PIAS3抑癌效应研究进展*

鄢明果， 刘亮明△， 张吉翔

(1上海交通大学附属第一人民医院松江分院，上海 201600；2南昌大学第二附属医院分子医学中心，江西 南昌 330006)

·综述·

PIAS3抑癌效应研究进展*

鄢明果1,2， 刘亮明1,2△， 张吉翔2

(1上海交通大学附属第一人民医院松江分院，上海 201600；2南昌大学第二附属医院分子医学中心，江西 南昌 330006)

PIAS3； 肿瘤； 类泛素化； 转录因子

肿瘤是一种基因病，涉及到癌基因的激活和/或抑癌基因的失活。在这些基因中，某个或某些基因可能起了关键作用，其通过对下游细胞信号分子或网络的影响，进一步影响细胞的增殖和凋亡过程，造成失控性细胞增殖，最终形成肿瘤。近年来由于对PIAS3生物学功能的进一步认识，其在肿瘤发生发展中的作用也正日益受到了国内外学者的重视。文章将就PIAS3在肿瘤方面的研究进展作一简要介绍。

1 分子结构及其抑癌效应

STAT3(signal transducer and activator of transcription 3,转录信号转导和激活因子3)蛋白质抑制分子PIAS3(protein inhibitor of activated STAT3)是1997年Chung等[1]通过对PIAS家族表达序列标签进行克隆时鉴定并命名的，并认为其是PIAS蛋白家族的新成员。已知编码PIAS3蛋白的基因定位于人类染色体1q21[2c，有1个包含有583个氨基酸的开放阅读框和1个锌结合基序[C2-(X)21-C2][1]。作为PIAS家族的成员，PIAS3的结构中也含有一套保守的结构和功能区域。PIAS3的功能结构域主要有：(1)C末端：保守的氨基酸末端区域，富含Ser/Thr序列;(2)AD区：靠近C末端的一个高度酸性区域，是TIF2的结合区域[3];(3)RDL区：类似于锌指结构的环指区域，是PIAS3具有SUMO-E3连接酶功能的重要区域[4-6]，也是Smad3的连接区[7];(4)PINIT区：该区的PIAS82-132区域与抑制MITF及STAT的转录活性密切相关，该区域的过表达可诱导肥大细胞及黑素细胞凋亡[8];(5)N末端：含有SAF-A/B、Acinus及SAP区[9]。SAP区可识别富含AT的DNA序列并能与之结合[10]。SAP区域还含有1个LXXLL基序，该基序与介导核受体及其调节的信号转导如AR、PR等密切相关，并可与NF-κB p65结合和抑制其转录活性[11]。这提示，PIAS3可调控许多与细胞生长增殖密切相关的转录因子的活性，有可能对细胞的多条生存信号通路产生影响。

已证实，人体许多正常组织或细胞内特别是上皮组织和内皮细胞中，PIAS3的表达明显[12]，而在肿瘤组织或细胞中，PIAS3的表达显著降低甚至出现表达缺失现象[13]。研究发现，当PIAS3表达沉默后， STAT3活性出现持续增高，肿瘤的生长和增殖活性显著提高[14]。研究还发现，PIAS3表达上调后，可抑制癌细胞的生长并增加其对化疗药物的敏感性[15]。另外，PIAS3与表皮生长因子受体抑制剂合用时，能产生协同抗肿瘤的作用，并显著抑制肿瘤细胞的分裂增殖能力[16]。提示PIAS3具有抑癌基因活性。

