劉南茜, 陳興珍 , 周策凡, 唐景峰

(1.湖北工業(yè)大學(xué) 生物工程與食品學(xué)院，武漢 430068；2.湖北工業(yè)大學(xué) 國(guó)家外專局/教育部細(xì)胞調(diào)控與分子藥物學(xué)科創(chuàng)新“111”引智基地，武漢 430068)

1 FAM83蛋白家族成員及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

FAM83蛋白家族(序列相似性家族83)有8個(gè)基因成員，它們位于染色體不同的基因組位點(diǎn)，根據(jù)其N末端--未知功能域(DUF1669)的保守性進(jìn)行分類(圖 1)，命名為FAM83A-H。在DUF1669結(jié)構(gòu)域之外，家族成員之間沒(méi)有檢測(cè)到相似的序列，且每個(gè)FAM83家族成員的C端由非球形無(wú)序序列組成[1]。

圖1 DUF1669結(jié)構(gòu)域晶體結(jié)構(gòu)圖(10.2210/pdb4URJ/pdb)

從進(jìn)化上講，原始生物(如果蠅、釀酒酵母和秀麗隱桿線蟲(chóng))中沒(méi)有FAM83基因的同源物或直系同源物，但所有有顎的脊椎動(dòng)物都編碼FAM83基因[2]。雖然所有FAM83成員在DUF1669之外沒(méi)有任何重要的同源性，并且大小差異很大，介于434～1 187個(gè)氨基酸之間(圖 2)，但它們?cè)诎┌Y中的表達(dá)均顯著增加。Fulcher等[3]報(bào)道所有FAM83蛋白通過(guò)DUF1669結(jié)構(gòu)域與CK1(酪蛋白激酶1)結(jié)合，并參與同工酶調(diào)節(jié)。FAM83A、FAM83B、FAM83D和FAM83F過(guò)度表達(dá)能夠激活MAPK信號(hào)，同時(shí)DUF1669結(jié)構(gòu)域?qū)τ贔AM83A，F(xiàn)AM83B和FAM83F與RAF1的相互作用是必需的[4-7]，提示FAM83蛋白家族極有可能通過(guò)DUF1699結(jié)構(gòu)域發(fā)揮細(xì)胞調(diào)控作用。

圖 2 FAM83A-H結(jié)構(gòu)示意圖

腫瘤細(xì)胞的共同特征之一是通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架成分來(lái)進(jìn)行侵略性遷移，從而促進(jìn)惡性腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲，而FAM83家族成員中大多能促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。最近有文獻(xiàn)報(bào)道，在乳腺癌細(xì)胞中FAM83A過(guò)表達(dá)并促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移和侵襲[6, 8]。李景攀等[9]報(bào)道沉默F(xiàn)AM83A可抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲, 并抑制裸鼠體內(nèi)腫瘤的生長(zhǎng)。朱宏濤[10]團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)FAM83D在卵巢癌組織中高表達(dá)且影響細(xì)胞自噬、增殖和侵襲能力。Wang等[7]報(bào)道FAM83D能夠激活MEK/ERK 信號(hào)通路并促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)程進(jìn)入S期從而促進(jìn)肝癌細(xì)胞增殖。Kim等[11]報(bào)道MYC(致癌基因)可以與FAM83H的啟動(dòng)子結(jié)合并促進(jìn)FAM83H的轉(zhuǎn)錄，使FAM83H表達(dá)增加，從而促進(jìn)肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲。Cummins等[12]報(bào)道FAM83G與CD2AP相互作用可以調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架機(jī)制和細(xì)胞遷移。Cipriano等[13]報(bào)道在膀胱癌和卵巢癌中FAM83C和E表達(dá)升高，并且促進(jìn)人乳腺上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化。

本文重點(diǎn)闡述FAM83蛋白在腫瘤細(xì)胞內(nèi)異常表達(dá)的調(diào)控因素、促成腫瘤發(fā)生的潛在機(jī)制及其在癌癥臨床治療中的作用。

