段 佳 綜述,雷 迅審校

(桂林醫(yī)學(xué)院,廣西桂林 541004)

癌蛋白p18在細(xì)胞中的生物學(xué)作用*

段 佳 綜述,雷 迅△審校

(桂林醫(yī)學(xué)院,廣西桂林 541004)

微管;腫瘤;癌蛋白 p18

癌蛋白p18(Stathmin/oncoprotein 18)是一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量為19 kD的細(xì)胞質(zhì)蛋白,與細(xì)胞微管的形成有關(guān),是近來(lái)研究較多的微管不穩(wěn)定蛋白。在細(xì)胞周期的不同階段,癌蛋白p18通過(guò)自身的磷酸化和去磷酸化作用調(diào)節(jié)細(xì)胞微管系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。癌蛋白p18通過(guò)促進(jìn)微管的解聚或阻止微管的聚合從而影響有絲分裂紡錘體的形成,影響細(xì)胞的增殖與凋亡[1]。癌蛋白p18在多種惡性腫瘤細(xì)胞中都有高水平的表達(dá),抑制癌蛋白p18表達(dá)可以干擾惡性腫瘤細(xì)胞的有絲分裂,抑制腫瘤細(xì)胞的增殖,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡。同時(shí)能夠協(xié)同某些化療藥物的抗癌作用,癌蛋白p18是一個(gè)潛在治療腫瘤的新靶點(diǎn)。

1 癌蛋白p18的定位與分子結(jié)構(gòu)

癌蛋白p18的基因定位于人染色體1p35～36.1上,這個(gè)區(qū)域是腫瘤細(xì)胞基因組DNA雜合性缺失或刪除頻率非常高的位點(diǎn),由5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子組成,翻譯起始信號(hào)位于第2個(gè)外顯子末端。癌蛋白p18最初是從淋巴瘤中得到的,位于細(xì)胞核周?chē)?。癌蛋白p18的家族成員包括癌蛋白 p18、SCG10、SCLIP和RB3等。SCG10、SCLIP和 RB3與癌蛋白p18在碳末端有高度的同源性,稱為癌蛋白p18樣結(jié)構(gòu)域。癌蛋白p18樣結(jié)構(gòu)域都具有共同的碳末端螺旋和相同的屬性,僅在活性上稍有差異。癌蛋白p18含有149個(gè)氨基酸,相對(duì)分子質(zhì)量為19 kD,是一種高度保守的脊椎動(dòng)物細(xì)胞胞質(zhì)磷蛋白[1]。癌蛋白p18有2個(gè)區(qū)域:一個(gè)是N端的“調(diào)節(jié)”區(qū)域,其16、25、38及 63位點(diǎn)為絲氨酸殘基(Ser16、Ser25、Ser38 和Ser63),蛋白激酶作用于這些位點(diǎn)可以使癌蛋白p18磷酸化;另一個(gè)是具有α螺旋結(jié)構(gòu)的C端“作用”區(qū)域,能與其他蛋白相互作用[2]。

在癌蛋白p18的α螺旋區(qū)域是和微管蛋白亞基結(jié)合的部分。通過(guò)對(duì)微管蛋白與癌蛋白p18復(fù)合體的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)癌蛋白p18的α螺旋區(qū)域與微管蛋白二聚體結(jié)合時(shí),癌蛋白p18的N端像帽子樣遮蔽微管蛋白α亞基一側(cè),防止其他微絲縱向連接[3]。癌蛋白p18中42～126位氨基酸殘基是微管蛋白之間N端或C端進(jìn)行延伸所需的最短片段,其上有Ser16、Ser25、Ser38和Ser63 4個(gè)磷酸化位點(diǎn),可被cAM P依賴的蛋白激酶、cdc2蛋白激酶、絲裂原活化蛋白激酶(M APK)、鈣調(diào)蛋白依賴的蛋白激酶(CaMK)催化發(fā)生磷酸化,該蛋白的磷酸化部位與其功能發(fā)揮有重要關(guān)系,而在這4個(gè)磷酸化位點(diǎn)中,只有Ser16為癌蛋白p18家族保守區(qū)域。

2 癌蛋白p18與微管動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)

