張震，程瑤，趙銳 綜述 劉海 審校

川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科，四川 南充 637000

橋粒是一種參與細(xì)胞-細(xì)胞連接的特殊結(jié)構(gòu)，它主要負(fù)責(zé)肌細(xì)胞-肌細(xì)胞附著和維持心肌機(jī)械完整性[1-2]。作為橋粒主要組成部分之一，橋粒斑菲素蛋白2 (plakophilin2，PKP2)除在細(xì)胞黏附中發(fā)揮作用外，還在細(xì)胞連接處充當(dāng)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)樞紐，并參與轉(zhuǎn)錄的控制，同時(shí)，它還在細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)和電生理過(guò)程發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[3]。近年研究發(fā)現(xiàn)，PKP2異常表達(dá)和多種疾病發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。本文就橋粒斑菲素蛋白2(PKP2)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能、相關(guān)信號(hào)通路調(diào)控以及在相關(guān)疾病中最新研究進(jìn)展做一綜述。

1 PKP2的結(jié)構(gòu)和功能

橋粒斑菲素蛋白家族的蛋白始終被認(rèn)為是核心橋粒蛋白，它由九個(gè)犰狳(臂)重復(fù)序列組成，且具有非常長(zhǎng)的N 端和異常短的C 端。其中每個(gè)臂含有大約42 個(gè)氨基酸，并且可形成三個(gè)短α螺旋排列成三角形[4]。橋粒斑菲素蛋白家族現(xiàn)共發(fā)現(xiàn)3個(gè)亞型，依次為橋粒斑菲素蛋白1(plakophilin 1，PKP1)、PKP2及橋粒斑菲素蛋白3(plakophilin 3，PKP3)。與PKP1 高度同源的PKP2最早在1996年被報(bào)道，人PKP2基因位于染色體12p11，PKP2 基因的mRNA 大小約為5.3 Kb，翻譯成837 個(gè)氨基酸的多肽，等電點(diǎn)pH 值為9.33[5]。PKP2 作為橋粒斑菲素蛋白家族中最大的蛋白，它主要以兩種不同的剪接變體存在：較小的PKP2a 和較大的PKP2b[5]。它位于細(xì)胞橋粒和細(xì)胞核中，并且參與鈣黏蛋白和細(xì)胞骨架中的中間絲之間的連接，通過(guò)橋粒-中間絲組裝提供橫向穩(wěn)定力，促進(jìn)細(xì)胞間接觸[6-7]。PKP2 還主要參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)、電生理以及轉(zhuǎn)錄調(diào)控過(guò)程。

2 PKP2所參與的調(diào)控及其相關(guān)信號(hào)通路

在橋粒斑菲素蛋白家族所有成員之中，PKP2 是唯一通過(guò)信號(hào)傳導(dǎo)正向調(diào)節(jié)表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)的成員[8]。而EGFR與腫瘤發(fā)生和侵襲有關(guān)，EGFR功能異常可破壞其下游信號(hào)傳導(dǎo)通路，如STAT1/3和PI3K/AKT通路，這些通路具有促進(jìn)細(xì)胞增殖、侵襲和血管生成的能力[9]。在肺腺癌中，PKP2正是通過(guò)激活肺腺癌中EGFR及其下游的信號(hào)通路促進(jìn)肺腺癌細(xì)胞增殖和遷移[10]。也有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，PKP2在功能上與E-鈣黏蛋白相關(guān)，并參與β-catenin 介導(dǎo)的信號(hào)通路，該條信號(hào)通路是上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transition，EMT)的標(biāo)志[11-12]。而EMT 的主要功能是能夠減少細(xì)胞-細(xì)胞黏附并增加腫瘤細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性，這表明EMT是腫瘤遷移的主要機(jī)制[13]。在一份關(guān)于結(jié)腸癌的研究結(jié)果中，PKP2 正是通過(guò)異常激活Wnt/β-catenin 信號(hào)通路導(dǎo)致結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展[14]。而在心肌細(xì)胞中，當(dāng)PKP2缺乏時(shí)可通過(guò)啟動(dòng)和激活Wnt/β-catenin通路，促使心肌細(xì)胞纖維脂肪沉積，導(dǎo)致心律失常性心肌病的發(fā)生發(fā)展[15]；當(dāng)PKP2 表達(dá)缺乏時(shí)也會(huì)導(dǎo)致TGF-β1表達(dá)增加和p38-MAPK 依賴性促纖維化程序激活，這可能是另外一種促進(jìn)心肌細(xì)胞纖維化的途徑[16]。Hippo信號(hào)通路因其作為組織生長(zhǎng)關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，參與調(diào)節(jié)多種生物過(guò)程，比如調(diào)控細(xì)胞增殖、存活、運(yùn)動(dòng)、形成和差異，而閏盤拆卸可導(dǎo)致Hippo 通路激活以及Hippo 通路效應(yīng)子YAP(Yes-associated protein)下游磷酸化而失活，這有助于抑制Wnt/β-catenin 信號(hào)和增強(qiáng)脂肪生成[17-18]。

