抑癌基因LKB1与肿瘤关系的研究进展

柏书博综述, 王敬晗,陈贵敏审校



·综述·

抑癌基因LKB1与肿瘤关系的研究进展

柏书博1综述, 王敬晗2,陈贵敏1审校

肝激酶B1(LKB1)是一种具有普遍作用的抑癌基因，编码一种丝氨酸/苏氨酸激酶，LKB1基因的胚系突变是黑色素斑-胃肠多发性息肉综合征的主要致病因素。现有研究表明，LKB1对细胞代谢、细胞周期和细胞极性等的调控是其抑制肿瘤发生和发展的重要方面。LKB1的失活性表达以低频率事件广泛存在于全身多种类型恶性肿瘤中，如肺癌、胃癌和乳腺癌等；其功能异常还与腺癌的发生密切相关。本文就目前已知的LKB1的抑癌机制作以综述。

抑癌基因；肝激酶B1；肿瘤; 细胞生长和代谢

肝激酶B1(liver kinase B1，LKB1)基因又名STK11(serine/threonine kinase 11)基因是1998年被芬兰及德国学者在黑色素斑-胃肠多发性息肉综合征(Peutz-Jeghers syndrome，PJS)患者中鉴定的抑癌基因[1]。它可通过调节细胞的代谢、细胞周期和诱导细胞凋亡等功能来发挥抑癌作用[2]。研究结果显示LKB1蛋白表达的下降可见于肺癌、胃癌、乳腺癌等多种恶性肿瘤[3]。

1　LKB1的生物学特征

人的 LKB1基因定位于第19号染色体短臂13.3区，编码分子量为 60KD 的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，该激酶由433个氨基酸组成，包括非催化区，激酶催化区，核定位信号序列和C端调节区。人体中几乎所有组织均有LKB1的表达。LKB1的胚系突变是PJS患者的主要致病因素。LKB1的激酶活性需要第189位点的苏氨酸(Thr)的自磷酸化来完成，此位点的突变可使其丧失激酶活性，导致LKB1的失活，与其由错构瘤样息肉向腺瘤和癌变发展关系密切[4]。LKB1与假激酶样衔接蛋白和脚手架蛋白25形成复合体，可极大地提高其激酶活性和稳定性[5]。

2　LKB1的功能和调控作用

2.1LKB1是腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)的上游激酶AMPK是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，由催化亚基AMPKα和调节亚基AMPKβ，AMPKγ组成的异源三聚体，它是LKB1最重要的底物。AMPK被称为细胞的“代谢和能量感受器”，与AMP/ATP比值密切相关。机体在各种应激情况下，AMPK被激活后，抑制脂肪的生成、增加脂肪酸氧化、抑制脂肪分解、促进葡萄糖摄取和利用，维持机体的正常代谢。AMPK 的活化需要上游激酶(AMPKK)对 AMPKα亚基活化环上172位点的Thr进行磷酸化来完成。LKB1可以磷酸化Thr进而激活AMPK，因此认为它是 AMPKK 家族的成员。同时LKB1也激活12种接近AMPK的酶，使它们的活性增加50倍以上，AMPK和这12种AMPK相关激酶是LKB1激酶主要的下游底物。

2.2LKBI下调哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)活性，抑制细胞生长mTOR蛋白是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，它以mTORC1和mTORC2两种复合体形式存在，mTOR抑制剂通过阻断细胞周期、促进肿瘤细胞凋亡和自噬并抑制肿瘤血管的生成，从而抑制肿瘤生长，但在大多数肿瘤细胞却出现异常调节[6]。活化的mTOR主要通过磷酸化核糖体蛋白S6激酶(S6K)和真核细胞翻译启始因子(4E-BP1)来控制细胞生长，二者是蛋白翻译的起始因子。S6K在多种人类肿瘤中呈高表达，高表达S6K的肿瘤预后较差[7]。4E-BP1经mTOR作用发生磷酸化后，解除了翻译起始的抑制作用，并减少肿瘤细胞凋亡，同时促进细胞周期蛋白D1、缺氧诱导因子1、血管内皮生长因子等一组促进细胞生长关键蛋白的翻译，促进细胞周期进展和血管生成，而这些都可成为形成肿瘤的成因。此外，在缺氧、营养匮乏等应激下，LKB1依赖的激活AMPK，活化的AMPK还可以磷酸化结节性硬化症复合物(TSC1-TSC2)，TSC复合物可抑制小GTP酶Rheb而抑制mTORC1的活性[8]。mTOR的调控结合蛋白(raptor)被确定为AMPK下游直接底物，raptor的磷酸化在AMPK激活后下调mTOR活性和G2/M阻滞的过程中是必须的[9]。在能量压力下，LKB1-AMPK还可以直接磷酸化TSC2 和raptor 来抑制mTORC1活性。上述研究表明，LKB1通过激活其直接底物AMPK对mTOR通路发挥负向调控。

