TOB/BTG家族的研究进展

曹倪豪，陈明

(1．东南大学医学院，江苏南京 210009;2．东南大学附属中大医院，江苏南京 210009)

抑癌基因编码蛋白的主要功能为抑制细胞周期进程、诱导细胞凋亡，并可影响肿瘤侵袭及转移，抑癌基因发生基因突变或正常功能缺失将导致肿瘤的发生［1-2］。近年来研究表明，TOB/BTG家族成员均为抑癌基因，且该家族与其他抑癌基因如p53等具有密切的联系。作者就TOB/BTG家族的构成、功能、与肿瘤发生发展的关系等方面的研究进展作一综述。

1 TOB/BTG家族的构成

TOB/BTG家族目前已有超过20个家族成员，包括 BTGl、BTG2/PC3/TIS21、ANA/BTG3、TOB、TOB2 和PC3b等。己知该家族所有成员都具有抑制细胞增殖的功能，此外还可对细胞周期进行负性调控。Matsuda等［3-4］综合以往的研究结果认为，尽管TOB/BTG家族中各成员具体功能有所不同，但它们具有以下共同的功能:调控细胞生长、促进细胞分化成熟并可能与细胞DNA损伤修复有关。而其中最为突出的功能就是抑制细胞增殖，所以也有学者主张该家族应称为抗增殖基因家族(APRO)。属于人类TOB/BTG的家族成员共分6类。

BTG1最早是在B淋巴细胞性白血病中发现的［5］。PC3 是 Bradbuty等［6］在 PCI2(嗜铬细胞瘤株)cDNA文库中删选出的可被神经因子(NGF)特异性诱导的分泌性蛋白，具有抗增殖特性。TOB1是一个能和ErbB2酪氨酸蛋白激酶受体(receptor-type protein tyrosine kinase，RPTK)结合的分子。随后，用不同的克隆方法相继发现了这个家族的其它成员。

2 BTG结构域的作用

TOB/BTG家族成员以蛋白分子氨基端一段较特异的BTG结构域为共同特征，他们的N端有104～106个具有高度同源性的氨基酸，这个同源区域包括两个高度保守的同源区A盒和B盒，A盒具有抑制细胞增殖作用，B盒具有和靶分子结合的功能。

BTG结构域是TOB/BTG家族发挥作用的主要作用位点。例如:同源盒(homebox，HOX)是一种转录调控因子，在胚胎发育和细胞分化中起重要作用，BTG1和BTG2通过BTG结构域中特异性的N端作用于Hoxb9，形成更加牢固的 Hoxb9-DNA复合体，增强Hoxb9的转录活性，进而可影响胚胎发育、细胞分化和细胞癌变等［7］。E2FI对细胞周期正常进入S区起重要作用，BTG3通过BTG结构域中的A盒及特异性N端作用于E2FI，能抑制E2FI-DPI转录复合物的形成，从而抑制细胞周期进入S期，抑制细胞增殖［8］。BTG1能够刺激一些成纤维细胞中的转录因子活性，机制是BTG结构域中的C端与细胞核受体TRa和肌源性因子MyoD发生相互作用［9］。

3 抑制细胞增殖

多项研究发现TOB/BTG家族具有抑制细胞增殖的功能。TOB/BTG的绝大多数成员通过作用于细胞周期基因(CDc)来调控细胞周期进程，从而抑制细胞增殖。例如:有研究发现，BTG2在乳腺癌中的表达与细胞周期素D1(cyclin D1)呈显著的负相关，高表达BTG2可抑制周期素 D1转录，阻碍D1/CDK4复合物对Rb的磷酸化灭活，从而阻止细胞从G1期进入S期，表明BTG2可通过Rb依赖性途径来发挥作用［10］。Rouault等［11］发现在NIH3T3细胞中，PC3通过相同的途径抑制细胞增殖。Ryu等［12］则发现 BTG2/PC3/TIS21通过阻止细胞周期素B1和Cdc2的结合，抑制Cdc2激酶活性，导致G2期的停滞，由此可以看出PC3也可通过非Rb途径发挥作用。Ikematsu等［13］发现，在人胚肾293细胞株中，BTG2通过降低细胞周期素E蛋白水平来阻止细胞从G1到S期的过渡。Canzoniere等［14］在小脑神经细胞发育过程中发现，PC3/BTG2通过抑制细胞周期素D1和促进Math1转录因子活性的双重途径来共同调节G1期停滞。在肝脏细胞的再生过程中发现，TOB1通过CAF-1和细胞周期素D1来调控细胞增殖［15］。

