zhuǎn)化以及臨床診斷治療等提供新的思路。

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