2.3LKB1通过细胞周期素依赖性激酶抑制因子(P21，P27)负向调控细胞周期LKB1可以稳定体内抑癌基因P53，直接参与P53的靶基因P21/WAF1激活过程。将LKB1融合到缺陷型P53可以提高P21/WAF1的激活，使细胞周期阻滞于G1期，抑制了细胞的增生[10]，相反，LKBI缺失或降低表达则伴随着P21/WAF1水平下调，表明LKB1通过促进肿瘤细胞进入凋亡程序来抑制肿瘤细胞的增殖。有研究证明P27也是AMPK的底物，AMPK在调节P27能量胁迫时自噬和凋亡的选择中起重要作用[10]。

2.4LKB1参与其他信号通路的调节蛋白激酶B (Akt/PKB)是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，被认定为是一种癌基因。LKB1通过激活AMPK，负向调节Akt/PKB信号通路，使其具有抑制肿瘤血管生成及转移的作用。LKB1通过抑制Akt的表达阻断此基因的致癌作用，还能阻断此通路上游多种相关联的致癌基因，影响肿瘤的发生发展[11]。Smad是转化生长因子β(TGF-β)的转录调节因子，LKB1与LIP1结合后，与Smad4形成LKB1-LIP1-Smad4三聚体，调节TGF-β信号转导通路[12]。张力蛋白同源基因(PTEN)是第一个具有双特异性磷酸酶活性的抑癌基因。有研究发现：在肺腺癌细胞株A549细胞中过表达LKB1，可使PTEN mRNA表达增加。3、4、5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)是促进细胞增殖的第二信使，PTEN具有磷酸酯酶的功能，可分解PIP3，说明LKB1可能参与PTEN信号通路的调节抑制细胞生长[13]。LKB1和PTEN共同作用可调节上皮间质转化(EMT)来抑制肿瘤的转移，相反LKB1的缺失会增进肿瘤细胞的EMT，促进肿瘤转移[14]。

3　LKB1与肿瘤的关系

3.1LKB1与肺癌LKB1的突变见于各种病理类型的肺癌，并且与肺癌的发生发展以及肺癌的分化、转移关系密切[15]。有研究表明，在非小细胞肺癌[16]和肺腺癌[17]中，LKB1的低表达能够促进肿瘤的淋巴结转移，提高肺癌的分期，提示不良预后。生存素基因(Survivin)是抑制细胞凋亡基因，LKB1的低表达和Survivin的高表达可能与肺癌的发生、转移有关；LKB1有利于辅助诊断肺癌的临床分期；而Survivin更利用在区分肿瘤病理类型和分化程度[18]。Liang等[19]以肺腺癌细胞株A549为研究对象，通过LKB1基因转染至A549肺癌细胞后，发现LKB1的高表达通过降低转录因子SP1的表达导致VEGF的表达下调，从而抑制肺癌细胞的侵袭能力。另一项研究以大细胞肺癌细胞株95D为研究对象，通过建立沉默LKB1细胞模型，认为LKB1表达下调促进肺癌细胞的增殖活性，但对肺癌细胞的凋亡影响不明显[20]。Safe等[21]研究也证实，LKB1突变所致的功能缺失，导致了SP1和VEGF表达水平的升高，促进肺癌新生血管形成，从而促进了肿瘤的转移；同时，LKB1在低转移性的大细胞肺癌中表达较高，而在高转移性的肺腺癌细胞中表达较低。

