针对人PTEN基因异常肿瘤个体化治疗的分析

茅卫锋，赵 茜，关家伟 （大连医科大学基础医学院，辽宁大连116044）

针对人PTEN基因异常肿瘤个体化治疗的分析

茅卫锋，赵 茜，关家伟 （大连医科大学基础医学院，辽宁大连116044）

PTEN基因是一个具有双重特异磷酸酶活性的抑癌基因，可影响细胞周期调控和细胞增殖．异常PTEN可导致PI3K通路失调，细胞异常增殖．多种肿瘤中可检测到异常的PTEN突变．最近的研究显示，除了在PI3K通路中的作用外，PTEN还具有DNA损伤修复等其它生物学功能，PTEN缺陷肿瘤细胞对DNA损伤药物敏感．因此，针对PTEN基因异常肿瘤可采取PI3K抑制剂、DNA损伤化疗药物等治疗方法联合使用的个体化治疗策略，本文对人PTEN基因异常肿瘤的个体化治疗进行初步分析．

PTEN基因；抑癌基因；PI3K信号通路；DNA修复；抗肿瘤药物

0 引言

PTEN（phosphatase and tensin homolog）作为一种抑癌基因，在人类多种癌症中如子宫癌、肺癌、前列腺癌、乳腺癌等癌症中都具有非常高的突变频率．PTEN基因在细胞生长、凋亡、粘附、迁移、浸润等方面也具有重要作用．PTEN的脂磷酸酶酶活性将细胞膜上PIP3去磷酸化成PIP2，进而拮抗磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）信号通路．随后的研究发现，PTEN不但在细胞质中具有重要作用，还能通过多种修饰调节作用进入细胞核，核内的PTEN在调节细胞周期、维持染色体组的稳定性及在DNA损伤修复中都具有重要作用．本文概述了PTEN基因结构和PTEN蛋白翻译后修饰对其功能的影响；其次总结了PTEN在PI3K信号通路和DNA损伤修复中的功能，并分析了PTEN异常肿瘤中的个体化治疗策略．

1 PTEN基因结构

PTEN是一种抑癌基因，位于人染色体10q23．3［1］．PTEN最初于1997年被报道，随后的研究发现PTEN基因与肿瘤的发生发展有密切关系，同时在细胞生长、凋亡、粘附、迁移、浸润等方面也具有重要作用［2-4］．PTEN基因全长200 kb，其中包含9个外显子和8个内含子，转录出的mRNA长5．5 kb，cDNA长1212 bp，编码了一个含有403个氨基酸的蛋白，可得到一个相对分子质量约为55 kD的蛋白［5］．该蛋白含有一个磷酸酶结构域，是其主要的活性区域，位于N-端的190个氨基酸；一个C2结构域，该结构域能够介导PTEN与脂的结合和膜定位，同时可维持PTEN的稳定性；C端50个氨基酸尾区含蛋白相互作用区（PDZ），参与蛋白间的结合和相互作用，调控PI3K去磷酸化．

2 PTEN翻译后修饰

PTEN蛋白在细胞质中的翻译后修饰包括泛素化、小泛素化、磷酸化、乙酰化等［6-7］．CREB结合蛋白（CREB-binding protein，CBP）可乙酰化 PTEN蛋白Lys402，而P300／CBP相关因子［p300／CREB-binding protein（CBP）-associated factor，PCAF］作为一种重要的组蛋白乙酰转移酶，可促进Lys125和Lys128两位点的乙酰化，乙酰化的PTEN降低了其磷酸酶活性［8］．PTEN的磷酸化位点包括 Ser299，Thr321，Tyr336，Thr366，Ser370，Ser380，Thr382，Thr383，Ser385等［9］，这些特定位点的磷酸化、调节PTEN的活性及稳定性．RAK蛋白是SRC家族成员，对乳腺癌具有抑制作用．RAK的抑癌作用主要是通过调节PTEN翻译后修饰实现，RAK可以磷酸化PTEN蛋白的Tyr336氨基酸，抑制E3泛素化连接酶NEDD4-1介导的PTEN降解途径，因此维持了PTEN在细胞质中的稳定性，从而起到了抑癌作用［10］．

