何曉燕　趙　曄　施瑞華

?

·綜述·

蛋白磷酸酶PHLPP在消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進(jìn)展

何曉燕趙曄施瑞華

摘要：近年來，蛋白磷酸酶PHLPP的研究日益受到重視。PHLPP能特異性地使蛋白激酶B(Akt)、蛋白激酶C(PKC)以及S6激酶(S6K)等因子的相應(yīng)保守位點(diǎn)去磷酸化，通過抑制多條腫瘤相關(guān)信號(hào)通路發(fā)揮抑癌作用。目前已發(fā)現(xiàn)PHLPP在多種消化系統(tǒng)腫瘤中表達(dá)下調(diào)，與腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，有望成為消化系統(tǒng)腫瘤診治的新靶點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：PHLPP；蛋白激酶B；蛋白激酶C；抗癌基因；消化系統(tǒng)腫瘤

作者單位：322100浙江金華，東陽(yáng)市人民醫(yī)院消化內(nèi)科(何曉燕)；

210029南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(趙曄)；210009江蘇南京，東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院消化內(nèi)科(施瑞華)

蛋白磷酸酶PHLPP[pleckstrin homology(PH)domain leucine-rich repeat protein phosphatase]是一類重要的蛋白絲氨酸/蘇氨酸磷酸酶，為人體內(nèi)的天然抗癌基因，在各物種中高度保守。目前研究顯示，PHLPP家族由3個(gè)磷酸酶組成，即PHLPP1α、PHLPP1β和PHLPP2，其能使蛋白激酶B(Akt)、蛋白激酶C(PKC)以及S6激酶(S6K)等因子的相應(yīng)保守位點(diǎn)直接去磷酸化，從而調(diào)控細(xì)胞多種生物學(xué)功能[1-2]。作為一種新型的抑癌基因，PHLPP與各類腫瘤關(guān)系的研究近年來備受關(guān)注。本文主要針對(duì)PHLPP的結(jié)構(gòu)、功能及其與消化系統(tǒng)腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述。

1PHLPP的結(jié)構(gòu)和功能

目前發(fā)現(xiàn)PHLPP包含2個(gè)亞型，即PHLPP1和PHLPP2，其中PHLPP1基因包含2個(gè)剪切變異體，即PHLPP1α和PHLPP1β。PHLPP的主體結(jié)構(gòu)均由N端的PH結(jié)構(gòu)域、富亮氨酸重復(fù)序列(LRR)、中央的激酶催化結(jié)構(gòu)域(含PP2C)和C末端的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域(PDZ結(jié)構(gòu)域)組成[1-2]。

PHLPP可以使Akt、PKC以及S6K等因子的特異性位點(diǎn)去磷酸化，通過抑制多條腫瘤相關(guān)信號(hào)通路發(fā)揮抑癌作用。Akt是磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信號(hào)通路的關(guān)鍵分子，磷酸化活化的Akt可通過調(diào)節(jié)下游多種信號(hào)分子調(diào)控一系列細(xì)胞功能。Akt的異常磷酸化和腫瘤的生物學(xué)活性密切相關(guān)。PHLPP1及PHLPP2均可直接使Akt 羧基末端絲氨酸的473位點(diǎn)去磷酸化，降低Akt的活性，抑制PI3K/Akt通路，促進(jìn)細(xì)胞凋亡且抑制細(xì)胞增殖，從而發(fā)揮抑癌作用[1-2]。PKC屬于多功能絲氨酸和蘇氨酸激酶，是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞的重要介質(zhì)，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。PHLPP1和PHLPP2均可以使PKC分子中的疏水基團(tuán)去磷酸化，降低細(xì)胞內(nèi)PKC的活性，負(fù)性調(diào)節(jié)腫瘤的發(fā)生發(fā)展[3]。S6K屬于絲氨酸/蘇氨酸激酶家族，是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的重要成員，與腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲密切相關(guān)。S6K具有類似Akt的磷酸化位點(diǎn)，PHLPP可直接使其脫磷酸化而失活，進(jìn)而影響細(xì)胞的生物學(xué)功能[4]。除了Akt、PKC以及S6K，PHLPP還可作用于其他底物發(fā)揮作用，例如PHLPP1β可直接作用于Ras，從而對(duì)Ras-Raf-MEK-ERK信號(hào)通路產(chǎn)生負(fù)性調(diào)節(jié)作用[5]。