3.2LKB1与胃癌李利义等[22]通过研究LKB1和VEGF-C在70例人胃癌组织中的表达，发现LKB1在胃癌组织中的表达显著低于正常组织；VEGF-C在胃癌组织中的表达显著高于正常组织，LKB1表达与VEGF-C表达呈显著负相关；胃癌组织中LKBI和VEGF-C的表达水平与肿瘤的组织分化程度、肿瘤浸润深度、淋巴结转移及TNM分期显著相关(P<0.05)。徐新宇等[23]通过检测115例胃癌组织、20例正常胃组织中LKB1和P53的表达证实：胃癌组织中LKB1及P53表达具有负相关性，LKB1和P53在胃癌组织中的表达程度与胃癌的TNM分期、淋巴结转移、Lauren分型及预后有关(P<0.05)；LKB1和P53通过调节肿瘤细胞的增殖、分化和凋亡，调控胃癌的发生、发展。孙俊杰[24]分别应用荧光定量 PCR检测胃癌高分细胞株 MKN-28、低分化细胞株MKN-45、正常人胃上皮细胞GES-1的 mRNA和蛋白表达情况,以及实时荧光定量PCR方法检测155例胃癌患者和95例正常胃组织的石蜡标本，结果证明：LKB1的表达与胃癌的组织分化程度、TNM临床分期明显相关，提示LKB1mRNA低表达可能胃癌预后不良。3.3LKB1与乳腺癌有研究报道认为在乳腺癌中同样存在着LKB1的缺失、突变。沈赞等[25]分别通过构建LKB1表达质粒，转染至该基因低表达的乳腺癌细胞株MDA-MB-435细胞中，并检测LKB1在121例乳腺癌手术标本的表达，认为转入该基因能显著抑制乳腺癌的生长，其抑制作用与P21介导的G1期细胞阻滞相关，并且LKB1与乳腺癌的预后差显著相关。庄志刚等[26]应用RNA干扰技术建立LKB1沉默乳腺癌细胞模型，发现LKB1沉默后乳腺癌细胞增殖明显加快，表明LKB1的表达下调对乳腺癌细胞的恶性生物学行为具有促进作用。进一步应用LKB1转染的MDA-MB-435乳腺癌细胞，发现转染后的肿瘤细胞中基质金属蛋白酶2，9(MMP-2、MMP-9)和VEGF、碱性成纤维细胞生长因子(b-FGF)的表达下降，MMP是血管生成最初的调节因子，VEGF被证实在乳腺癌有较高表达，提示LKB1可能降低乳腺癌细胞的血管生成能力[27]。继续通过组织芯片及免疫组织化学法对180例乳腺浸润性导管癌、18例导管原位癌及20例正常乳腺组织中 LKBI、细胞角蛋白56(CK56)和P53 等基因的表达进行检测，证明LKBl与乳腺浸润性导管癌的淋巴结转移呈负相关，提示LKB1对乳腺癌的浸润与转移过程有抑制作用[28]。以上研究表明，LKB1与乳腺癌的发生、发展以及乳腺癌的分化、转移关系密切。

3.4LKB1与其他肿瘤有学者将LKB1过表达质粒转染至人胰腺癌细胞ASPC-1，并与空载体及LKB1过表达的细胞株相比较，发现LKB1可能通过磷酸化激活AMPK信号通路抑制人胰腺癌细胞ASPC-1的上皮间质转化，降低细胞迁移侵袭能力[29]。Gu等[30]通过对食管癌的研究发现：LKB1蛋白在食管癌组织中的表达下降，而且LKB1的低表达与食管鳞癌的浸润、转移密切相关。黄约翰等[31]研究证实LKB1的表达与肝细胞性肝癌的分化程度，TNM分期，门静脉侵袭有关(P<0.05)。LKB1阳性表达的肝细胞性肝癌患者生存时间比阴性表达的显著延长(P<0.05)。

4　结语和前景

LKB1作为一个重要的抑癌基因参与的信号通路和调节靶点被逐渐发现和分析，但是目前对LKB1的研究还处于起步阶段，其生物学功能、LKB1相关蛋白的相互作用以及蛋白的磷酸化作用尚未得到全面的揭示。应用不断更新的生物医学技术和方法，并结合现有的科研成果以及临床样本分析，相信对LKB1抑癌机制的研究会不断加深，LKB1作为抑癌基因中的一员，可能为基因治疗肿瘤提供一个重要的选择。

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(本文编辑：黄攸生)

1. 200052上海，解放军85医院口腔科； 2. 100048北京，解放军海军总医院肝胆外科

陈贵敏，E-mail：chengm196009@sina.com

R730.2;Q754

A

10.3969/j.issn.1672-271X.2016.04.022

2016-06-12；

2016-06-24)

引用格式：柏书博,王敬晗,陈贵敏.抑癌基因LKB1与肿瘤关系的研究进展[J].东南国防医药，2016,18(4):408-410,414.