劉嵐清，孟 峻(審校)

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

細(xì)胞分裂周期蛋白14B(cell division cycle 14B，CDC14B)屬于絲/蘇氨酸蛋白磷酸酶家族，L.HARTWELL于1970年在出芽酵母中首次發(fā)現(xiàn)CDC14并將其定義為一種促進(jìn)細(xì)胞退出有絲分裂的調(diào)節(jié)因子[1]。在釀酒酵母和粟酒裂殖酵母中只發(fā)現(xiàn)了1種CDC14成員；在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)了2種CDC14成員，即CDC14A和 CDC14B，隨著對CDC14B研究深入，在人類細(xì)胞中又發(fā)現(xiàn)了CDC14C。通過對酵母、秀麗隱桿線蟲、人類、雞、非洲爪蟾和斑馬魚的一系列研究發(fā)現(xiàn)，CDC14具有重要的生物學(xué)功能。CDC14A可調(diào)節(jié)有絲分裂、胞質(zhì)分裂、減數(shù)分裂、DNA修復(fù)和抑制轉(zhuǎn)錄，而CDC14B可調(diào)節(jié)G2期細(xì)胞DNA損傷反應(yīng)檢查點(diǎn)、紡錘體穩(wěn)定性、中心體復(fù)制以及調(diào)控纖毛形成、調(diào)節(jié)有絲分裂、減數(shù)分裂、DNA損傷修復(fù)，甚至可以激活胚胎基因組，在致癌性方面表現(xiàn)尤為突出[2]。目前，CDC14B的生物學(xué)作用已成為研究熱點(diǎn)，故本文對CDC14B的功能做一綜述。

1 CDC14B蛋白結(jié)構(gòu)及作用底物

CDC14B是一種高度保守且特殊的磷酸化酶，屬于蛋白質(zhì)絲/蘇氨酸磷酸酶家族，其特殊之處在于有2個作用位點(diǎn)，既可以作用于靶蛋白絲氨酸，也可以作用于蘇氨酸使其脫磷酸化，從而調(diào)節(jié)靶蛋白的生物活性[3]。CDC14B磷酸酶的N端核心區(qū)是高度保守的，由350個氨基酸組成，但C端域是可變的，無論是從其長度或是序列保守性都可以看到這一變化。通過晶體結(jié)構(gòu)分析，其核心區(qū)由A結(jié)構(gòu)域和B結(jié)構(gòu)域組成，A結(jié)構(gòu)域?qū)Φ孜镉刑禺愋?，為調(diào)節(jié)域；B結(jié)構(gòu)域?yàn)榇呋Y(jié)構(gòu)域，包含蛋白酪氨酸磷酸酶(protein tyrosine phosphatase，PTP)模序。CDC14B的結(jié)構(gòu)揭示了它是一個脯氨酸蛋白質(zhì)磷酸酶。此外，脊椎動物的CDC14B還具有一個獨(dú)特的從N端延伸出來的序列，其功能是將CDC14B定位于核仁中，C端域包括核輸出序列，可控制CDC14B的出核[4]。研究表明，CDC14磷酸酶亞型在有絲分裂間期和有絲分裂期有不同的亞細(xì)胞定位，CDC14A在有絲分裂間期定位于中心體，在有絲分裂期又重新分配到細(xì)胞質(zhì)[5]；CDC14B在有絲分裂間期主要分布于核仁中，而在有絲分裂前期和中期分散于整個細(xì)胞[6]。CDC14通過去磷酸化相關(guān)底物參與細(xì)胞周期進(jìn)程，如CDC14A可使細(xì)胞分裂周期蛋白25(cell division cycle 25，CDC25)、煙酰胺腺嘌呤核苷酸依賴的脫乙酰酶2(NAD-dependent deacetylase sirtuin-2，SIRT2)、USP6氨基端樣蛋白R、p53、鐵調(diào)節(jié)蛋白和著絲粒中心蛋白脫磷酸化[7]；而CDC14B可使SIRT2、S期激酶相關(guān)蛋白2(S-phase kinase-associated protein 2，SKP2)、p53和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶3(extracellular regulated protein kinases 3，ERK3)脫磷酸化；CDC14調(diào)節(jié)靶蛋白主要通過使靶蛋白的絲氨酸、蘇氨酸脫磷酸化發(fā)揮生理活性[8]。