2 抑癌机制

2.1蛋白质的泛素化效应 PIAS3具有SUMO-E3(E3-type small ubiquitin-like modifier)连接酶活性，可介导多种蛋白质发生泛素化作用[17]。研究证实PIAS3的介导作用是特定的转录因子受体发生泛素化的一个重要机制[18]。泛素化是调节蛋白质水平的基本方式。泛素-蛋白酶体途径是细胞内重要的蛋白质调控系统，参与调节细胞周期进程、细胞增殖与分化，以及信号转导等多种细胞生理过程。研究证实，原癌基因表达的蛋白质主要是通过泛素化途径降解的，原癌蛋白如得不到及时清除会诱导细胞发生转化，甚至恶变，并引起肿瘤的形成[19]。研究发现，PIAS3可介导M2型丙酮酸激酶泛素化，从而负向调控正常细胞和肿瘤细胞的糖酵解途径[20]。M2型丙酮酸激酶已被证实在恶性肿瘤组织中有高水平表达，是肿瘤糖酵解代谢旺盛、肿瘤细胞增殖活跃和恶性程度高的标志[21]，目前已被用于肿瘤的临床诊断、疗效判断、预测预后等[22]。因而，通过泛素化作用，PIAS3可对肿瘤细胞的生长、增殖和能量代谢等多方面产生抑制性影响。

2.2对转录因子的调控效应 在正常生理状态下，PIAS3可作为多种细胞信号转导和转录因子的负性调控机制，在维持细胞的正常分裂、增殖和凋亡过程中发挥着重要的调控作用。PIAS3的表达降低或缺失，可使与细胞生长密切相关的转录因子异常激活，从而引起细胞异常增殖和肿瘤的发生发展。目前鉴定出的受PIAS3调控的转录因子有许多，主要有STAT3、Akt、MITF、TIF2、Oct4、NF-κB 、AR和PR等。其中与细胞增殖和肿瘤发生发展密切相关的转录因子有STAT3、Akt、MITF和Oct4。

① 抑制STAT3的活性 STAT3可被多种细胞因子所激活。在活化后，STAT3能转入细胞核内，并与相应的DNA结合，发挥信号转导和转录调控的双重功能。JAK-STAT3途径是STAT3信号转导与转录激活的经典途径[23-25]，在细胞生长和发育中发挥着不可缺少的重要作用，亦是肿瘤发生发展的重要途径。在正常情况下，STAT3的DNA结合活性主要受PIAS3的调控。研究表明，PIAS3是STAT3的特异性抑制分子[1]，其羧基末端的酸性区域能特异地与STAT3的rPP-C8区域结合，从而抑制肿瘤细胞的增殖，促进凋亡[26]。研究人员发现，在T/null-cell淋巴瘤[14]、脑胶质母细胞瘤内，PIAS3降低或缺失， STAT3活性则持续性增高。Roberts等[27]也发现，运用PIAS3阻断JAK-STAT信号通路后，肿瘤细胞的生长受到抑制，肿瘤细胞对化疗药物的敏感性明显增强。

② 抑制Akt的活性 丝/苏氨酸蛋白激酶Akt是PI3K的重要下游效应分子，是许多生命活动的关键信号分子。其参与的PI3K /Akt信号通路调节细胞的分裂、增殖、分化及凋亡。PI3K /Akt信号通路能促进肿瘤细胞的生长和增殖，与肿瘤的侵袭转移行为也密切相关，在肿瘤的发生、发展中发挥促进作用[28]。研究发现，Akt磷酸化后可促进耐药相关蛋白(MRP)及STAT蛋白的表达，从而增强肿瘤细胞的增殖及耐药性。PIAS3可抑制Akt的磷酸化，使PI3K /Akt失活，从而抑制肿瘤细胞生长、提高肿瘤对化疗药物的敏感性[15]。

③ 抑制MITF的活性 MITF是一种具有基本螺旋-环-螺旋-亮氨酸拉链(bHLHZip)结构的转录因子，MITF可与酪氨酸基因家族启动子的M box结构结合，参与黑素细胞黑素生成的调控[29]，是色素细胞信号转导途径下游的一个信号分子，在色素细胞发育分化和功能调节中起到关键性作用。MITF的异常表达可导致肿瘤的产生。目前，MITF被用于恶性黑素瘤临床诊断的特异性标记物[30.31]。研究表明，PIAS3是抑制MITF转录活性的关键分子[32]。还研究发现在含有mMCP启动子荧光素酶的NIH 3T3成纤维细胞内转染MITF和PIAS3，高达94％的MITF转录激活被抑制。MITF的Zip结构是与PIAS3结合的关键部位。与PIAS3结合后，MITF的转录活性受到显著抑制[33]。MITF-PIAS3结合域编码区的缺失会导致MITF活性持续增高，从而使肿瘤细胞的分裂和增殖能力明显增强[34]。

