Axin在细胞凋亡中的作用

蔡典潜（综述），魏丽玲（审校）

（汕头大学医学院第一附属医院神经内科，广东汕头 515041）

1972年，Kerr等［1］提出了细胞凋亡的概念。它是一种主动过程，涉及到一系列基因的激活、表达以及调控等作用。当凋亡信号启动后，胞内的某些特异蛋白与细胞表面相连接，如Bcl-2蛋白家族、细胞表面受体Fas等，通过caspase家族的激活，经蛋白水解的一系列连锁反应来实施凋亡过程［2］。已有相当的文献报道了轴蛋白（Axin）参与细胞凋亡的病理、生理过程。下面重点综述其在细胞凋亡方面的进展。

1 Axin的一般特性

Axin最初是作为小鼠Fused或Fu基因的产物而被发现的。迄今为止已发现了4种等位基因 Fuki、Fukb、Fu、FuTg1，Fused 基因的突变会导致胚胎出现双体轴现象，把Axin注射于蟾蜍的胚胎中，在胚胎发育中出现了体轴缺失现象，表明过表达Axin能负性调节体轴诱导信号［3］。1998 年，Behrens等［4］利用糖原合成激酶-3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β）作诱饵蛋白，筛选出了传导素，与小鼠Axin1相比较，在核苷酸水平上有45%的相似性。同年，Kikuchi等［5］也分离出Axil（Axin like），与Axin1相比有44%的相似性。一般将传导素及Axil统称为Axin2。两者在蛋白产物的功能上被认为是相同的，可以相互替代［6］。Axin基因广泛表达于脑、甲状腺、心、肺、肝、脾、肾、睾丸和骨骼肌等组织，这与它的功能多样性有关。

2 Axin的结构域

Axin具有许的结构域，并与相应蛋白直接或间接结合而发挥其生物作用［7］。通过对不同物种的蛋白序列对比分析，Axin N末端有与结肠腺瘤性息肉病基因蛋白结合的G蛋白调控因子区域，在89～216位氨基酸（AA）区域;C末端则有与散乱蛋白结合及与Axin自身形成二聚体的散乱蛋白/Axin同源结构域，在其757～820位AA区域。在477～561位AA能与GSK-3β结合;在561～630位AA能与β连环素（β-catenin）结合;在298～506位AA能与蛋白磷酸酶2A结合;在353～437位AA能与低密度脂蛋白受体相关蛋白结合。在217～522位AA区域有称之为有丝分裂原激活蛋白胞外调节激酶激酶激酶（MAP/ERK kinase kinase，MEKK1）1结合的结构域，能与c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）通路中的 MEKK1结合，而在 678～711位 AA能与MEKK4结合。另外，在209～338位 AA有直接与p53结合的区域。正由于Axin具有与众多蛋白结合的结构域，才发挥着构架蛋白的作用。

3 Axin在信号转导通路中的作用

3．1 Axin与Wnt信号通路 Wnt信号在细胞增殖、形态、黏附、运动、机体发育等过程中起着重要调控作用［8］。经典的Wnt通路如下:在没有Wnt信号存在的情况下，Axin与GSK-3β结合后增强了GSK-3β磷酸化β-catenin的能力，β-catenin磷酸化后经泛素化途径而降解。当有Wnt信号时，Wnt信号与卷曲蛋白受体结合后，能诱导卷曲蛋白与低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6形成复合物，其中低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6的胞内域能招募并结合胞质中的Axin，使其在胞质中的浓度下降［9］，并能激活散乱蛋白，散乱蛋白一经激活后即可阻止GSK-3β磷酸化βcatenin的过程，非磷酸化的β-catenin不经泛素化途径降解而在胞质内累积，并转入核内与淋巴增强因子/T细胞因子结合并启动转录，从而发挥其生物学效用。

Wnt信号中，Axin能作为负调因子与 GSK-3β、结肠腺瘤性息肉病基因蛋白、β-catenin等相互作用［10］。Axin能被 GSK-3β 所磷酸化，而磷酸化的Axin更趋稳定，且不影响与GSK-3β及β-catenin的结合。Chen等［11］发现Wnt-1信号能抑制凋亡，且是依赖于β-catenin/T细胞因子介导转录的活性，Wnt-1信号能阻止线粒体释放出细胞色素 C及继而的caspase-9活化。Li等［12］亦发现过表达 β-catenin能抑制细胞凋亡。Neo等［13］发现在中国仓鼠卵巢细胞中过表达Axin所致的细胞凋亡取决于β-catenin的浓度。Kim等［14］发现在转基因动物体内，下调Wnt/β-catenin的表达会导致海马区神经元的变性，应用原位末端转移酶标记技术分析法证明了这种变性是由细胞凋亡所致，并证明了在体内诱导Axin的表达会导致海马区神经元的变性。过表达Axin能下调β-catenin/T细胞因子4的表达，从而诱导肺巨细胞肺癌PG细胞系亚系细胞的凋亡［15］。综上可知，Axin介导的凋亡可能通过Wnt信号起作用。

