胃癌中PTEN/PI3K信号通路蛋白水平的调节

周巧辉(综述)，艾耀伟(审校)

(三峡大学人民医院消化内科，湖北宜昌443000)

胃癌作为我国高发性恶性肿瘤，其发病率逐年增高，引起了广泛关注。随着诊疗技术的发展，胃癌的治愈情况较前虽有较大改善，但仍局限于早期患者，对于大多数的晚期患者，病情控制及预后在较大程度上依赖于药物治疗。因此，研究人员致力于早期诊断及新型抗癌药物的探索，深入了解胃癌发生、发展的分子机制是关键。胃癌的发生、发展是一个多阶段、多个信号通路、多项因素共同决定的过程。人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homolog deloted on chromosome ten，PTEN)蛋白在胃癌发生中的调控作用已得到公认，其中PTEN/磷脂 酰 激 醇 3-激 酶 (phosphatidylinositol 3-kinases PI3K)信号通路成为当前研究热点，蛋白水平的调控是该通路调控的关键。现对胃癌中PTEN/PI3K信号通路蛋白水平的调节进行综述。

1 PTEN蛋白结构特点

PTEN基因编码的蛋白质具有脂质磷酸酶和蛋白磷酸酶的双重活性，可通过磷酸酶依赖的方式调控细胞信号通路;PTEN蛋白的主要结构特点有:N端具有酶活性，为主要功能区;C2结构域结合配体与底物，介导信号传递;C端含PEST序列(维持蛋白质稳定)和PDZ结构域(与蛋白间的作用相关)［1］。PTEN去磷酸化作用可以抑制 PI3K/Akt信号通路，导致细胞凋亡［2］。若PTEN蛋白缺失或失活，则导致磷脂酰肌醇3，4，5三磷酸的积蓄，不断激活蛋白激酶 B(protein kinase B，Akt)通路，引起下游因子效应，促使细胞存活并无限增殖［3］。在无其他干扰因素存在的情况下，最终将导致肿瘤的发生。

2 PTEN蛋白翻译后修饰的调节

蛋白质在翻译后往往要受到一系列的加工修饰才具备一定的功能，而这些翻译后修饰也可影响蛋白质功能;参与信号转导的PTEN蛋白在经翻译修饰作用后，也将对PTEN/PI3K信号通路的调控产生影响。

2.1 磷酸化 磷酸化参与多种信号转导过程的调控，PTEN的磷酸化也较为常见。PTEN的磷酸化主要发生在C端的丝氨酸残基及少数的苏氨酸残基(如 S380、S370、T382、T383等)，其中S370和S385是主要的磷酸化位点［4-5］。其他的磷酸化位点也存在，但为数甚少［5］。尾端的磷酸化参与调节PTEN的稳定性及功能，这种依赖于尾端的调节被证明与尾端内部3个残基(S380、T382和T383)相关［6］。有学者发现，PTEN蛋白存在开/关两种构象，磷酸化的PTEN为关闭状态，可定位于胞质膜，继而发挥其脂质磷酸酶活性;而去磷酸化后，则形成开放结构，打开磷酸酶结构域，允许膜联接，导致降解［7-8］。已经证实数种磷酸化PTEN的酶(如酪蛋白激酶2、丝氨酸/苏氨酸激酶11、微管相关激酶MAT205等)，其磷酸化作用保证了胞内 PTEN 的定位和稳定［9］。Yang等［10］在AGS、MKN-45、MKN-28、SGC-7901 这 4 种胃癌细胞株中检测到去磷酸化的PTEN水平较正常胃黏膜细胞及慢性胃炎细胞显著升高(P＜0.05)，并指出PTEN在Ser380残基端的去磷酸化导致PTEN蛋白失活，从而促使早期胃癌的发生。可见Ser380处的磷酸化是PTEN蛋白稳定及活性的重要保证。

