Ku蛋白与恶性肿瘤

韦薇周文婷，2综述 刘剑仑审校

作者单位：530021 南宁1广西医科大学附属肿瘤医院乳腺外科；2广西医科大学研究生学院

综述

Ku蛋白与恶性肿瘤

韦薇1周文婷1，2综述 刘剑仑1审校

作者单位：530021 南宁1广西医科大学附属肿瘤医院乳腺外科；2广西医科大学研究生学院

Ku蛋白作为DNA结合蛋白，除了参与DNA修复外，还参与端粒维持、抗凋亡和基因转录调控等。近年发现Ku蛋白与肿瘤发生、发展密切相关，同时扮演着肿瘤抑制因子及肿瘤促进因子的双重角色。此外，Ku蛋白的表达水平和功能与肿瘤放疗的抵抗性相关，可作为放疗增敏的一个靶点。本文就Ku蛋白与恶性肿瘤的关系作一综述。

恶性肿瘤；Ku蛋白；关系

Ku蛋白是由Ku70和Ku80两个亚单位组成的异二聚体蛋白。最早在自身免疫性疾病患者血清中被发现并鉴定，根据Ku蛋白来源患者的姓名（首字母为K.U.）及蛋白质的大小（70 kDa/86 kDa）而命名。作为一种存在于真核生物体内的DNA结合蛋白，参与DNA修复、细胞凋亡、端粒维持和基因转录调控等过程。Ku蛋白在维持染色体稳定性和调控细胞周期方面均发挥重要作用。近年研究发现Ku蛋白参与肿瘤发生、发展，其活性变化与肿瘤发生的各个阶段及进展密切相关；此外，Ku蛋白还与肿瘤放疗的抵抗性有关。

1 Ku蛋白的晶体结构

Ku70和Ku80均包含3个结构域：氨基末端（N端）的α/β域、β-桶状域以及螺旋状的羧基末端（C端）臂端。N端的α/β域位于整个结构体系的外部，可与WRN蛋白、端粒复合物中的端粒结合因子蛋白（telomere repeat binding factor2，TRF2）、DNA损伤修复酶Aprataxin和磷酸酶样因子相结合［1，2］。据此推测，Ku蛋白通过α/β域结构域与其他相关蛋白相结合，并形成DNA修复复合体来协调完善DNA的修复过程；β-桶状域位于Ku蛋白二聚体的中间，将14 bpDNA双链包裹其中，以圆形支架的形式与DNA连接［3］；Ku蛋白亚基的螺旋状羧基末（C端）臂端有两个非常重要的作用：⑴通过C端臂使一个亚基的β-桶状域与另一个亚基相对应的β-桶状域结合使蛋白二聚体化；⑵Ku80通过C端区域与DNA-PKcs结合形成全酶DNA-PK。因此N端的α/β域对DNA修复复合物的形成有重要作用，β-桶状域具有DNA结合特性，螺旋状的羧基末端（C端）臂具有使两个亚基的β-桶状域结合而二聚体化及调节DNA-PKcs的功能。

2 Ku蛋白的生物学功能

2.1 参与DNA损伤的修复

DNA双链断裂因直接破坏染色体的物理连续性，可能导致基因突变、基因组不稳定和细胞凋亡甚至癌症的发生［4］。DNA双链断裂有两种修复途径：同源末端修复（homologous recombination，HR）和非同源末端连接（non-homologous end joining，NHEJ）。Ku蛋白是重组修复系统中最重要的组成部分，在HR和NHEJ修复中发挥重要作用，尤以NHEJ为著。在NHEJ修复过程中，Ku蛋白起识别、结合和排列DNA末端并招募DNA-PKcs的作用［5］。由于Ku蛋白直接与所有NHEJ核心蛋白及大多数DNA末端加工蛋白相互作用，它在结合DNA后，可作为NHEJ的枢纽，招募其他修复蛋白并提供相互作用的平台［6］。