2 CDC14B的生物學(xué)作用

2.1 CDC14B在有絲分裂中的作用CDC14最初在出芽酵母中發(fā)現(xiàn)，其作用相對比較特殊，研究表明，CDC14從細(xì)胞核到細(xì)胞質(zhì)的釋放有2條通路，CDC14蛋白早后期釋放(fourteen early anaphase release，F(xiàn)EAR)通路作用于有絲分裂后期的較早時期，有絲分裂退出網(wǎng)絡(luò)(mitotic exit network，MEN)作用于有絲分裂后晚期，前者保證CDC14的釋放，后者促進(jìn)有絲分裂及時退出[9]。人類基因組編碼2種人類細(xì)胞分裂周期蛋白14(human cell division cycle 14，HCDC14)，分別為HCDC14A和HCDC14B；后續(xù)又發(fā)現(xiàn)了HCDC14C，除了氨基端外，其他結(jié)構(gòu)與HCDC14B相似，主要分布于腦和睪丸[10]。HCDC14B在有絲分裂間期定位于核仁中，其生物學(xué)功能主要包括調(diào)節(jié)有絲分裂的退出、核組織及有絲分裂紡錘體組裝、中心粒復(fù)制、G1期持續(xù)時間、G2期DNA損傷檢查點(diǎn)的效率[11]。有研究表明，CDC25可增加細(xì)胞成熟促進(jìn)因子(meiosis or mitosis promoting factor，MPF)的活性，促進(jìn)有絲分裂，促進(jìn)G2/M期的過渡。MPF 由催化亞基細(xì)胞周期依賴性激酶1(cyclin dependent kinase 1，CDK1)和調(diào)節(jié)亞基細(xì)胞周期蛋白B(CyclinB)構(gòu)成。HCDC14B依賴性調(diào)節(jié)CDC25和MPF活性，其與染色體正確分離和雙極紡錘體形成緊密相關(guān)，這是通過有絲分裂和維持基因組穩(wěn)定性所需的過程。HCDC14B在有絲分裂過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用，HCDC14B過表達(dá)延遲了CDC25和CDK1的激活，并減緩了細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂的速度。沉默HCDC14B基因后不能使CDK1-Cyclin B及時失活，CDC25的去磷酸化也受到干擾，對有絲分裂進(jìn)程產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致多方面的缺陷，如有絲分裂中期/后期過渡阻滯，染色體形成滯后，紡錘體多極化和細(xì)胞出現(xiàn)雙核[12-14]。

2.2 CDC14B在減數(shù)分裂中的作用減數(shù)分裂是一種特殊的細(xì)胞分裂，卵母細(xì)胞減數(shù)分裂在這個過程中會有2次阻滯現(xiàn)象，第1次阻滯發(fā)生第1次減數(shù)分裂前期，接收到排卵信號后減數(shù)分裂恢復(fù)；第2次阻滯在減數(shù)分裂中期受精后完成分裂[15]。有研究表明，雌性哺乳動物卵母細(xì)胞通過其膜上的G蛋白偶聯(lián)受體激活腺苷酸環(huán)化酶，腺苷酸環(huán)化酶催化三磷腺苷生成環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate，cAMP)，之后cAMP作為第2信使激活蛋白激酶A(protein kinase A，PKA)，促進(jìn)MPF的催化亞基CDK1蛋白上的絲氨酸和酪氨酸磷酸化，從而使卵母細(xì)胞處于減數(shù)分裂阻滯狀態(tài)[16-17]。排卵前促黃體生成素通過降低cAMP等一系列反應(yīng)而恢復(fù)減數(shù)分裂，在減數(shù)分裂中涉及許多調(diào)節(jié)機(jī)制，對小鼠卵母細(xì)胞的研究表明，過表達(dá)CDC14B可延遲卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的恢復(fù)，下調(diào)CDC14B表達(dá)可引起減數(shù)分裂提前恢復(fù)[18]。在生發(fā)泡期CDC14B定位于細(xì)胞質(zhì)，在生發(fā)泡破裂后、第1次減數(shù)分裂前期和第2次減數(shù)分裂中期CDC14B則定位于整個紡錘體[19]。CDC14B是小鼠卵母細(xì)胞恢復(fù)減數(shù)分裂的負(fù)性調(diào)控因子，這種負(fù)性調(diào)控是通過CDC14B激活細(xì)胞周期后期促進(jìn)復(fù)合物(anaphase promoting complex，APC)的調(diào)節(jié)亞基上皮鈣黏蛋白(E-cadherin，CDH1)進(jìn)而激活A(yù)PC，CyclinB1通過泛素介導(dǎo)的水解酶降解，使CDK1的活性降低，卵母細(xì)胞停滯在第1次減數(shù)分裂前期。當(dāng)減數(shù)分裂恢復(fù)時，CDK1使CDH1磷酸化而鈍化，CCNB1水平升高，CDK1被激活，從而形成一個正反饋環(huán)，調(diào)節(jié)小鼠卵母細(xì)胞成熟，促進(jìn)卵母細(xì)胞第1次減數(shù)分裂向第2次減數(shù)分裂過渡[20-22]。