微管是由微管蛋白α/β異源二聚體組成,對(duì)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞遷移、細(xì)胞極性和維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)等起重要作用。癌蛋白p18介導(dǎo)的失穩(wěn)定改變可以導(dǎo)致微管的隔離或聚合發(fā)生。而后者是由微管解聚作用和與抵消“解救”作用(微管聚合作用)引起的。多種細(xì)胞信號(hào)和細(xì)胞周期相關(guān)激酶系統(tǒng)調(diào)節(jié)癌蛋白p18上 4個(gè)絲氨酸殘基(Ser16、Ser25、Ser38、Ser63)的磷酸化,以調(diào)節(jié)癌蛋白p18促微管解聚活性。磷酸化不同的絲氨酸殘基導(dǎo)致不同程度的癌蛋白p18失活[4]。Ca2+、鈣依賴蛋白激酶Ⅳ(CaMKⅣ)和微管相關(guān)蛋白(MAP)激酶分別磷酸化Ser16和Ser25位點(diǎn)[5]。在有絲分裂時(shí)期,Ser25和Ser38上沒(méi)有磷酸化,而在Ser16和Ser63上高度磷酸化,大幅降低癌蛋白p18的活性甚至滅活癌蛋白p18,影響癌蛋白p18與游離微管蛋白的螯合[6]。Holmfeldt等[7]在研究中發(fā)現(xiàn),RNA干擾耗竭癌蛋白p18后,微管聚合物數(shù)量在分裂間期時(shí)顯著增加,但是并不改變有絲分裂時(shí)紡錘體的密度和功能。在某些癌蛋白p18異常高表達(dá)的人類(lèi)惡性腫瘤中,即使在有絲分裂時(shí),癌蛋白p18仍然具有殘余的紡錘體失穩(wěn)定活性。因此,癌蛋白p18在異常高表達(dá)時(shí)癌蛋白p18能夠擾亂紡錘體的形成,進(jìn)而導(dǎo)致在惡性腫瘤中染色體表型的多變性。

3 癌蛋白p18調(diào)節(jié)微管的作用機(jī)制

癌蛋白p18誘導(dǎo)微管失穩(wěn)定的機(jī)制最初提出的是“災(zāi)難”促進(jìn)機(jī)制,即:癌蛋白p18通過(guò)增加微管亞單位由延伸狀態(tài)變?yōu)槭湛s狀態(tài)的頻率使微管不穩(wěn)定,從而促進(jìn)了微管的解聚,導(dǎo)致細(xì)胞“災(zāi)難”的發(fā)生。但隨后有的學(xué)者認(rèn)為癌蛋白p18的微管解聚活動(dòng)主要通過(guò)其直接與微管α/β異源二聚體的多價(jià)螯合形成T2S三聚復(fù)合體來(lái)調(diào)節(jié),癌蛋白p18是單獨(dú)起到微管蛋白螯合作用的,而“災(zāi)難”促進(jìn)作用僅僅是由游離微管蛋白濃度減少引起的[8]。然而 Howell等[9]的發(fā)現(xiàn)能部分解釋在體外癌蛋白p18的這種“災(zāi)難”促進(jìn)作用,在不同pH值下有所不同,在 pH＞7的時(shí)候,癌蛋白 p18結(jié)合微管蛋白活性低,減弱了癌蛋白p18與微管蛋白螯合活性,而在pH為6.8時(shí),螯合作用則占主導(dǎo)地位。促“災(zāi)難”活性需要癌蛋白p18的N端區(qū)域,而微管蛋白螯合樣活性則需要完整的C端。最近的研究發(fā)現(xiàn),癌蛋白p18也有可能通過(guò)控制微管數(shù)量或影響其長(zhǎng)度來(lái)控制微管蛋白隔離,進(jìn)而調(diào)節(jié)微管系統(tǒng)。Ringhoff和Cassineris[10]研究發(fā)現(xiàn),癌蛋白p18敲除的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞具有中心體核化現(xiàn)象,這在一定程度解釋調(diào)節(jié)微管蛋白亞單位隔離的機(jī)制。在豬腎小管上皮細(xì)胞株(LLCPK)中,適度提高癌蛋白p18表達(dá)水平能減少中心體的核化。值得注意的是,在成纖維細(xì)胞模型中低水平的內(nèi)生癌蛋白p18在細(xì)胞有絲分裂時(shí)仍然能隔離微管蛋白亞單位,但沒(méi)有檢測(cè)到微管動(dòng)力學(xué)改變。這與癌蛋白p18通過(guò)螯合作用獨(dú)立調(diào)節(jié)游離微管蛋白亞單位進(jìn)而調(diào)節(jié)微管系統(tǒng)的觀點(diǎn)是一致的,提示癌蛋白p18可能通過(guò)多種途徑對(duì)細(xì)胞有絲分裂時(shí)的微管蛋白進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4 癌蛋白p18的生物學(xué)功能