2.2 泛素化 泛素化也是蛋白质一种常见的翻译后修饰方式，目前的研究主要集中在其促降解作用;在泛素活化酶E1、泛素转移酶E2和泛素蛋白连接酶E3依次作用下，将泛素结合到蛋白质的特异性氨基酸残基上而导致蛋白的降解是经典的泛素化降解线路［11］。研究表明，PTEN同样存在此种降解方式，其中连接酶E3是降解机制中的关键因素，其可识别目标降解蛋白，一般认为是发生多聚泛素化而导致降解［12］。这在Wang等［13-14］的研究中得到证实，NEDD4-1(neural precursor cell expressed，developmentally down-regulated 4)作为 PTEN的泛素连接酶，与PTEN C2区的第13和289赖氨酸残基结合，催化PTEN形成多聚泛素化链而走向降解。有趣的是，NEDD4-1也可使PTEN发生单泛素化，从而介导进入核内，对PTEN起保护作用，而对胞质内PTEN作用也有利［15］。随后，Kim等［16］证实在胃癌和结肠癌中NEDD4-1与PTEN的相互作用，但结果偏向于促降解作用。然而也有研究发现，NEDD4-1并不是PTEN泛素化所必需的［17］，也存在其他的E3连接酶(如XIAP［18］)，同样也可以完成PTEN的泛素化过程。近年有研究者提出一种泛素相关调节因子小泛素相关修饰物(SUMO)，其在结构上与泛素分子相似，结合部在PTEN C2区的266与289赖氨酸残基，反应同样需要 E1、E2、E3 3种酶参与，PTEN-SUMO可以降低泛素分子结合能力，减少泛素化［19］。可见，泛素化在PTEN的调节中有降解作用，也有稳定作用，而且此过程也不是完全不可逆的，参与减少泛素化反应的酶还有待不断挖掘。磷酸化与泛素化作为常见的翻译后修饰，两者之间作用必然有所交叉，Maccario等［20］的一系列实验发现，PTEN定位于胞质膜可促使其泛素化，但在体外实验中，若PTEN被磷酸化则无法发生泛素化，从而得出PTEN蛋白C端的丝氨酸/苏氨酸残基端磷酸化引起的质膜定位间接影响随后的泛素化;同时，体外细胞实验中，无论是单泛素化还是多聚泛素化，都将降低PTEN的磷酸酶活性，所以泛素化在此对PTEN是一个负向调节机制。磷酸化和泛素化在很多信号通路中都存在，它们可以反向调节，也可协同作用。因此，在PTEN/PI3K通路中关于磷酸化和泛素化相互作用的研究还远远不够。

2.3 乙酰化 PCAF是一种组蛋白乙酰转移酶，通过与p300/CBP(CREB binding protein)及其他转录因子序列作用而影响基因的转录，调控蛋白的合成［21］。然而，PCAF也可与翻译后的PTEN蛋白作用，Okumura等［22］利用串联亲和提纯法结合质谱测定法搜寻细胞内含有的PTEN蛋白复合物时发现PCAF，结合部在PTEN的赖氨酸残基，使其发生乙酰化后而失活，最终抑制PTEN调控作用;推测其原因可能有两种，一是由于PTEN的结构域由于乙酰化修饰受到干扰而无法与底物结合;二是可能加上赖氨酸残基后使其催化区的正电荷消失而无法与带负电荷的底物连接;当利用小干扰RNA减少内源性PCAF后，即使有生长因子的刺激，也无法达到PTEN的乙酰化;推测可能的机制是由于在表皮生长因子的刺激下，细胞周期发生改变，从而激活 PCAF，使PTEN乙酰化而失活［22］。Ikenoue等［23］的研究显示，PTEN 可以通过 C 端 PDZ结构域的Lys402，识别并结合蛋白而发生乙酰化;同时在COS7细胞中发现可使PTEN乙酰化的CBP和有去乙酰化作用的SIRT1(sirtuin type 1)。