2PHLPP和消化系統(tǒng)腫瘤

近年來，不少學(xué)者對(duì)各類腫瘤中PHLPP的相關(guān)生物學(xué)變化進(jìn)行了較為深入的研究。部分研究顯示，PHLPP1及PHLPP2基因均位于腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的染色體脆性部位，提示其作為腫瘤抑制因子的功能特點(diǎn)。PHLPP1位于染色體18q21.33，該基因位點(diǎn)的雜合性缺失在結(jié)腸癌及胃癌組織中較為常見[6-7]。PHLPP2位于染色體16q22.3，該基因位點(diǎn)的雜合性缺失常發(fā)生在胰腺癌及肝細(xì)胞癌中[8-9]。

2.1PHLPP和結(jié)直腸癌

與其他消化系統(tǒng)腫瘤相比較，PHLPP在結(jié)直腸癌中的研究較為廣泛。Liu等[6]的研究顯示，結(jié)腸癌組織中的PHLPP1及PHLPP2表達(dá)水平明顯下降。PHLPP1及PHLPP2的過表達(dá)可明顯抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖，增加其對(duì)PI3K抑制劑的活性，從而有效對(duì)抗腫瘤的形成。進(jìn)一步研究揭示，上述生物學(xué)現(xiàn)象可能是通過PHLPP/Akt和PHLPP/PKC途徑實(shí)現(xiàn)的。Agarwal等[10]發(fā)現(xiàn)，PHLPP2的表達(dá)水平在正常結(jié)直腸黏膜、結(jié)直腸腺瘤及結(jié)直腸腺癌組織中呈梯度下降趨勢(shì)，提示其可能在結(jié)直腸腺癌的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，PHLPP2可能通過抑制核因子-κB(NF-κB)信號(hào)通路中的關(guān)鍵分子IκB 激酶(IKK)來實(shí)現(xiàn)其腫瘤抑制功能。此外，Li等[11]報(bào)道，PHLPP1及PHLPP2基因的表達(dá)水平在結(jié)腸癌組織中顯著下調(diào)。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，PHLPP1及PHLPP2均可直接使結(jié)直腸癌細(xì)胞內(nèi)的Raf-1因子脫磷酸化，通過降低Raf-MEK-ERK信號(hào)通路活性而抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，最終削弱腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移能力。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步顯示，PHLPP1基因敲除小鼠的生存時(shí)間明顯下降，其體內(nèi)結(jié)直腸腺癌生長(zhǎng)速度顯著提升。

上述研究結(jié)果顯示，PHLPP1及PHLPP2是結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展相關(guān)研究中具有潛力的切入點(diǎn)，結(jié)直腸癌中PHLPP1及PHLPP2低表達(dá)的具體機(jī)制隨之引起學(xué)者們的關(guān)注。作為miR-224的靶基因，在結(jié)直腸癌細(xì)胞內(nèi)，PHLPP1及PHLPP2的表達(dá)明顯受到miR-224抑制[12]。在結(jié)直腸癌組織內(nèi)，USP46和PHLPP蛋白表達(dá)均顯著下調(diào)，兩者表達(dá)水平呈明顯正相關(guān)。體外研究顯示，USP46因子可發(fā)揮去泛素化作用而穩(wěn)定結(jié)腸癌細(xì)胞內(nèi)PHLPP的含量，進(jìn)而增強(qiáng)PHLPP的抑癌功能[13]。Gangula等[14]的研究亦顯示，去泛素化酶USP12及其活化亞基WD重復(fù)蛋白形成的復(fù)合物可顯著減弱結(jié)直腸癌細(xì)胞內(nèi)PHLPP1的泛素化分解作用，進(jìn)而增強(qiáng)其抑癌活性。Liu等[15]報(bào)道，mTOR可通過mTOR/p70S6K/PHLPP和mTOR/4E-BP-1/PHLPP通路顯著增加結(jié)腸癌細(xì)胞內(nèi)PHLPP1和PHLPP2的表達(dá)，而PHLPP1和PHLPP2又可以通過PHLPP/Akt/mTOR環(huán)路反饋性調(diào)節(jié)mTOR的表達(dá)活性。Li等[16]研究顯示，在結(jié)腸癌細(xì)胞內(nèi)，β-Trcp可顯著提升已被酪蛋白激酶1(CK1)和糖原合成激酶3(GSK-3)磷酸化的PHLPP1蛋白的泛素化分解速度，進(jìn)而下調(diào)結(jié)腸癌細(xì)胞內(nèi)PHLPP1的表達(dá)水平。PHLPP的異常表達(dá)還可能與缺氧引起的結(jié)直腸癌化學(xué)治療耐受相關(guān)，有研究報(bào)道，經(jīng)過缺氧誘導(dǎo)，結(jié)腸癌細(xì)胞內(nèi)的PHLPP1及PHLPP2表達(dá)明顯下調(diào)，其具體機(jī)制尚不明確，但研究顯示通過下調(diào)低氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)、TSC2和4@E-BP-1等基因的表達(dá)，可部分補(bǔ)救缺氧引起的PHLPP丟失[17]。