2.2 端粒的维持

Ku蛋白在端粒功能和端粒维持中起重要作用［7］。端粒的主要作用是保护染色体基因的稳定，使其免受断裂的DNA末端细胞影响，避免染色体交联。人端粒结合蛋白（telomere repeat binding factor1，TRF1）和TRF2可以特异性地结合端粒DNA，形成端粒结合蛋白质，保护染色体末端［8］。最新研究发现，在端粒中Ku70的N端（Ku70α5）可以结合TRF2，保护NHEJ过程中避免染色体融合［1］。Hsu等［9］研究发现，在哺乳动物中Ku70/Ku80异源二聚体通过与TRF1蛋白高亲和性结合，作用于端粒重复序列，因此，Ku二聚体可以防止端粒末端连接。在端粒修复过程中，Ku蛋白结合到端粒序列中，促进端粒酶参与的DNA互补链的合成，以防首尾相连互相融合［10］。以上结果表明，Ku蛋白对维持端粒稳定及端粒周围的染色体结构有重要作用。

2.3 抵抗细胞凋亡

大量研究表明Ku70可以结合并阻止促凋亡蛋白bax进入线粒体，从而抗细胞凋亡作用［11，12］。将过表达Ku70的人类胚胎肾细胞给予星形孢菌素或紫外辐射等凋亡刺激后，细胞死亡率降低。此外，过表达的Ku70也阻止了转染bax后诱导的细胞凋亡。相反，Ku70表达下降使细胞对bax蛋白介导的细胞凋亡更加敏感。提示Ku70抑制bax介导的细胞凋亡使Ku70具有抗凋亡活性。进一步研究表明，Ku70乙酰化的产物K539和K542能阻滞由Ku70引起的bax蛋白抑制［13］。另外，当Ku70与bax解离时，bax蛋白泛素化，使bax无法进入线粒体，保护细胞免受bax蛋白介导细胞凋亡的影响［11］。

2.4 基因转录的调控

Ku70/Ku80异质二聚体具有一个环形结构，可以结合到启动子元件序列上，起到转录因子的作用。研究［14］发现，过表达赖氨酰氧化酶（lysyl oxidase，LOX）通过荧光素酶报告基因分析人类COL3A1启动子的活性增加了12倍，其他启动子的活性无增加，且通过电泳迁移率分析发现过表达LOX后与Ku蛋白的结合活性明显增加。推测Ku蛋白可能参与了LOX激活人类COL3A1启动子的转录活性。此外，也发现Ku可以调控葡萄糖调节肽78基因、热休克蛋白基因等，且转录调控功能和修复功能彼此独立，互不影响。

3 Ku蛋白与恶性肿瘤的关系

近年研究表明Ku蛋白与肿瘤发生、发展密切相关，Ku蛋白同时扮演着肿瘤抑制因子及肿瘤促进因子的双重角色［15］。因为Ku蛋白对细胞和生物体的正常生长起至关重要的作用，故当其表达缺失时，可在正常细胞中出现功能紊乱，导致基因组不稳定性地增加，促进肿瘤的发生；另一方面，当其高表达时，诱导细胞高度增殖及凋亡抵抗，从而促进肿瘤细胞的发展。此外，Ku蛋白的DNA结合活性的调控与恶性肿瘤的进展相关。

3.1 Ku蛋白的表达与恶性肿瘤发生、发展的关系

3.1.1 Ku蛋白的低表达或表达缺失对肿瘤发生的促进作用 研究［16］显示，Ku80是看家基因，通过抑制染色体重排从而维持染色体的稳定性。Ku80基因敲除的小鼠使其成纤维细胞出现明显的染色体畸形，如基因破裂、易位及非整倍体；Ku70基因敲除也可造成小鼠成纤维细胞姐妹染色单体互换率升高及淋巴瘤的发生［17，18］。Ku80基因和p53基因共同敲除后发现小鼠开始发育正常，但出生3个月后均因发生原B细胞淋巴瘤而死亡［19，20］。Ku蛋白表达下调亦参与肺癌形成和发展过程。也有报道［21］Ku80蛋白的表达下降是结直肠腺瘤发展成腺癌的重要因素。以上研究说明Ku蛋白可以抑制染色体畸变及恶性转化，其缺失或低表达对肿瘤发生有促进作用。

3.1.2 Ku蛋白高表达对肿瘤发展的促进作用 有报道［22］胃癌细胞的增生与细胞核环氧化酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）依赖的Ku70/Ku80高水平密切相关。COX-2和它的产物前列腺素E2可以减少细胞死亡，并对细胞增殖有正向调节作用［23，24］。另外在慢性B细胞淋巴瘤中发现抗凋亡基因bcl-2与Ku86的表达水平呈正相关［25］。以上研究表明Ku蛋白的高表达与肿瘤细胞增殖密切相关。有文献［26］报道，侵袭性乳腺癌细胞中染色体片段Ku蛋白的表达高于乳腺增生细胞及正常乳腺细胞，而细胞质片段及核片段的Ku蛋白表达并无明显变化，并且揭示Ku蛋白高表达是因为参与DNA复制从而诱导细胞高度增殖。