微管是細(xì)胞骨架的主要構(gòu)成成分,對(duì)細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)具有重要作用,癌蛋白p18能與多種細(xì)胞信號(hào)結(jié)合調(diào)節(jié)微管動(dòng)力學(xué),維持細(xì)胞的正常生物學(xué)功能。在正常的人體組織和細(xì)胞中,癌蛋白p18一般在高增殖能力的細(xì)胞中高表達(dá);新生兒組織中,癌蛋白p18的表達(dá)水平也比成人組織中的高。在腫瘤細(xì)胞中,癌蛋白p18在多種腫瘤細(xì)胞中異常高表達(dá),而當(dāng)腫瘤細(xì)胞分化和增殖停滯時(shí),癌蛋白p18水平大幅下降。Wang等[11]發(fā)現(xiàn),用小干擾RNA(siRNA)技術(shù)降低癌蛋白p18表達(dá)導(dǎo)致骨肉瘤Saos-2和MG63細(xì)胞增殖率顯著降低,細(xì)胞分裂停滯于G2/M 期,同時(shí)細(xì)胞凋亡數(shù)大量增加,這表明癌蛋白p18對(duì)正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的增殖都有重要意義。采用siRNA干擾技術(shù),沉默早期胚胎滋養(yǎng)母細(xì)胞癌蛋白p18的基因,發(fā)現(xiàn)多種滋養(yǎng)母細(xì)胞的遷移和增殖在一定程度上被抑制,提示癌蛋白p18表達(dá)水平可能與癌組織的分化密切相關(guān)[12]。在細(xì)胞周期S期時(shí),癌蛋白 p18多為 1或2個(gè)位點(diǎn)磷酸化,而3個(gè)位點(diǎn)的磷酸化多在G2/M 期[13]。在 M 期所有 4個(gè)位點(diǎn)均被磷酸化,而最終被磷酸化的是Ser16和Ser63以滅活癌蛋白p18-微管蛋白結(jié)合物[14]。癌蛋白p18促微管解聚的活性受其自身磷酸化水平的調(diào)節(jié),癌蛋白p18可能通過(guò)調(diào)節(jié)微管系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡從而調(diào)控細(xì)胞周期。

微管失穩(wěn)定蛋白和穩(wěn)定蛋白共同調(diào)節(jié)微管動(dòng)力學(xué),他們之間活性的變化能影響細(xì)胞的黏附、遷移和形態(tài)學(xué)變化。癌蛋白p18作為重要的微管失穩(wěn)定蛋白,與細(xì)胞活性的調(diào)節(jié)有著重要的關(guān)系。癌蛋白 p18在調(diào)節(jié)細(xì)胞活性時(shí),Ser16、Ser25、Ser38位點(diǎn)被磷酸化,細(xì)胞能通過(guò)細(xì)胞外基質(zhì)進(jìn)行黏附,細(xì)胞形態(tài)出現(xiàn)變形蟲(chóng)樣改變,細(xì)胞遷移能力增強(qiáng)。其中Ser16位點(diǎn)的磷酸化對(duì)癌蛋白p18調(diào)節(jié)細(xì)胞活性起到重要作用這一觀點(diǎn)已被證實(shí),但Ser25、Ser38位點(diǎn)磷酸化的作用尚不清楚[15]。