作為潛在的治療靶點(diǎn)，部分研究已致力于尋找相關(guān)藥物，以期通過強(qiáng)化PHLPP的抑癌功能達(dá)到治療結(jié)直腸癌的目的。Johnson等[18]研究發(fā)現(xiàn)，中藥提取成分姜黃素可以有效抑制結(jié)直腸細(xì)胞的體外增殖活性，其生物學(xué)機(jī)制很可能是通過升高細(xì)胞內(nèi)PHLPP的表達(dá)水平來抑制Akt的磷酸化活化，最終通過一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的目的。

2.2PHLPP與其他消化系統(tǒng)腫瘤

除了結(jié)直腸癌，PHLPP還可以在胃癌、胰腺癌及肝細(xì)胞癌等消化系統(tǒng)腫瘤中發(fā)揮其生物學(xué)活性。Wang等[19]研究發(fā)現(xiàn)，PHLPP1蛋白在正常胃黏膜組織、胃癌組織及癌組織轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)中的表達(dá)陽(yáng)性率分別為96.7%、56.9%和38.8%，PHLPP1陽(yáng)性患者的總生存時(shí)間及無復(fù)發(fā)生存時(shí)間明顯較PHLPP1陰性患者長(zhǎng)。Gao等[20]在細(xì)胞水平進(jìn)一步研究了PHLPP1在胃癌中的調(diào)節(jié)通路，發(fā)現(xiàn)SGT1因子可顯著降低胃癌細(xì)胞中PHLPP1蛋白的含量，進(jìn)而通過過度激活A(yù)kt信號(hào)通路調(diào)節(jié)胃癌細(xì)胞的生物學(xué)功能。Nitsche等[21]研究顯示，PHLPP1的表達(dá)水平越高，胰腺導(dǎo)管腺癌患者的長(zhǎng)期生存率越高，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明高表達(dá)的PHLPP1能有效抑制胰腺癌細(xì)胞增殖，促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞凋亡，進(jìn)一步證實(shí)PHLPP1具有抑制胰腺癌發(fā)生發(fā)展的生物學(xué)活性。Hou等[22]發(fā)現(xiàn)，腫瘤抑制因子FKBP5可顯著抑制胰腺癌細(xì)胞的增殖能力，同時(shí)增強(qiáng)胰腺癌細(xì)胞對(duì)化學(xué)治療藥物吉西他濱的敏感性，這些生物學(xué)功能很大程度上是通過增強(qiáng)PHLPP對(duì)Akt的去磷酸化作用而實(shí)現(xiàn)的。肝細(xì)胞癌相關(guān)研究顯示，由于促癌基因miR-331-3p的負(fù)性調(diào)節(jié)作用，PHLPP在肝癌細(xì)胞內(nèi)顯著下調(diào)，進(jìn)而增強(qiáng)肝癌細(xì)胞的增殖及侵襲能力[23]。

3總結(jié)和展望

作為一類腫瘤抑制性磷酸酶，PHLPP可參與多種消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展，是消化系統(tǒng)腫瘤防治研究的重要靶標(biāo)。隨著研究的深入，PHLPP相關(guān)的信號(hào)通路越來越完善，但仍有許多問題亟待解決。如在各類消化系統(tǒng)腫瘤中，PHLPP的上游調(diào)控因子復(fù)雜多樣，是否存在統(tǒng)一的主控因子？如何靶向激活PHLPP而達(dá)到治療不同消化系統(tǒng)腫瘤的目的？相信通過學(xué)者們的不懈努力，PHLPP在消化系統(tǒng)腫瘤的防治方面將具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

1Gao T, Furnari F, Newton AC. PHLPP: a phosphatase that directly dephosphorylates Akt, promotes apoptosis, and suppresses tumor growth. Mol Cell, 2005, 18: 13-24.

2Brognard J, Sierecki E, Gao T, et al. PHLPP and a second isoform, PHLPP2, differentially attenuate the amplitude of Akt signaling by regulating distinct Akt isoforms. Mol Cell, 2007, 25: 917-931.

3Gao T, Brognard J, Newton AC. The phosphatase PHLPP controls the cellular levels of protein kinase C. J Biol Chem, 2008, 283: 6300-6311.

4Liu J, Stevens PD, Li X, et al. PHLPP-mediated dephosphorylation of S6K1 inhibits protein translation and cell growth. Mol Cell Biol, 2011, 31: 4917-4927.