2 FAM83異常表達(dá)及功能活性調(diào)控

2.1 非編碼微小RNA(MicroRNA，miRNA)

miRNAs是一類由內(nèi)源基因編碼的長(zhǎng)度為21～28個(gè)核苷酸的非編碼單鏈RNA，通過(guò)轉(zhuǎn)錄后降解或抑制靶基因的表達(dá)而參與組織細(xì)胞的多種病理及生理過(guò)程[14]。近年來(lái)，越來(lái)越多的miRNAs在FAM83蛋白家族的異常表達(dá)調(diào)控中起重要作用。Yang等[15]研究發(fā)現(xiàn)miR-455-3p能夠通過(guò)下調(diào)FAM83F而發(fā)揮抑癌作用，低miR-455-3p表達(dá)的患者比高miR-455-3p表達(dá)的患者生存時(shí)間更短。在肺腺癌細(xì)胞中，miR-1827靶向FAM83F和MYC從而抑制肺腺癌的發(fā)生發(fā)展[16]。與FAM83F相似，F(xiàn)AM83D的轉(zhuǎn)錄受miR-210調(diào)節(jié)[17]。在缺氧條件下，miR-210能夠與一組有絲分裂相關(guān)基因(PLK1、CDC25B、BUB1B和Cyclin-F)一起協(xié)同減少FAM83D的表達(dá)[18]。劉志為等[19]報(bào)道m(xù)iR-495能與FAM83D的3′-UTR特異性結(jié)合，調(diào)控FAM83D的表達(dá)，從而抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖和遷移。于鳳芹等[20]報(bào)道過(guò)表達(dá)MiR-3182或抑制FAM83A表達(dá)能夠減少Bcl-2(B淋巴細(xì)胞瘤-2基因)的表達(dá)，增加Bax(Bcl-2基因家族中細(xì)胞凋亡促進(jìn)基因)的表達(dá)，進(jìn)而增強(qiáng)細(xì)胞放射敏感性。這說(shuō)明miRNAs通過(guò)調(diào)控FAM83蛋白表達(dá)從而影響腫瘤細(xì)胞的功能。

2.2 蛋白質(zhì)修飾作用

蛋白質(zhì)修飾(蛋白質(zhì)的翻譯后修飾)是前體蛋白具有生物活性的重要步驟。在細(xì)胞中存在著多種翻譯后修飾，如蛋白質(zhì)的糖基化、甲基化、磷酸化、泛素化、棕櫚酰化和乙?；萚21]。Weimann等[22]研究發(fā)現(xiàn)FAM83D受PRMT-1(I型精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶)翻譯后調(diào)控，該酶以FAM83D精氨酸甲基化為靶標(biāo)，并增加FAM83D蛋白的表達(dá)或促進(jìn)FAM83D與其他蛋白的相互作用。Bozatzi等[23]報(bào)道CK1α通過(guò)磷酸化FAM83G來(lái)增加它的蛋白水平。同時(shí)，F(xiàn)AM83G與CK1α存在相互作用并協(xié)同影響Wnt信號(hào)通路[23]。另一個(gè)與CK1α蛋白相關(guān)的FAM83家族成員是FAM83H，通過(guò)免疫共聚焦發(fā)現(xiàn)FAM83H和CK1α都定位在細(xì)胞核上，CK1的蛋白質(zhì)水平受FAM83H調(diào)節(jié)。在結(jié)直腸癌細(xì)胞中穩(wěn)定表達(dá)FAM83H，CK1α、δ和ε的蛋白質(zhì)水平均增加，但CK1α的mRNA水平?jīng)]有增加，這表明CK1的表達(dá)增加是通過(guò)轉(zhuǎn)錄后機(jī)制。這些結(jié)果表明CK1通過(guò)與FAM83H結(jié)合而穩(wěn)定[24]。可見(jiàn)CK1參與FAM83蛋白家族蛋白質(zhì)的翻譯后修飾機(jī)制。

3 FAM83家族與信號(hào)調(diào)控

信號(hào)通路是復(fù)雜和相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)，它們共同作用以調(diào)控細(xì)胞功能。FAM83蛋白家族成員被證實(shí)與C-RAF和CK1α等直接結(jié)合，通過(guò)一系列信號(hào)傳遞，最終影響MAPK信號(hào)通路、Wnt信號(hào)通路和TGF-β信號(hào)通路等。

3.1 FAM83調(diào)控MAPK信號(hào)通路

MAPKs是一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。最早發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的 RAS/RAF/MAPK信號(hào)通路參與各種生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、絲裂原，以及激素受體活化后的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和新血管生成，新血管生成后可為腫瘤提供更多的營(yíng)養(yǎng)，加速腫瘤的生長(zhǎng)，促進(jìn)癌細(xì)胞的擴(kuò)散[25]。