5 癌蛋白p18與腫瘤

放療和化療在腫瘤治療中取得了較好的效果,但放療和化療一般特異性較差,帶來(lái)了較嚴(yán)重的不良反應(yīng)[16]?；蛑委熅哂刑禺愋愿叩奶攸c(diǎn)而成為腫瘤治療的熱點(diǎn)。由于癌蛋白p18在多種已知的人類(lèi)惡性腫瘤中異常高表達(dá),并且與腫瘤的發(fā)展和預(yù)后有密切的關(guān)系,因而成為腫瘤治療的新靶點(diǎn)[17]。Mistry等[18]將腺病毒介導(dǎo)的抗癌蛋白p18核酶轉(zhuǎn)染到前列腺腫瘤細(xì)胞,腫瘤細(xì)胞癌蛋白p18表達(dá)明顯下降,腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)與增殖明顯被抑制,細(xì)胞分裂停滯在G2/M期,細(xì)胞凋亡數(shù)顯著增加,且有明顯的劑量依賴性。多種因子可抑制癌蛋白p18表達(dá)或通過(guò)癌蛋白p18磷酸化調(diào)節(jié)細(xì)胞周期,促進(jìn)細(xì)胞凋亡。目前,研究較多的是p53基因?qū)Π┑鞍譸18表達(dá)的影響。野生型p53基因通過(guò)表達(dá)包含組蛋白脫乙?；傅淖枰謴?fù)合物與輔助抑制子mSin3a一起抑制癌蛋白p18基因啟動(dòng)子,負(fù)性調(diào)節(jié)癌蛋白p18的表達(dá),抑制細(xì)胞有絲分裂和腫瘤細(xì)胞增殖,而突變型p53基因喪失這種功能,導(dǎo)致癌蛋白p18過(guò)表達(dá),促進(jìn)腫瘤的形成[19]。有研究者構(gòu)建survivin啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的癌蛋白p18 siRNA導(dǎo)入腫瘤細(xì)胞能抑制癌蛋白p18表達(dá),導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞分裂停滯在G2/M期,細(xì)胞凋亡明顯增多[20]。Vancompernolle等[21]發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子(T NF)刺激纖維肉瘤 L929細(xì)胞后,細(xì)胞內(nèi)微管高度聚集,野生型癌蛋白p18高度表達(dá),癌蛋白p18磷酸化,導(dǎo)致TNF介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡大量增加。推測(cè)TNF能促進(jìn)Ser16和Ser63位點(diǎn)磷酸化,從而降低癌蛋白p18的活性,促進(jìn)微管解聚,導(dǎo)致細(xì)胞凋亡,但是具體機(jī)制尚未明確。核酶和siRNA抑制癌蛋白p18表達(dá)均能導(dǎo)致G2/M期細(xì)胞數(shù)增加、細(xì)胞集落生成抑制和細(xì)胞凋亡的顯著增加。通過(guò)腺病毒將抗癌蛋白p18的核酶轉(zhuǎn)染至前列腺癌細(xì)胞,證實(shí)抗癌蛋白p18的核酶能發(fā)揮G2/M期阻滯和促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用。Mistry和Atweh[22]在轉(zhuǎn)染抗癌蛋白p18的核酶后聯(lián)合應(yīng)用化療藥物,發(fā)現(xiàn)聯(lián)合依托泊苷和紫杉醇都出現(xiàn)了較強(qiáng)的協(xié)同作用,在亞治療劑量下,二者聯(lián)合均出現(xiàn)G2/M期阻滯和促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用。這些研究為腫瘤的治療提供了一個(gè)新的方案。

6 結(jié)語(yǔ)與展望

微管作為細(xì)胞內(nèi)重要的亞結(jié)構(gòu),對(duì)細(xì)胞分化與增殖、細(xì)胞周期、細(xì)胞遷移等有重要作用。癌蛋白p18通過(guò)調(diào)節(jié)微管動(dòng)力學(xué)影響細(xì)胞的生物學(xué)特性和功能等。有研究表明,癌蛋白p18在多種惡性腫瘤中異常高表達(dá),認(rèn)為癌蛋白p18與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān),可作為腫瘤診斷的標(biāo)志物。但癌蛋白p18發(fā)揮生物學(xué)作用的機(jī)制,以及其在腫瘤基因治療的潛在療效還有待于進(jìn)一步的研究。

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