2.3 CDC14B在DNA損傷修復(fù)中的作用基因復(fù)制過程會受到內(nèi)外環(huán)境如細(xì)胞代謝物、輻射及其他危險因素的影響，造成DNA損傷。如果DNA損傷不修復(fù)，會發(fā)生一些嚴(yán)重影響遺傳物質(zhì)穩(wěn)定性的現(xiàn)象，如基因突變和染色體畸變[23]。DNA損傷反應(yīng)作用于一系列蛋白激酶信號通路，作用的關(guān)鍵部位稱為DNA損傷檢查點(diǎn)，DNA損傷信號傳遞至DNA損傷檢查點(diǎn)進(jìn)而可以激活DNA損傷修復(fù)機(jī)制[24]。通過對U2OS細(xì)胞的研究表明，HCDC14B可調(diào)節(jié)控制G2期DNA損傷檢查點(diǎn)。HCDC14B從核仁轉(zhuǎn)移到核質(zhì)去磷酸化CDH1，CDH1是APC相連的亞單位，其去磷酸化可以穩(wěn)定銜接蛋白Claspin，為后續(xù)有效激活細(xì)胞周期檢測點(diǎn)激酶1(checkpoint kinase 1，Chk1)及DNA修復(fù)做好準(zhǔn)備[25-26]。HCDC14B-CDH1-Chk1軸調(diào)控G2期DNA損傷檢查點(diǎn)，為了應(yīng)對G2期的DNA損傷，防止受損的DNA轉(zhuǎn)化為可遺傳的突變，真核生物細(xì)胞必須及時檢查DNA損傷點(diǎn)并進(jìn)行DNA損傷修復(fù)[27]。有研究發(fā)現(xiàn)，缺乏CDC14B的細(xì)胞修復(fù)內(nèi)源性和外源性DNA損傷的能力降低，導(dǎo)致組蛋白γ-H2AX增加，γ-H2AX 是一種雙鏈斷裂(double strand break，DSB)標(biāo)志物，對輻射高度敏感[28]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，CDC14B并不是直接去磷酸化γ-H2AX修復(fù)DNA損傷，而是通過作用于修復(fù)DSB的酶而修復(fù)DNA損傷[29]。LIN等[30]研究發(fā)現(xiàn)，CDC14B缺乏損害了2種主要的DSB修復(fù)途徑，分別是同源重組和非同源末端連接，CDH1是DSB修復(fù)過程中CDC14B的下游靶標(biāo)。

2.4 CDC14B在纖毛形成中的作用CDC14B在不同物種細(xì)胞周期中的作用不同，其在脊椎動物中有特殊作用。為了解脊椎動物中CDC14B的功能，CLEMENT等[31]克隆了斑馬魚CDC14B基因，使用反義嗎啉代寡核苷酸和插入突變抑制CDC14B在早期發(fā)展中的功能，發(fā)現(xiàn)CDC14B缺乏會導(dǎo)致斑馬魚一系列表型發(fā)生改變，包括腦積水、身體畸形、腎囊腫、纖毛缺陷、纖毛變短等；在斑馬魚中CDC14B獨(dú)立于成纖維細(xì)胞生長因子而調(diào)節(jié)纖毛長度。

