糖原合成酶激酶-3β 与肿瘤的研究进展

秦 晶 周志刚 谭 晖

一、GSK-3β 的基本结构

糖原合成酶激酶-3(GSK-3)是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是糖原合成酶激酶的限速酶。在哺乳动物体内有GSK-3α 和GSK-3β 两个亚型，分子质量为51kDa 和47kDa，分别位于人染色体19q13.2 和3q13.3。GSK -3β 的功能不仅是使肝糖原合成酶(glycogen synthase，GS)磷酸化而失活，而且它的活性与细胞增殖、分化、凋亡、胰岛素反应和胚胎发育等诸多方面的生物学功能相关。

近年来，对GSK - 3β 与急性粒细胞白血病(AML)、急性淋巴细胞白血病(ALL)、前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌、多发性骨髓瘤、糖尿病、阿尔茨海默病、脑卒中、双向情感障碍和炎症等多种疾病的发生、发展及预后的关系研究较多。大量的研究证实，GSK -3β 在多种肿瘤中表达异常，在临床诊断与治疗中有望成为多种疾病(尤其是恶性肿瘤)的一个潜在的标志物或治疗靶点。

二、GSK-3β 在肿瘤中相关的作用机制

1.Wnt 信号转导通路:Wnt 信号通路广泛存在于真核生物细胞中，调控着细胞增殖、分化和凋亡等，与肿瘤的发生和发展密切相关。GSK-3β 是Wnt 信号转导通路中重要调节蛋白。在正常细胞质中含有适量的β-连环蛋白(β-catenin)，可以被GSK-3β 与APC 蛋白、轴蛋白(Ax in)组成的蛋白复合物磷酸化，进而被泛素蛋白水解酶降解。当Wnt 信号转导途径被激活时，Wnt 与膜受体卷曲受体蛋白结合后降低GSK-3β 的活性，阻止β -catenin 磷酸化，不能被泛素蛋白水解酶降解。在细胞质中过量累聚的β -catenin 进入细胞核，与DNA 结合蛋白结合介导下游目的基因的表达，调控细胞周期蛋白(cyclin)D1 与原癌基因蛋白(c -myc)等多种基因的表达，促进肿瘤细胞的生长与增殖［1］。此外，β -catenin 在细胞核中也可以直接与GSK -3β 结合，降低β -catenin /TCF依赖的基因转录，促进肿瘤细胞增殖［2］。

2.细胞核因子(NF -κB)信号途径:NF -κB 是一种多向调节功能的转录因子，参与许多基因的转录调控，被认为是促生存转录因子，可作为GSK -3β 的磷酸化底物，进一步传递信号，参与人类肿瘤细胞的增殖、分化和凋亡。Takada 等研究发现在ALL细胞中，GSK-3β 通过调节组蛋白的化学修饰，促进p65/p50 与NF -κB 结合，提高转录活性，促进肿瘤细胞的增殖与分化［3］。SB216763 和氯化锂通过调控NF-κB 特异的启动子复活，抑制NF-κB 与其靶基因Bcl-2 的启动子相结合，从而促进ALL 细胞及慢性淋巴细胞白血病(CLL)的B 淋巴细胞凋亡。通过EMSA 证实，在儿童ALL 细胞中，对GSK-3β 的抑制不能阻止NF-κB 从胞质向胞核的移位，但是该抑制作用可以使NF-κB 的转录受到抑制，生存素的表达减少，进而促进儿童ALL 细胞凋亡［3，4］。