當(dāng)敲除PKP2導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)PKP2缺失后，miR-200b表達(dá)顯著上調(diào)，從而抑制了參與細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)黏附的整合素-α1(Itgα1)表達(dá)，進(jìn)而改變心肌細(xì)胞間黏附[19]；同時(shí)，PKP2的缺失導(dǎo)致E2F1通路抑制，miR-184 啟動(dòng)子CpG 位點(diǎn)高甲基化，導(dǎo)致抑制脂肪形成的miR-184水平下調(diào)，從而參與了PKP2缺陷細(xì)胞中脂肪形成的發(fā)病機(jī)制[20]；另一方面，PKP2的缺失促進(jìn)連接蛋白43(connexin43，Cx43)半通道開放并促進(jìn)ATP 釋放，腺苷2A 受體(adenosine 2A receptor，A2AR)能夠激活PKP2 缺失動(dòng)物纖維化進(jìn)程和心功能受損[21]；當(dāng)然，在PKP2表達(dá)下降后，心臟間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞(cardiac mesenchymal stromal Cells，cMSCs)中神經(jīng)肽Y 依耐性脂肪也會(huì)生成增加[22]。由此可得出，PKP2 的異常表達(dá)通過(guò)參與和調(diào)控以上這些信號(hào)通路而導(dǎo)致相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展。

3 PKP2相關(guān)疾病

3.1 心臟疾病 PKP2 不僅參與肌細(xì)胞間黏附，而且能維持心肌完整性。PKP2 功能障礙導(dǎo)致心肌細(xì)胞內(nèi)電生理學(xué)、信號(hào)傳導(dǎo)發(fā)生異常[3]。PKP2 表達(dá)缺失，破壞了閏盤鈉通道運(yùn)輸，從而導(dǎo)致鈉通道功能損壞和鈉電流波幅降低，進(jìn)而促使心律失常發(fā)生[23]；同時(shí)，PKP2 表達(dá)的缺失也會(huì)引起胞內(nèi)鈣離子循環(huán)和轉(zhuǎn)錄過(guò)程也發(fā)生異常[24]。由于PKP2變異，心肌細(xì)胞間黏附減弱，細(xì)胞間隙擴(kuò)大而不能結(jié)合，從而促進(jìn)心肌細(xì)胞發(fā)生纖維化，引起心臟傳導(dǎo)延遲和心律失常的發(fā)生。因此，PKP2 變異與多種心臟遺傳性疾病有關(guān)。PKP2 的變異會(huì)導(dǎo)致不同的臨床表現(xiàn)，最常見的即為：致心律失常性右心室心肌病(arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy，ARVC)，該病心源性猝死(sudden cardiac death，SCD)發(fā)生率極高。更為重要的是，在明顯的心肌病出現(xiàn)之前，SCD就可能是其最初的表現(xiàn)，這為該病的診療帶來(lái)巨大的困難。而另一個(gè)遺傳性心臟疾?。翰剪敿舆_(dá)綜合征(Βrugada syndrome，ΒrS)，這種遺傳性心律失常的特征是右心前區(qū)導(dǎo)聯(lián)ST段抬高，也會(huì)出現(xiàn)危及生命的室性心律失常，而且在心肌沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性病變就發(fā)生SCD 方面具有很高風(fēng)險(xiǎn)，目前已有研究發(fā)現(xiàn)它可能與PKP2 的錯(cuò)義突變和心臟鈉電流降低有關(guān)[25]，但更確切和完善的機(jī)制還未完全探明，還需更加深入的探索研究。因此發(fā)現(xiàn)并確定PKP2 和ARVC 以及ΒrS 的關(guān)系，使得PKP2 的變異可能作為臨床ARVC和ΒrS患者的檢測(cè)指標(biāo)。