总之，Ku蛋白低表达会增加基因的不稳定性以及染色体异位和免疫缺陷，导致肿瘤的发生；而当其高表达时，抗凋亡能力增强，肿瘤细胞异常增殖，促进肿瘤的发展。

3.2 Ku蛋白的活性变化与恶性肿瘤的关系

Pucci等［27］研究了膀胱癌和乳腺癌患者癌组织中Ku蛋白的DNA结合活性，结果发现Ku70/Ku80的DNA结合活性的调控与恶性肿瘤的进展相关，在肿瘤起始阶段其与DNA的结合活性与癌细胞的快速增殖有关；在肿瘤进展及转移阶段，Ku蛋白的DNA修复活性失活，从而抑制DNA自发损伤的修复，导致肿瘤的进一步发展。

3.3 Ku蛋白与肿瘤放疗抵抗

目前，由于放射治疗对恶性肿瘤有确切的治疗效果，因而已广泛应用于临床。但是，其效果受到正常组织和肿瘤组织敏感性的限制。因此研究如何有效增加肿瘤的放射敏感性，提高放疗疗效一直是广泛关注的热点。DNA-Pk在DSBs的修复中发挥重要作用，其活性的升高使细胞对放疗产生抵抗，而DNA-Pk的活性是由Ku蛋白的DNA末端结合活性调控，因此认为Ku蛋白的表达水平和功能与肿瘤的抵抗性相关。Wilson等［28］对77例子宫颈癌治疗前Ku70和Ku80蛋白的表达和生存率关系进行研究。结果提示Ku蛋白缺乏导致某些肿瘤放射敏感性增加，因此认为Ku蛋白在人子宫颈癌中可作为一个放疗疗效的预测指标。Shintani等［29］对口腔鳞癌细胞株Ku80的表达水平进行分析，发现不同放射敏感性的细胞株其Ku80的表达水平无明显差异，而在照射后却明显升高，Ku80表达升高的量与肿瘤的放疗抵抗性相关。推测可能是放射损伤后自身Ku蛋白可以高效修复这种DNA损伤，从而造成肿瘤细胞对射线的抵抗。

为此许多学者通过各种方法抑制Ku70及Ku80的活性以致敏肿瘤细胞，提高肿瘤放化疗的特异性和靶向基因治疗的效果。研究表明在子宫颈癌Hela细胞、人结肠癌细胞及MCF10A细胞中抑制Ku70的表达，均发现这些细胞受照射后的放射敏感性明显提高，认为干扰Ku70能增强细胞的放疗敏感［30，31］。庄亮等［32］在Hela细胞中抑制Ku80的表达，发现受X射线照射后48 h、72 h其凋亡率高于对照细胞。可见，越来越多的体内外实验证实Ku蛋白可作为放疗增敏的一个靶点。

4 展望

肿瘤是一种由多个基因的改变而导致的细胞生长、分化、死亡机制失控或基因组的不稳定而引发的多基因紊乱性疾病。Ku蛋白在维持染色体的稳定性及细胞周期的调控方面起重要作用，如DNA修复、端粒维持、抗细胞凋亡和基因转录调控等。目前Ku蛋白与恶性肿瘤的关系持不同的观点，Ku蛋白同时扮演着肿瘤抑制因子及肿瘤促进因子的双重角色，其具体作用机制尚不清楚。Ku蛋白表达的正常与否及活性变化均与肿瘤发展的各个阶段密切相关。Ku蛋白在研究肿瘤放疗抵抗和放射增敏靶向治疗中有重要意义。因此，对Ku蛋白在肿瘤发生、发展、诊治和预后中的作用及其机制等值得深入研究。

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［2015-07-21收稿］［2015-12-01修回］［编辑 阮萃才］

R73

A

1674-5671（2015）06-04

10.3969/j.issn.1674-5671.2015.06.15

国家自然科学基金资助项目（81160321）；广西自然科学基金资助项目（2013GXNSFAA019235）

刘剑仑。E-mail：631228181@qq.com