其他研究还发现存在其他几种可能的机制:Maekawa等［16-17］发现Tobl的表达是MAPK通路下游的重要效应分子，在丝氨酸/苏氨酸位点容易被磷酸化而失活，通过Ras/MAPK通路间的联系，对抗增殖活性进行调控。进一步研究发现，增加Tobl蛋白表达水平能够引起细胞周期阻滞，抑制细胞增殖。BTGl蛋白通过与分解代谢产物阻遏蛋白-联合因子1［carbon catabolite repressor protein(CCR4)-associative factor 1，CAF-1］、同源结构域蛋白(a homeodomain-containing protein，HoXb9)、蛋白质精氨酸N-甲基转移酶1(protein arginine methyltransferase 1，PRMT1)等结合，共同调节自身的转录活性和血管增殖［18-19］，从而抑制肿瘤细胞增殖。BTG2/PC3/TIS21也可结合并激活PRMT1，活化的PRMT1与干扰素的α受体结合，从而抑制细胞增殖［20］。

研究还发现，TOB/BTG成员具有调节mRNA脱腺苷化作用:除了BTG4以外，所有的TOB/BTG蛋白都能与Ccr4-Not复合物的核心蛋白CNOT7、CNOT8相互作用，进而调节mRNA的poly(A)长度，直接影响mRNA代谢的多个过程，参与mRNA的降解以终止翻译过程等［21-22］。

4 参与细胞凋亡

有研究发现，Bcl-2在乳腺癌中过度表达，合成反义Bcl-2可有效阻止其表达，转染外源BTG1可增强反义 Bcl-2 诱导的肿瘤癌细胞凋亡［23］。Hong等［24］研究发现，在U937细胞中，TIS21稳定表达的细胞株的凋亡比例显著高于对照组，TIS21可能通过抑制B1-Cdc2复合物的形成来抑制Cdc2的活性，从而导致细胞凋亡。在PC12细胞模型，PC3的过度表达能够抑制细胞凋亡，敲除pc3基因的细胞则容易发生凋亡，由此可知PC3可能具有抗凋亡作用，作用机制主要是降低了周期素D1的水平而阻止了Rb失活，使细胞再次进入增殖周期［25］。另外，Corjay 等［26］在体外实验中发现BTGl的过表达能诱导NIH/3T3细胞凋亡。BTG1还参与LPS和IFN-γ通过JAK/STAT1通路诱导的细胞凋亡［27］。

5 与P53的关系

p53是目前研究最广泛深入的抑癌基因之一，在细胞受到损害导致DNA断裂时，P53蛋白可使细胞分裂停滞在G1/S期，如损伤不能修复，p53基因则启动细胞的程序性死亡过程引发细胞凋亡，一旦p53基因缺失或失活，将导致细胞恶性转化，从而引发癌症［28］。通过对p53下游调节基因的系统性筛查发现，BTG2通过Ras信号传导途径控制P53对肿瘤细胞的抗增殖作用，发挥抑癌作用［29］。

btg2和btg3是与P53的转录直接相关的靶基因，抑制肿瘤的发生。进一步研究发现，TOB1作为转录抑制因子，在P53信号传导途径的基因转录中起着重要的作用，参与调控细胞周期蛋白的表达。在结肠癌中，P53调节的miRNA(miR-34b和 miR-34c)参与DNA的高甲基化，影响BTG4的表达［30］。

研究前列腺癌细胞系LNCaP在雄激素受体(AR)被AR特异性阻断剂氟他胺阻断后的细胞周期相关蛋白表达情况发现，BTG1和CDKN1A表达水平较高，变化较明显，而AR阻断前后P53表达没有显著变化，说明LNCaP细胞在其胞内AR被阻断后引发的细胞周期变化，是通过与P53无关的途径发生的［31］。