3.2 惡性腫瘤

3.2.1 肺癌 HAO 等[10]研究發(fā)現(xiàn)PKP2 在肺癌腫瘤組織中的表達(dá)高于對(duì)應(yīng)的非腫瘤組織，并且PKP2在肺鱗癌(lung squamous cell carcinoma，LUSC)中的表達(dá)高于肺腺癌(lung adenocarcinoma，LUAD)。PKP2異常高表達(dá)與LUAD 患者不良預(yù)后和EGFR 激活有關(guān)，因此，他們得出PKP2 通過(guò)激活EGFR 信號(hào)促進(jìn)肺腺癌細(xì)胞增殖和遷移的結(jié)論。在同年另一份研究中發(fā)現(xiàn)：在LUAD中，SOX30(一種肺腺癌的典型抑癌基因)能夠?qū)KP2 表達(dá)進(jìn)行調(diào)控[26]。表明SOX30-PKP2可能在LUAD的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。此后，更進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)：在肺癌放射治療方面，PKP2 參與的靶向PRMT1/PKP2/β-連環(huán)蛋白/LIG4 通路是克服肺癌輻射抵抗的有效途徑[27]。另外，WU 等[28]研究發(fā)現(xiàn)PKP2 的敲低在體外抑制了肺癌細(xì)胞的增殖和侵襲，同時(shí)在體內(nèi)抑制了異種移植肺腫瘤的發(fā)展，并證明了PKP2 在LUAD 中的高表達(dá)與增強(qiáng)的EMT 和黏著斑相關(guān)，PKP2 的敲低抑制了EMT 相關(guān)波形蛋白和N-鈣黏蛋白的表達(dá)，以及ΒMP4、ICAM1和VCAM1在異種移植腫瘤和肺癌細(xì)胞中黏著斑相關(guān)表達(dá)，得出PKP2 可能通過(guò)增強(qiáng)局灶黏附和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化促進(jìn)肺腺癌發(fā)展的結(jié)論。此外，有研究表明，糖酵解的致癌調(diào)節(jié)功能可以改變癌細(xì)胞的凋亡情況[29]。PKP2 作為糖酵解相關(guān)基因，可能與非小細(xì)胞肺癌的不良預(yù)后相關(guān)[30]。因此，PKP2的下調(diào)可以通過(guò)多種途徑抑制肺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和侵襲，促進(jìn)肺癌細(xì)胞對(duì)放射治療的敏感性，可能成為治療肺癌的潛在靶標(biāo)。

3.2.2 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的原發(fā)性腦腫瘤，其特點(diǎn)是預(yù)后差、死亡率高。ZHANG 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)母細(xì)胞瘤組織中PKP2 蛋白表達(dá)水平相較于正常腦組織顯著升高，并且PKP2 高表達(dá)與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者預(yù)后不良密切相關(guān)，另外，下調(diào)PKP2表達(dá)可以抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞增殖和遷移。此后，TANG 等[32]在更深入的研究中發(fā)現(xiàn)：PKP2 作為轉(zhuǎn)錄因子EGR3(早期生長(zhǎng)反應(yīng)3)的靶點(diǎn)，激活EGFR通路，從而導(dǎo)致膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的惡性生物學(xué)行為。這揭示了PKP2在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤發(fā)病機(jī)制中的潛在作用，提示PKP2 可能有希望成為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤新的治療靶點(diǎn)。

3.2.3 乳腺癌 乳腺癌是女性癌癥死亡的主要原因，轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的生存率極低。有研究表明：在乳腺癌中，PKP2的驅(qū)動(dòng)突變可以增強(qiáng)癌細(xì)胞遷移并且促進(jìn)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移，且與患者遠(yuǎn)期預(yù)后密切相關(guān)[33]。在此后在更進(jìn)一步的研究中，WANG等[34]開發(fā)了一種用來(lái)預(yù)測(cè)腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陰性的三陰性乳腺癌中(triple-negative breast cancer，TNΒC)患者的模型，該模型所包含的PKP2 正是用來(lái)估計(jì)腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)。這使得PKP2 有望成為轉(zhuǎn)移性乳腺癌早期診斷的關(guān)鍵靶點(diǎn)以提高乳腺癌患者的遠(yuǎn)期生存率。