最近有文獻(xiàn)報(bào)道，F(xiàn)AM83A能促進(jìn)RAS/RAF/MEK/ERK和PI3K/AKT/mTOR等信號(hào)通路，并作用于MAPK上游以及EGFR下游，可以與C-RAF和PI3K p85亞基發(fā)生相互作用并促進(jìn)其磷酸化水平[6]。干擾FAM83A導(dǎo)致p-ERK和p-AKT磷酸化水平的降低，并抑制PI3K信號(hào)傳導(dǎo)，進(jìn)而影響乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，增加細(xì)胞凋亡[8]。Cipriano等[4, 13, 26]報(bào)道FAM83A-E可以驅(qū)動(dòng)人乳腺上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化，并且FAM83A和FAM83B是通過(guò)激活MAPK和PI3K/AKT信號(hào)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。與FAM83A一樣，F(xiàn)AM83B也位于MEK的上游發(fā)揮功能，它可以與C-RAF結(jié)合并增加C-RAF在細(xì)胞膜上的定位來(lái)刺激MAPK信號(hào)[4]。FAM83B表達(dá)升高導(dǎo)致MAPK和mTOR信號(hào)異常，同時(shí)能夠賦予TKI(EGFR酪氨酸激酶抑制劑)抗性并且降低AG1478(RAF激酶抑制劑I)的敏感性[4]。干擾FAM83B后，C-RAF、PI3K和AKT定位到細(xì)胞膜的能力降低，同時(shí)，減弱ERK1/2和AKT磷酸化水平，從而抑制細(xì)胞生長(zhǎng)[4]。同樣，F(xiàn)AM83D被報(bào)道也可以激活MEK/ERK信號(hào)通路[7]。它能夠通過(guò)與FBXW7(腫瘤抑制因子)相互作用并影響其表達(dá)，F(xiàn)BXW7是c-Myc、mTOR和C-Jun表達(dá)的抑制劑[27]，因此，過(guò)表達(dá)FAM83D能促進(jìn)這些下游癌基因的表達(dá)，有助于其驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化的能力。同時(shí)，干擾FAM83A或FAM83D，抑制ERK磷酸化水平。因此，F(xiàn)AM83A、FAM83B和FAM83D是腫瘤細(xì)胞中維持異常C-RAF/MAPK活化的重要中介[13]。以上結(jié)果表明FAM83蛋白家族在MAPK和PI3K/AKT信號(hào)通路中發(fā)揮重要的作用(圖 3)。

圖3 FAM83蛋白與MAPK信號(hào)通路調(diào)控關(guān)系

3.2 FAM83調(diào)控Wnt/β-catenin和TGF-β信號(hào)通路

Wnt信號(hào)通路是動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)高度保守的信號(hào)通路，其中，包含β-catenin的 Wnt通路被稱為經(jīng)典Wnt信號(hào)通路，又叫Wnt/β-catenin信號(hào)通路，它參與調(diào)控胚胎早期發(fā)育、成體組織穩(wěn)態(tài)維持、干細(xì)胞自我更新、細(xì)胞分裂，以及腫瘤發(fā)生發(fā)展等多種生物學(xué)過(guò)程[28]。接下來(lái)，探討FAM83蛋白家族對(duì)經(jīng)典Wnt信號(hào)通路的調(diào)控作用。