6 与肿瘤的关系

TOB/BTG家族成员具有抑制细胞增殖、调节细胞周期及参与细胞凋亡的作用，多项研究证实他们是一种抑癌基因。Lim［32］通过研究小鼠和人类的正常及肿瘤细胞中的BTG2蛋白发现，当正常无致瘤性的细胞通过一些刺激手段转化为永生化的肿瘤细胞时，细胞内的BTG2蛋白表达水平显著下降，表明在细胞恶变过程中存在btg2基因的表达被逐渐抑制的情况，提示该基因有抑癌作用。而当提高肾癌细胞系293细胞(其缺乏Rb，P53和Clycin D1功能)中的btg2基因表达，可明显抑制细胞生长，也提示了该基因的抑癌作用。

在一些动物实验中证实，缺乏TOB1的老鼠更容易患肝脏、肺、淋巴结的肿瘤［33］;缺乏BTG3的老鼠发生肺癌的可能性显著增加［34］。此外，在多种人类肿瘤细胞系中也发现TOBl蛋白表达水平的下调［35］。如在肺癌和甲状腺癌患者中，经常能发现这些患者中TOB1的表达缺乏［36］。Sean等［37］发现在正常乳腺上皮细胞能正常表达TOB，在乳腺癌细胞系MCF-7中TOB明显缺乏;进一步研究发现，TOB通过多种途径抑制肿瘤发生，其中的一个关键机制就是TOB作为ploy A的结合蛋白，调控细胞质中mRNA的凋亡达到抑癌作用［38］。另外，在前列腺癌、肾透明细胞癌和乳腺癌中，能够观察到BTG2的表达缺乏或低下［39-41］。在肾癌患者中，观察到BTG3蛋白的表达减少，机制可能是BTG3 基因发生甲基化［42］。

有意思的是，最早在B淋巴细胞性白血病中发现的BTGl，近期研究发现在急性粒细胞白血病的发作期不能检测到BTG1的表达，而在缓解期或者健康人群中可检测到BTG1的表达，表明其可能在将来作为判断急性粒细胞白血病缓解的一个指标［43］。

因为TOB/BTG家族具有肿瘤抑制因子的作用，已经有研究将外源性的TOB/BTG应用于肿瘤的治疗。例如:裸鼠通过腹腔注射使得TOB1高表达能够阻止胰腺癌的发生［44］;利用转基因技术使得老鼠模型表达 BTG2，能够阻止脑肿瘤的发生［45］;张林等［46］研究发现，在将btg2基因导入胃腺癌细胞株MKN45后，BTG2稳定表达的细胞株的生长和增值速度显著低于转染空载体及空白对照细胞，提示BTG2可能有抑制细胞生长和增值的作用。用流式细胞仪检测发现，BTG2稳定表达细胞株的G0～G1期细胞比例显著高于对照细胞，而S期细胞比例低于对照，提示BTG2的表达增高可使细胞处于非分裂期的比例显著提高，从而抑制细胞生长。

在肿瘤治疗过程中，选择性增加促凋亡基因的活性，不仅可以加强化疗药或放疗的效果，还可以减少其毒副作用。因此，选择性地诱导肿瘤细胞凋亡同时减少健康组织的凋亡是目前肿瘤治疗研究的一个热点。此外，目前认为，临床耐药也与凋亡有关，诱导凋亡可能克服耐药。有实验证实，将外源性TOB1转染乳腺癌细胞系MDA-MB-231后，其对离子辐射的敏感性增强，且凋亡相关蛋白Bax蛋白表达水平增加［47］。随着对TOB/BTG家族更多研究的进行，可能为肿瘤的治疗提供新的思路。

7 结 论

综上所述，TOB/BTG家族具有抗细胞增殖特性，参与细胞的分化、生长、凋亡，在多种信号传导通路中起着重要作用，对肿瘤细胞有抑制作用，将来可能对肿瘤的诊断和治疗带来新的思路。但是，仍然有很多问题需要解决，例如:TOB/BTG家族不同成员间是否有协同作用?与一些凋亡相关分子之间的具体机制究竟如何?mRNA的脱腺苷化与其抗增殖活性之间相互作用的具体机制是什么?联合治疗作用于人体后的效果如何?这些问题都有待进一步的深入研究。

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