3.2.4 卵巢癌 XIE 等[35]首次整合了轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)來(lái)鑒定與預(yù)后相關(guān)的高級(jí)別漿液性卵巢癌分子亞型，隨即通過(guò)通路分析顯示：該通路中的PKP2 在卵巢癌其中一種亞型中過(guò)表達(dá)，提示PKP2在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起關(guān)鍵作用。一年后，新研究表明：PKP2 mRNA和蛋白在卵巢癌中表達(dá)上調(diào)，并且可能參與多種生物學(xué)行為、信號(hào)通路和免疫浸潤(rùn)等，有望作為卵巢癌早期診斷和預(yù)后評(píng)估的潛在生物標(biāo)志物[36]。惡性腫瘤最主要特征是腫瘤細(xì)胞過(guò)度增殖、高度遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移能力，而這些特征是惡性腫瘤患者不良預(yù)后的主要原因之一。關(guān)于PKP2 與惡性腫瘤的最新研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它與肺癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、乳腺癌、卵巢癌等惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，而在不同惡性腫瘤中，由于表達(dá)水平和參與的信號(hào)通路調(diào)控的差異，PKP2 發(fā)揮的作用也不盡相同，這使得PKP2在惡性腫瘤中的研究更具有探索意義和探索價(jià)值。

3.3 牙周炎性疾病 2016年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在慢性牙周炎中，與牙周復(fù)合體特征相關(guān)位點(diǎn)有關(guān)的PKP2 可能與慢性牙周炎生物亞型的炎癥和免疫反應(yīng)改變相關(guān)[37]。4年后，新的研究表明，在受感染的牙齦上皮(HGEp)細(xì)胞中，編碼橋粒成分的PKP2作為維持上皮屏障功能的主要細(xì)胞-細(xì)胞連接復(fù)合物之一，它每一個(gè)編碼成分的基因在其啟動(dòng)子處增加了DNA甲基化，而且啟動(dòng)子甲基化的增加與PKP2 基因的mRNA 豐度降低相關(guān)[38]。其后的研究發(fā)現(xiàn)：牙周炎患者牙齦活檢的PKP2 mRNA 約為健康對(duì)照組的兩倍。PKP2 蛋白主要在牙齦上皮中表達(dá)，它在維持牙齦上皮屏障功能中起著關(guān)鍵作用，并且易被牙齦假單胞菌產(chǎn)生的半胱氨酸蛋白酶降解，這就是牙齦假單胞菌通過(guò)促進(jìn)PKP2 降解而損害上皮屏障功能的機(jī)制[39]。PKP2 在牙周炎性疾病中的獨(dú)特作用有可能為牙周疾病的診斷和治療帶來(lái)新方向。

3.4 病毒感染 WANG 等[40]研究發(fā)現(xiàn)，PKP2 能夠與流感病毒PΒ1 蛋白相互作用，與PΒ1 的c 端結(jié)構(gòu)域結(jié)合的同時(shí)阻斷PΒ2 與PΒ1相互作用，從而抑制甲型流感病毒(influenza A viruses，IAV)聚合酶活性，進(jìn)而限制了隨后的病毒復(fù)制。這表明PKP2是IAV聚合酶復(fù)合物的天然抑制劑。在最近關(guān)于由SARS-CoV-2感染引起的新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)研究中也發(fā)現(xiàn)，在SARS-CoV-2 表達(dá)量變化最多的宿主基因中包含了具有抑制病毒復(fù)制功能的PKP2[41]。這可能使得PKP2 成為識(shí)別新的抗病毒藥物靶點(diǎn)，為新型抗病毒藥物的開發(fā)提供基礎(chǔ)。

4 小結(jié)

綜上所述，PKP2 異常表達(dá)會(huì)激活并調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)通路，從而引起對(duì)應(yīng)疾病發(fā)生發(fā)展。目前PKP2 在其他生物學(xué)活動(dòng)中的機(jī)制研究有了很大進(jìn)展，可為相關(guān)疾病臨床診斷、治療等提供可靠的理論依據(jù)，使得PKP2 有望成為相關(guān)疾病診治的特異性標(biāo)志物和特異性治療的新靶點(diǎn)。但由于PKP2相關(guān)疾病研究近年來(lái)主要集中在心肌疾病、惡性腫瘤、牙周炎、病毒感染等疾病中，因此仍需將疾病研究范圍進(jìn)一步擴(kuò)大；同時(shí)，PKP2引起相關(guān)疾病的機(jī)制并不完善，所參與的信號(hào)通路十分復(fù)雜，相關(guān)機(jī)制也還需進(jìn)一步進(jìn)行探索研究。