FAM83B不僅可以激活MAPK和PI3K/AKT/mTOR信號(hào)，而且也能參與癌癥相關(guān)的Wnt信號(hào)通路。Hilger等[29]報(bào)道FAM83B是Axin1和APC的新型相互作用伴侶，這種相互作用可能與Wnt信號(hào)通路相關(guān)。Bozatzi等[23]報(bào)道Fam83G是Wnt信號(hào)通路的新型介體，它可以和β-catenin降解復(fù)合體中的Axin1、CK1α和GSK3β形成堅(jiān)固的復(fù)合物，促進(jìn)CK1α和GSK3β磷酸化并積累活性β-catenin，進(jìn)而激活Wnt信號(hào)。所有FAM83家族成員都可以與CK1α發(fā)生相互作用，這表明其他FAM83家族成員可以與CK1復(fù)合物一起發(fā)揮作用，并以協(xié)同方式調(diào)控Wnt/β-catenin信號(hào)通路[3, 23]。Wnt和TGF-β信號(hào)通路對(duì)癌癥的發(fā)展具有協(xié)同促進(jìn)作用。TGF-β信號(hào)通路根據(jù)配體分子激活不同的信號(hào)分子可以分為TGF-β/Activin/Nodal和BMP/GDF/MIS兩個(gè)亞家族通路，調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育和凋亡，在腫瘤的發(fā)展期會(huì)促進(jìn)惡性腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[30]。通過(guò)質(zhì)譜分析，Brown等[31]發(fā)現(xiàn)FAM83G是Smad2和Smad3相互作用蛋白，并證明FAM83G能夠參與TGF-β信號(hào)通路的調(diào)控。與FAM83G相似，干擾FAM83A不僅可以抑制Wnt/β-catenin，還能夠阻止TGF-β信號(hào)通路的激活，進(jìn)而降低腫瘤細(xì)胞的致瘤性。過(guò)表達(dá)FAM83A，細(xì)胞核內(nèi)β-catenin數(shù)量和磷酸化的Smad3表達(dá)量顯著升高，說(shuō)明FAM83A能夠同時(shí)調(diào)控Wnt/β-catenin和TGF-β信號(hào)通路[32](圖 4)。

圖4 FAM83蛋白與Wnt信號(hào)通路調(diào)控關(guān)系

4 FAM83家族在腫瘤診斷與治療方面的應(yīng)用

4.1 分子marker診斷

對(duì)人類腫瘤樣本分析表明，多數(shù)FAM83家族成員在癌癥中高表達(dá)，并與特定的癌癥亞型相關(guān)，這表明FAM83蛋白成員能夠成為某種特定癌癥治療的新靶標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AM83A是一類腫瘤特異性抗原，在肺癌、乳腺癌、胰腺癌、膀胱癌和卵巢癌中均高表達(dá)，而在正常組織中不表達(dá)，并且其表達(dá)量高低與癌癥患者總體生存率和無(wú)病生存率顯著相關(guān)[13, 32]。已發(fā)表的臨床數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)AM83A表達(dá)越高，乳腺癌患者預(yù)后越差[6]。同樣，F(xiàn)AM83B在乳腺癌、膀胱癌、睪丸癌、卵巢癌、甲狀腺癌和肺癌中高表達(dá)[4]，且FAM83B的高表達(dá)與肺鱗癌患者的無(wú)病生存期差有關(guān)[33]。Cai等[34]對(duì)362例患者樣本進(jìn)行qPCR 定量分析FAM83A和FAM83B表達(dá)，研究發(fā)現(xiàn)FAM83A和FAM83B可以作為非小細(xì)胞肺癌的預(yù)后生物標(biāo)志物和潛在的新治療靶標(biāo)。同時(shí)FAM83D被報(bào)道與乳腺癌和肝癌預(yù)后不良有關(guān)[7, 27]。Huang等[18]報(bào)道在胃癌細(xì)胞中FAM83D過(guò)表達(dá)可以增強(qiáng)細(xì)胞的增殖、循環(huán)進(jìn)程、遷移、侵襲，可以說(shuō)FAM83D是胃癌的預(yù)后生物標(biāo)志物。在肺腺癌中，MYC和FAM83F均過(guò)表達(dá)，其高表達(dá)與肺腺癌的進(jìn)展及患者預(yù)后不良顯著相關(guān)[16]。Kim等[11]報(bào)道FAM83H在肝癌細(xì)胞中高表達(dá)，并且它的高表達(dá)預(yù)示肝癌患者的較短生存期，它能誘導(dǎo)CCND1(細(xì)胞周期蛋白D1)和CCNE1(細(xì)胞周期蛋白E1)的表達(dá)，并抑制P53(人體抑癌基因)的表達(dá)，從而影響肝癌細(xì)胞的增殖和侵襲。因此，F(xiàn)AM83H可能是肝癌患者不良的預(yù)后指標(biāo)。