2.5 CDC14B在腫瘤形成中的作用CDC14B有助于DNA損傷修復(fù)，保證基因遺傳的穩(wěn)定性。而腫瘤是基因的異常表達(dá)，從這一方面來說CDC14B是腫瘤抑制因子[32]。但近年來研究發(fā)現(xiàn)，在重癥聯(lián)合免疫缺陷小鼠中注射過表達(dá)的CDC14B，小鼠體內(nèi)能夠形成腫瘤。CHIESA等[33]也觀察到在正常小鼠成纖維細(xì)胞中過表達(dá)CDC14B，纖維組織原細(xì)胞的細(xì)胞骨架蛋白會受到破壞，繼而細(xì)胞發(fā)生惡變，表明CDC14B具有致癌性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，CDC14B與癌基因HRasv12以相似的作用方式發(fā)揮其致癌性，主要效應(yīng)途徑是誘導(dǎo)激活有絲分裂原活化蛋白激酶信號通路。SIRT2是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴的脫乙酰酶，其使細(xì)胞微管蛋白脫乙?；瘡亩{(diào)節(jié)細(xì)胞運(yùn)動。而CDC14B可以使SIRT2去磷酸化，SIRT2水平下降[34]。在過表達(dá)CDC14B的纖維組織原細(xì)胞中缺乏微管，這可能是SIRT2表達(dá)水平變化引起的。有研究者在成纖維細(xì)胞中過表達(dá)CDC14B，發(fā)現(xiàn)SIRT2水平無明顯降低，乙?；⒐芩揭矡o明顯變化，說明SIRT2能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞運(yùn)動，但并不是CDC14B致癌的主要靶分子[35]。KIM等[36]研究發(fā)現(xiàn)，在腎透明細(xì)胞癌的癌細(xì)胞中CDC14B表達(dá)下調(diào)，CDC14B在腎透明細(xì)胞癌初發(fā)時對腫瘤分期有影響。SUN等[37]研究發(fā)現(xiàn)，CDC14B在喉癌組織中的表達(dá)高于周圍正常組織，miR-1225在人喉癌組織中表達(dá)量下降，提示miR-1225對喉癌細(xì)胞有抑制作用；miR-1225通過減少CDC14B來調(diào)節(jié)喉癌細(xì)胞的活性，其主要作用位點(diǎn)是CDC14B 3′端非翻譯區(qū)。GALEANO等[38]研究證實(shí)，在Ⅳ級星形細(xì)胞瘤或多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中，CDC14B表達(dá)量與正常腦組織相比顯著降低；其作用機(jī)制為腺苷脫氨酶介導(dǎo)CDC14B前mRNA的編輯，繼而增加CDC14B表達(dá)量，之后CDC14B作用于Skp2/p21/p27途徑，進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞生長。OCZKO-WOJCIECHOWSKA等[39]采用表達(dá)譜芯片和實(shí)時熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)檢測了不同類型甲狀腺髓樣癌癌組織中CDC14B mRNA表達(dá)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，惡性程度越高、侵襲性越強(qiáng)的甲狀腺髓樣癌組織中 CDC14B mRNA表達(dá)水平越低。綜上說明，CDC14B與腫瘤發(fā)生密切相關(guān)，但是其表達(dá)量高低與致癌作用并不完全一致，需要后續(xù)針對不同類型腫瘤進(jìn)行更多的研究來探討其具體機(jī)制。目前，在Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中，CDC14B致癌的靶分子還不清楚[40]，只有探究其內(nèi)在機(jī)制，才能研究出更好的腫瘤診斷和治療方法。

3 總結(jié)與展望

CDC14B在細(xì)胞周期中具有重要作用，是細(xì)胞周期的重要調(diào)控因子，其參與不同的細(xì)胞信號途徑，調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長、增殖、凋亡及腫瘤的形成，但具體調(diào)控機(jī)制尚不明確。深入了解CDC14B在細(xì)胞周期調(diào)控中的機(jī)制將為人類體外輔助生殖技術(shù)提供可靠的理論支持，深入研究CDC14B在腫瘤中的作用機(jī)制將有可能為腫瘤治療提供一個新的靶點(diǎn)。