3 PTEN/PI3K中主要结合蛋白的调控

磷酸磷脂酞肌醇RAC交换因子(P-Rex2a)在人类多数肿瘤中大量存在，是一种可直接与PTEN结合的蛋白，结合后使PTEN失去脂质磷酸酶活性而激活PI3K/Akt信号通路，被认为是一种癌蛋白;P-ReX2a具有DH-PH结构域(与GEF的活性有关)，还有PDZ、DPH结构域，C端肌醇4多聚磷酸酶差异较大［24］。Fine等［24］通过标记方法检测到 PTEN 的 C2 尾端而不包括PDZ区参与结合，在体外实验中P-ReX2a只是与GEF的活性区域(PH和DH结构域)有关;两者结合后可能由于C2结构改变导致的膜联失败而无法效应，具体机制尚不明确。而且，P-Rex2a在胃癌中的存在最近也得到证实，与在其他肿瘤中所起作用类似［25］，P-Rex2a在胃癌中调节机制的研究意义重大。PICT-1(protein interacting with carboxyl terminus 1)是一种含PDZ结构域的蛋白，在细胞内与PTEN的C端结构域结合，调控PTEN的磷酸酶活性及逆转;利用RNA干扰技术将PICT-1失活后，PTEN活性降低并迅速降解，并且若PTEN的C端发生肿瘤性突变，则失去与PICT-1的结合能力，这可能是PTEN得以快速逆转的机制所在［26］。此后，又有研究发现，剔除PTEN阴性细胞中的PICT-1后未出现细胞增殖，说明PICT-1通过与PTEN作用而调控PI3K途径［27］。PICT-1原本是一种核仁蛋白质，在核仁内的定位要两种独立的定位序列结构，而且需要特定的条件［28］;因此，如何使PICT-1从核仁释放也是值得去研究的。有研究者在研究线虫时发现，受体酪氨酸激酶VAB-1可磷酸化PTEN，从而降低PTEN蛋白水平和抑制其生理功能，而PTEN的蛋白磷酸酶活性可对抗VAB-1活性［29］。然而，若要将VAB-1与人类癌症联系起来，还需要更多的研究去证实。这些都与PTEN蛋白直接结合而起作用，当然远不止上述数种蛋白。这些结合蛋白与氨基酸残基结合使PTEN失活;或与C2结构域结合影响其膜联功能;或与PDZ结合，影响其稳定性，从而在各方面影响PTEN的功能。有些蛋白的作用仅仅是在体外实验发现的，因此还需要更多体内实验加以验证。

4 PTEN/PI3K调控与胃癌药物治疗

胃癌的病理进程往往先于症状，许多患者在发现时已处于晚期，因此对化疗的依赖性较大。但随着抗癌治疗药物的发展，继化疗不良反应之后，肿瘤耐药问题亦日益明显，提高药物敏感性成为一大研究热点。PI3K的激活促进肿瘤的发展，与抗癌药物作用相拮抗，是肿瘤产生耐药的一个关键所在;PI3K/AKT通路在肿瘤耐药中的重要作用，在胃癌细胞中已得到证实［30］。随后，在用阿霉素作用于胃癌细胞SGC7901时发现，阿霉素通过激活PI3K/Akt/MDM2通路而使细胞产生耐药，当使用PI3K抑制剂时，癌细胞药物敏感性明显提高［31］。可见，PTEN/PI3K信号通路调节与肿瘤耐药机制密切相关，了解此通路中各种调节因子及其作用方式，将为临床提高药物敏感性、制订个体化治疗方案提供理论基础。

5 小结

胃癌中PTEN/PI3K信号通路与肿瘤的发生、分化及转移密切相关，参与调控的分子众多且机制复杂。PTEN/PI3K通路在蛋白水平的调控及各种蛋白结合后产生的正向或负向效应还需要更多讨论。需要说明的是这些调控作用并不是单独存在的，相关的各种信号通路之间也存在“串话”的可能，需要有全局观念，这样的研究才能更接近临床，为临床治疗服务。

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