5Shimizu K, Okada M, Nagai K, et al. Suprachiasmatic nucleus circadian oscillatory protein, a novel binding partner of K-Ras in the membrane rafts, negatively regulates MAPK pathway. J Biol Chem, 2003, 278: 14920-14925.

6Liu J, Weiss HL, Rychahou P, et al. Loss of PHLPP expression in colon cancer: role in proliferation and tumorigenesis. Oncogene, 2009, 28: 994-1004.

7Xu Y, Man X, Lv Z, et al. Loss of heterozygosity at chromosomes 1p35-pter, 4q, and 18q and protein expression differences between adenocarcinomas of the distal stomach and gastric cardia. Hum Pathol, 2012, 43: 2308-2317.

8Bergmann F, Aulmann S, Sipos B, et al. Acinar cell carcinomas of the pancreas: a molecular analysis in a series of 57 cases. Virchows Arch, 2014, 465: 661-672.

9Fu L, Dong SS, Xie YW, et al. Down-regulation of tyrosine aminotransferase at a frequently deleted region 16q22 contributes to the pathogenesis of hepatocellular carcinoma. Hepatology, 2010, 51: 1624-1634.

10 Agarwal NK, Zhu X, Gagea M, et al. PHLPP2 suppresses the NF-kappaB pathway by inactivating IKKbeta kinase. Oncotarget, 2014, 5: 815-823.

11 Li X, Stevens PD, Liu J, et al. PHLPP is a negative regulator of RAF1, which reduces colorectal cancer cell motility and prevents tumor progression in mice. Gastroenterology, 2014, 146: 1301-1312. e1-e10.

12 Liao WT, Li TT, Wang ZG, et al. microRNA-224 promotes cell proliferation and tumor growth in human colorectal cancer by repressing PHLPP1 and PHLPP2. Clin Cancer Res, 2013, 19: 4662-4672.

13 Li X, Stevens PD, Yang H, et al. The deubiquitination enzyme USP46 functions as a tumor suppressor by controlling PHLPP-dependent attenuation of Akt signaling in colon cancer. Oncogene, 2013, 32: 471-478.

14 Gangula NR, Maddika S. WD repeat protein WDR48 in complex with deubiquitinase USP12 suppresses Akt-dependent cell survival signaling by stabilizing PH domain leucine-rich repeat protein phosphatase 1 (PHLPP1). J Biol Chem, 2013, 288: 34545-34554.

15 Liu J, Stevens PD, Gao T. mTOR-dependent regulation of PHLPP expression controls the rapamycin sensitivity in cancer cells. J Biol Chem, 2011, 286: 6510-6520.

16 Li X, Liu J, Gao T. beta-TrCP-mediated ubiquitination and degradation of PHLPP1 are negatively regulated by Akt. Mol Cell Biol, 2009, 29: 6192-6205.

17 Wen YA, Stevens PD, Gasser ML, et al. Downregulation of PHLPP expression contributes to hypoxia-induced resistance to chemotherapy in colon cancer cells. Mol Cell Biol, 2013, 33: 4594-4605.

18 Johnson SM, Gulhati P, Arrieta I, et al. Curcumin inhibits proliferation of colorectal carcinoma by modulating Akt/mTOR signaling. Anticancer Res, 2009, 29: 3185-3190.

19 Wang Z, Shu H, Wang Z, et al. Loss expression of PHLPP1 correlates with lymph node metastasis and exhibits a poor prognosis in patients with gastric cancer. J Surg Oncol, 2013, 108: 427-432.

20 Gao G, Kun T, Sheng Y, et al. SGT1 regulates Akt signaling by promoting beta-TrCP-dependent PHLPP1 degradation in gastric cancer cells. Mol Biol Rep, 2013, 40: 2947-2953.

21 Nitsche C, Edderkaoui M, Moore RM, et al. The phosphatase PHLPP1 regulates Akt2, promotes pancreatic cancer cell death, and inhibits tumor formation. Gastroenterology, 2012, 142: 377-387. e1-e5.

22 Hou J, Wang L. FKBP5 as a selection biomarker for gemcitabine and Akt inhibitors in treatment of pancreatic cancer. PLoS One, 2012, 7: e36252.

23 Chang RM, Yang H, Fang F, et al. MicroRNA-331-3p promotes proliferation and metastasis of hepatocellular carcinoma by targeting PH domain and leucine-rich repeat protein phosphatase. Hepatology, 2014, 60: 1251-1263.

(本文編輯：周駿)

(收稿日期：2014-11-03)

通信作者：施瑞華，Email: ruihuashi@126.com

基金項(xiàng)目：食管疾病研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(CXZZ11_0705)

DOI:10.3969/j.issn.1673-534X.2015.06.012