④ 抑制Oct4的活性 转录因子Oct4有助于维持干细胞正常发生过程中的多潜能活性，是细胞分化全能性的标记[35]。有研究认为，人类表达Oct4基因的成人干细胞可能是引起肿瘤发生的靶细胞。在细胞分化过程中，某些基因突变如造成Oct4持续表达，可使细胞保留异常自我更新的能力，进一步可形成肿瘤[36]。PIAS3可通过 N末端的SAP结合区与Oct4结合并抑制其活性，从而抑制了肿瘤的形成，但目前尚不清楚其抑制功能是否与SUMO E3连接酶有关。哺乳动物在进化的过程中可能依赖于PIAS家族的抑制作用，以维持细胞的正常生长和发育[37]。

3 结语

随着近年研究的深入，对PIAS3成为抑癌基因家族一员的证据更加的充分。已有的证据表明，PIAS3的活性对于维持正常的细胞动力学或组织稳态至关重要。PIAS3通过对包括STAT3在内的多种癌基因或转录因子活性的抑制，包括抑制其活性作用程度和作用持续时间，从而有助于防止肿瘤的发生[38]。另外，由于其对肿瘤能量代谢的抑制性影响，使得其在肿瘤相关的研究中获得了更加广泛的重视。近年许多学者正致力于PIAS3治疗肿瘤的研究，部分研究成果令人十分鼓舞。研究发现，PIAS3的应用不仅能显著抑制肿瘤细胞的生长，也能显著增加肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。然而研究发现，在某些肿瘤中，对PIAS3基因有异常的高表达[3]。这种抑癌基因在不同肿瘤中差异性表达现象，可能与基因的突变有关。抑癌基因的突变可能造成其表达产物失去对肿瘤的抑制效应。这与p53在不同肿瘤中的差异性表达似乎有相似之处。最近，有文章指出，PIAS3作为信号分子的功能效应可能还远未被研究清楚，我们的认识可能只是其功能作用的冰山一角(tip of the iceberg)。目前已发现PIAS3可调控免疫细胞内的关键信号蛋白，影响免疫细胞内分子信号转导，从而对免疫系统功能作用的发挥有十分重要的作用[39]。PIAS3在肿瘤免疫监视或调控中的作用如何？调控的方式或途径怎样？在肿瘤治疗中的意义如何？等等问题，都值得我们今后进行深入的研究。

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InhibitoryeffectsofPIAS3ontumors

YAN Ming-guo1,2,LIU Liang-ming1,2,ZHANG Ji-xiang2
(1SongjiangHospitalAffiliatedtoTheFirstPeople’sHospitalofShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai201600,China;2MolecularMedicineCenter,SecondAffiliatedHospitalofNanchangUniversity,Nanchang330006,China.E-mail:liuliangming@hotmail.com)

PIAS3 possesses special functional and structural domains,which have key effects on a variety of important intracellular molecules.PIAS3 inhibits the growth and proliferation of tumors.The roles of PIAS3 in anti-tumor functions are involved in the effects of sumoylation enhancement,resulting in degradation of oncoproteins,inhibition of tumor metabolism,and reducing the activity of transcription factors such as STAT3,Akt,MITF,Oct4 and so on.

PIAS3; Neoplasms; Sumoylation; Transcriptional factors

1000-4718(2011)05-1016-04

R363

A

10.3969/j.issn.1000-4718.2011.05.036

2010-10-07

2011-01-04

国家自然科学基金资助项目(No.30660066；No.81070357)

△通讯作者Tel:021-67720053; E-mail: liuliangming@hotmail.com