3．2 Axin与JNK信号通路 JNK通路在细胞增生、分化、形变、凋亡及迁移中发挥着重要作用。在293T人胚胎肾细胞中，Axin的过表达可以强烈激活JNK，对p38是中度激活，而几乎不激活细胞外调控激酶［16］。Axin直接通过 MEKK1结合结构域与MEKK1C末端的激酶结构域结合而形成复合体，从而激活JNK。剔除Axin N末端的1～197位AA，包括G蛋白信号调节区域，不影响Axin介导的JNK激活。同样的，剔除 354～508位 AA，包括 GSK-3β和β-catenin的结合位点，对Axin激活JNK活性影响不大。但是，剔除C末端507～832位AA就丧失了JNK的激活，剔除了210～352位AA则完全失去了JNK的激活作用。这表明Axin介导的JNK激活，不仅需要MEKK1结合结构域，还需要C末端的507～832位AA区域。共表达Axin和野生型GSK-3β可以显著降低Axin介导的JNK激活作用，进一步的实验证明，GSK-3β的抑制作用是通过它与Axin相结合的区域发挥作用，而不依赖于它的激酶活性。C末端能与Axin形成同源寡聚体，MEKK1需要二聚化的Axin来激活下游的蛋白激酶［16］。实验证明，MEKK4也调节着Axin对JNK的激活作用，显性失活的MEKK4减少Axin介导的 JNK 活性［17］，而 MEKK2和 MEKK3没有这种作用。酪蛋白激酶Iε就是通过与MEKK1竞争结合位点而起抑制作用。由此可知，与Axin结合的 MEKK1、MEKK4、GSK-3β、酪蛋白激酶 Iε 等均是通过其相结合的区域而发挥各自的作用，而非依赖于蛋白的激酶活性［18］。

JNK信号通路激活后经线粒体凋亡途径引起细胞凋亡。Neo等［13］发现在中国仓鼠卵巢细胞中过表达Axin会通过激活JNK信号通路而导致细胞凋亡，同时低水平的β-catenin能增强这种凋亡的发生。

3．3 Axin与p53信号通路 p53是一种肿瘤抑制基因，许多恶性肿瘤出现了该基因的突变。其编码的蛋白质作为一个序列特异的转录因子，在各种应激刺激下p53可选择性激活Bax/PUMA和p21两条途径来发挥功能。Axin的678～753位AA和同源结构域相互作用蛋白2（homeodomain-interacting protein kinase 2，HIPK2）的 935～1050位 AA 对 Axin与HIPK2之间相互作用是至关重要的，当前者缺失则丧失与 HIPK2之间的相互作用［19］。Axin的209～338位AA可直接与p53结合，可促进p53第46位丝氨酸磷酸化，从而选择性增强依赖p53转录的目的基因。在H1299细胞中，外源性的Axin可促进凋亡，同样的，p53和HIPK2的结合区域对诱导p53介导凋亡是至关重要的。

Daxx是死亡区域相关蛋白，能与Axin/HIPK2/p53形成复合体，与Axin直接结合的Daxx能增强p53第46位丝氨酸的磷酸化，Daxx/Axin复合体经紫外照射后可增强，并选择性活化p53的目的基因（如PUMA）［20］。Daxx在未受应激刺激的情况下发挥抗凋亡作用，而在应激刺激后则发挥促凋亡作用。紫外线照射可诱导 Axin转入核内，与Daxx，HIPK2形成复合体，从而激活p53转录活性，引起目的基因PUMA表达，再与Bcl-2或Bcl-x形成复合体，从而导致细胞色素C的释放，引起细胞凋亡。因此，Daxx介导的凋亡依赖于p53，且在H1299细胞中，p53也需要内源性的Axin和Daxx才能获得最大效能来诱导细胞凋亡，减少Axin或Daxx都将减弱p53诱导的细胞凋亡［21］。Axin作为构架蛋白，与相应蛋白结合后激活Wnt、JNK、p53等通路，并通过线粒体途径促进细胞凋亡。

4 Axin与肿瘤的关系

Axin作为一个抑癌基因，与多个信号通路的组分都有联系，如β-catenin在肝细胞癌的肿瘤细胞中存在突变型Axin，相当于显性负调的Axin，能稳定βcatenin。而向肿瘤细胞引入野生型Axin能则促进凋亡［22］。在C6细胞中，过表达Axin能诱导细胞死亡，减少细胞增殖，并上调p53的表达。沉默Axin则减少p53的表达，说明Axin在星形胶质细胞瘤是经p53 通路发挥作用［23］。Satoh 等［24］发现在野生型Axin基因转染肝癌细胞和结肠癌细胞后都能诱导癌细胞凋亡。在高表达Axin的转基因动物胸腺和脾内表现为高水平的细胞凋亡［25］。

5 小结

Axin参与多条信号通路，调节着细胞凋亡，可能为肿瘤治疗提供新的方向与新的手段。但是，关于Axin调节细胞凋亡的具体机制尚不明了，Axin在信号通路中是否处于中心位置?Wnt、JNK、p53信号通路中的各个组分是否都能与Axin相互作用?是否还参与其他的信号通路?这些都需要更多的研究去探索。

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