3.DJ-1 的突变及Tau 的磷酸化:DJ -1 基因是线粒体依赖癌基因，DJ-1 蛋白以二聚体形式参与人体各种生理过程，同时也是一种致癌蛋白［5］。在帕金森病(PD)和阿尔茨海默病(AD)中发现了DJ -1基因的两种突变类型DJ -1L166P 和DJ -1D149A，该突变阻止DJ-1 蛋白与野生型的蛋白结合形成二聚体或者异二聚体而影响其参与生理活动［6］。Wang等［7］发现在转染DJ-1L166P 或者DJ-1D149A 的细胞内，GSK-3β 的总量没有改变，但GSK -3β 磷酸化水平降低约50%，导致Akt 磷酸化水平降低，tau 磷酸化显著增加，应用GSK-3β 的抑制剂氯化锂后，转染DJ-1L166P 或者DJ-1D149A 细胞内Akt 磷酸化水平提高，tau 磷酸化水平明显降低，从而抑制细胞的增殖。

4.Akt 磷酸化作用:GSK -3β 9 号位上的丝氨酸被上游起主要调控作用的蛋白激酶A(PKA)磷酸化后，能够作为假底物与GSK -3β 酶底物竞争酶活性中心，使GSK -3β 失活，导致β -catenin 降解减少，在细胞质中过量聚集并进入细胞核，与淋巴细胞增强因子/T 细胞因子作用，促进c - Myc、c - Jun 及cyclinD1 的表达，促进肿瘤增殖［1］。

5.PI3K/AKT/mTOR 信号通路与Bcl-2、Bcl-xL抗凋亡因子:在恶性肿瘤细胞中抗凋亡因子Bcl -2、Bcl-xL 和Mcl-1 表达异常增高，尤其是在血液系统恶性肿瘤中表达更为明显，抑制细胞的凋亡，促进细胞生长、增殖及耐药的产生。Mohamed 等［8］研究发现，GSK -3β 通过PI3K/AKT/mTOR 信号通路调节Bcl-2、Bcl-xL 和Bak、Bax 之间的平衡，在AML 中，GSK-3β 抑制剂BE235 和ABT737 使Bcl -2、Bcl -xL 和Mcl -1 表达降低，明显的促进PI3K 诱导细胞凋亡。利用siRNA 干扰GSK - 3β 表达后减弱了BEZ235/ABT-737 对细胞凋亡蛋白酶-3 和聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶(PARP)的分解，抑制了细胞凋亡。在皮下移植瘤模型，BE235 和ABT737 同时服用显著的减弱了肿瘤的生长，下调Mcl -1，活化半胱天冬氨酸蛋白酶，延长生存。

三、GSK-3β 与肿瘤的关系

1.GSK-3β 与血液系统肿瘤的关系:在白血病、多发性骨髓瘤等一些血液系统肿瘤中，GSK -3β 的表达增高，促进肿瘤细胞增殖而抑制细胞凋亡［9］。GSK-3β 可以诱导肿瘤细胞进入S 期，增加cyclin D1 表达，促进肿瘤细胞增殖。Wang 等［10］发现抑制GSK - 3β 的表达可能有助于治疗混合性白血病(MLL)，使用GSK -3β 抑制剂治疗过的小鼠比未用该药的小鼠存活期明显延长，且采用不同的GSK -3β 阻断剂，均能阻止白血病细胞生长。他们认为这可能与GSK -3β 调控Wnt /β -catenin 信号途径的功能有关。Mohamed 等［8］已经证明，在急性粒细胞性白血病(AML)中，GSK-3β 的磷酸化水平降低，活性增强，其通过调节多个下游的靶点包括Mcl -1、Bim、FOXO-3、β-catenin 和c-Myc 等，可以发挥促进肿瘤细胞生长与增殖的作用。GSK -3β 促进Mcl-1 蛋白酶体的降解，当GSK -3β 被抑制或者敲除后，使用BEZ235/ABT-737 治疗的AML 细胞中Mcl-1 的下调是减弱，可以保护AML 细胞不受BEZ235/ABT-737 的杀伤破坏。说明BEZ235/ABT-737 是通过作用GSK -3β 促进细胞凋亡。GSK -3β 可以正面调节NF -κB 的活性，GSK -3β 抑制剂通过作用NF-κB 诱导体外儿童急性淋巴细胞性白血病(ALL)细胞凋亡［3］。