4.2 腫瘤耐藥

腫瘤耐藥對(duì)癌癥發(fā)病率和死亡率具有相當(dāng)重要的意義，它有許多藥物類別(如細(xì)胞毒性、免疫調(diào)節(jié)劑和激素藥物)[35]。FAM83A除了可以作為生物標(biāo)志物外，還是TKI的抑制劑。FAM83A可以抑制TKI活性，使腫瘤細(xì)胞即使存在EGFR-TKI，激活EGFR下游MAPK和PI3K/AKT/mTOR信號(hào)，保持腫瘤細(xì)胞惡性表型[36]。將過(guò)表達(dá)EGFR的腫瘤細(xì)胞注入小鼠體內(nèi)并用EGFR抑制劑治療，內(nèi)源性FAM83A表達(dá)和DNA拷貝數(shù)均增加，使存活的腫瘤細(xì)胞具有抗性。FAM83A除了在TKI抗藥性中發(fā)揮作用，還賦予對(duì)曲妥珠單抗的抗性。曲妥珠單抗是用于治療乳腺癌的單克隆抗體[2]。干擾FAM83A后使這些細(xì)胞對(duì)曲妥珠單抗重新敏感[7]。FAM83A還賦予對(duì)拉帕替尼和吉西他濱的抗性，表明FAM83A在腫瘤耐藥性起重要作用。類似FAM83A，在乳腺癌細(xì)胞中FAM83B可以促進(jìn)異常信號(hào)傳導(dǎo)和對(duì)EGFR-TKI的耐藥性[4]。此外，F(xiàn)AM83B轉(zhuǎn)化的細(xì)胞對(duì)PI3K、AKT和mTOR靶向療法的敏感性較低[26]。與之前確定FAM83A和FAM83B在腫瘤耐藥中的作用相似，在胰腺癌中插入誘變篩選埃洛替尼耐藥性基因，發(fā)現(xiàn)一個(gè)與FAM83H共享染色體的位點(diǎn)LOC100128338，這表明FAM83H可能在胰腺癌靶向治療中存在耐藥性[37]。Fuziwara等[5]報(bào)道，與對(duì)照組相比，高表達(dá)FAM83F的細(xì)胞對(duì)阿霉素的細(xì)胞毒性作用具有更強(qiáng)的抗性，凋亡細(xì)胞的數(shù)量更少。同時(shí)鑒于FAM83D能夠通過(guò)激活mTOR來(lái)調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)生，因此FAM83D可以作為靶標(biāo)預(yù)測(cè)患者對(duì)雷帕霉素的反應(yīng)[35]。

5 結(jié)論與展望

雖然我們還不能確定每個(gè)FAM83成員的DUF1669結(jié)構(gòu)域和它們不同的C端序列的功能，但未來(lái)的工作應(yīng)結(jié)合使用FAM83蛋白C端交換/缺失突變體細(xì)胞進(jìn)行詳細(xì)的生物信息學(xué)分析。雖然尚不清楚多種FAM83蛋白在腫瘤細(xì)胞中上調(diào)的原因，但每種FAM83蛋白在致癌信號(hào)中可能起不同的作用。未來(lái)的研究將鑒定每個(gè)FAM83蛋白的獨(dú)特功能，以及開(kāi)發(fā)新的策略來(lái)靶向治療。

大多數(shù)人類蛋白質(zhì)組分析表明，相對(duì)于其他原癌基因(如EGFR和RAS)，F(xiàn)AM83成員在體內(nèi)的表達(dá)水平較高。迄今為止，已發(fā)表的發(fā)現(xiàn)主要使用非轉(zhuǎn)化和癌細(xì)胞系的過(guò)表達(dá)和RNAi方法。目前，僅存在一種敲除FAM83H基因的C57BL/6小鼠，但在出生后兩周死亡[38]。未來(lái)研究重點(diǎn)可能是開(kāi)發(fā)其他FAM83蛋白的基因敲除或轉(zhuǎn)基因模型。這樣的動(dòng)物模型將為每個(gè)FAM83成員在正常發(fā)育和體內(nèi)平衡提供實(shí)用的遺傳證據(jù)。

FAM83蛋白是某些癌癥的潛在生物標(biāo)志物，并且FAM83成員的表達(dá)可以為治療策略提供參考[36]，并預(yù)測(cè)癌癥患者存活時(shí)長(zhǎng)[1]。未來(lái)將探究每個(gè)FAM83蛋白的獨(dú)特功能，以及開(kāi)發(fā)新的策略來(lái)治療靶向FAM83蛋白的保守和獨(dú)特致癌性。