2.GSK-3β 与消化系统肿瘤:GSK -3β 在人胰腺癌和结肠癌中高表达。通常，GSK -3β 表达于细胞胞质内。研究发现，在胰腺癌细胞系中，GSK -3β由胞质向胞核转移且在胞核内异常积聚，有利于肿瘤细胞的生长和增殖［3］。Mai 等［11］通过自行开发的非放射性酵素测定法，对具有GSK-3β 活性的肝癌、胃癌、结肠癌和胰腺癌细胞系的进行测定，结果显示具有活性的GSK -3β 的表达水平均比人胚肾细胞系(HEK293)的高。同时也证明了GSK -3β 还通过提高端粒酶活性和促进端粒酶反转录酶hTERT 表达，促进胃肠道肿瘤生长、增殖、侵袭和转移。Shakoori等［12］给无胸腺小鼠皮下接种了人类结肠癌细胞SW480 后，腹腔注射GSK -3β 低分子抑制剂SB -216763 和AR-A014418，5 周后观察到，结肠癌细胞的扩散对抑制剂呈浓度依赖性抑制，且部分癌细胞凋亡，表明GSK-3β 参与了结肠癌细胞的生长和增殖过程。

3.GSK-3β 与泌尿系统肿瘤的关系:GSK -3β在前列腺癌组织及细胞系中的表达均增高，Menschikowski 等［13］发现对前列腺癌细胞系使用GSK -3β 抑制剂TDZD8 或利用siRNA 干扰GSK -3β 表达后，DNA 复制水平降低，大量细胞停滞在S 期，从而抑制前列腺癌细胞的生长和增殖，且与细胞周期相关因子CDC6、CDC25、cyclin A 与cyclin E 表达降低有关。在前列腺癌细胞中给予异黄酮，通过抑制AKT信号通路而提高GSK -3β 的活性，导致男性激素受体AR 及其目的基因PSA 下调，从而抑制前列腺癌细胞的增殖，诱导其凋亡［14］。

4.GSK-3β 与生殖系统肿瘤的关系:抑制GSK-3β 的活性，可抑制人卵巢癌细胞的增殖与存活，促进卵巢癌细胞凋亡。在鼠胚胎癌中研究发现，P38 可以通过使GSK3β 的N 端丝氨酸磷酸化失活，促进β-catenin 在肿瘤细胞核中聚集，促进细胞生长和增殖［15］。

5.其他:肿瘤细胞的生存依靠抗炎性相关因子、促炎性细胞因子及Bax 和Bcl -2 的平衡，GSK -3β可以主导炎症因子的产生，涉及NF -κB 信号途径、JNK 信号通路、抗炎性相关因子IL -2、IL -10 以及促炎性细胞因子IL-6、TNF-α 等［16，17］。因此，当抗炎性相关因子IL -2 和IL -10 等降低，促炎性细胞因子TNF - α 和IL -6 等升高时，可以促进细胞凋亡［18］。在口腔鳞状细胞癌中GSK-3β 通过抑制Bcl-2 蛋白的表达，同时提高p53 和bax 的水平，导致细胞色素C 的释放、线粒体膜电位的降低(缺失)及对细胞凋亡蛋白酶9(caspase -9)的加工处理，促进细胞凋亡［19］。涎腺癌、喉癌、食管癌等，GSK -3β 活性降低，对肿瘤的发生发展及转移起抑制作用。

四、展 望

当前临床和实验资料均表明，GSK -3β 参与细胞内多种病理生理过程及信号通路的调节，与许多疾病的发生有关。GSK -3β 在大多数肿瘤中高表达，参与肿瘤发生、发展及转移过程，关于GSK -3β与相关疾病的演进关系及肿瘤细胞中GSK-3β 的表达的作用机制尚未完全明确，目前仍需进一步研究，以评价其是否能作为安全和特异的治疗靶点，为研发有效的、不良反应小的药物提供理论基础，为疾病诊断、治疗及预后提供新思路和新方向。

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