泛素化修饰的PTEN对于维持其稳定性，促进其在细胞核中的定位具有重要意义．PTEN泛素化主要包含两个位点，一个是Lys13，另一个为Lys289．这两个位点在多聚泛素化作用时启动了蛋白降解途径，而在单泛素化修饰时则增强了PTEN蛋白的稳定性，同时，促进了PTEN进入细胞核，实现PTEN在细胞核内的作用．这种PTEN蛋白的多聚泛素化和单泛素化作用共同维持了细胞质中和细胞核中PTEN蛋白的稳定，同时也维持了PTEN在细胞质中的表达量．研究［9］显示，除了泛素化修饰的PTEN外，小泛素化修饰也可实现PTEN在细胞核中的定位．PTEN的小泛素化位点包括Lys254和Lys266．两位点被小泛素化修饰时，可以促进PTEN的进核，当两位点突变时，细胞核中的PTEN量显著降低．PTEN蛋白翻译后修饰影响PTEN细胞内定位和功能．

3 PTEN在PI3K信号通路中的功能和个体化治疗策略的分析

PTEN脂磷酸酶活性在拮抗PI3K信号通路中的功能已被深入研究．在PI3K通路中，PI3K脂质激酶将细胞膜上脂质受体磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）转变为磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸（PIP3）．PIP3作为第二信使结合包含PH结构域的蛋白，例如AKT，活化的AKT可激活下游蛋白，调节细胞的生长、分裂、凋亡等．PTEN通过对PIP3的3’端去磷酸化，阻断PI3P下游AKT信号通路，从而抑制细胞增殖．PTEN缺陷导致细胞膜上PIP3积累，下游AKT／mTOR信号通路持续激活，细胞异常增殖．有研究报道PI3K通路靶向药物，包括PI3K抑制剂BKM120，AKT／mTOR通路的抑制剂西罗莫司 （temsirolimus），雷帕霉素 （rapamycin）等针对PTEN缺陷细胞有较明显的治疗效果［11］．有研究显示PTEN野生型细胞中，PI3K的p110α和p110β亚基都参与PIP3信号通路；而PTEN缺陷的细胞主要依靠p110β亚基在 PIP3信号通路中起作用，因此针对p110β亚基的特异性抑制剂为PTEN缺陷肿瘤细胞的潜在治疗靶点［12］．然而，并非所有PI3K通路靶向药物对PTEN缺陷细胞都有显著疗效．Her2阳性乳腺癌患者可采用一种曲妥珠单抗（trastuzumab）的靶向治疗药物，该药物是Her2的单克隆抗体，能够特异性与Her2结合，阻断PI3K通路中酪氨酸激酶，从而达到治疗作用．曲妥珠单抗对约35%的Her阳性的乳腺癌患者有效，5%的患者出现了严重的副作用，40%左右的患者出现了其他不良症状．有研究表明，曲妥珠单抗激活PTEN，通过限制Src酪氨酸激酶的活性抑制PTEN的磷酸化，保证了PTEN的磷酸酶活性，实现了抗肿瘤作用．因而在PTEN功能缺失的乳腺癌患者中，曲妥珠单抗的作用明显降低［13］．因此，针对肿瘤细胞中PTEN的异常，即使在选用靶向PI3K通路的抑制剂也需要针对PTEN突变的情况而采用不同的个体化治疗策略．

4 PTEN在DNA损伤修复中的功能和个体化治疗策略的分析

PTEN在DNA损伤修复和维持基因组稳定方面有重要作用，并且其DNA损伤修复的功能不依赖于磷酸酶活性．PTEN与组蛋白H1结合维持基因组稳定，还有研究报道显示PTEN和核内CENP-C蛋白结合保护细胞在有丝分裂时染色体稳定，此外，PTEN在核内通过 cyclin D1控制细胞周期生长及结合APC-CDH1增强其活性［14-15］．PTEN缺陷细胞显示出DNA修复能力降低，并对DNA损伤类肿瘤药物敏感．有报道显示PTEN缺陷，乳腺癌细胞中Rad51表达下调，同源重组修复能力降低，对顺铂等DNA损伤药物敏感［15］．PTEN在DNA损伤修复中的作用和其核内定位密切相关，并且受到翻译后修饰的调控，如PTEN的泛素化和小泛素化影响其入核能力，因此针对这些翻译后修饰位点异常PTEN突变的肿瘤细胞，可尝试应用DNA损伤类化疗药物或放射治疗方法．

多聚腺嘌呤核糖聚合酶［poly（ADP-ribose）polymerase，PARP］在DNA损伤修复中有修饰DNA修复因子，参与DNA修复的重要作用，因而PARP抑制剂在临床上应用于BRCA1和BRCA2缺陷的乳腺癌和卵巢癌细胞的治疗［16］．由于PTEN缺失会导致细胞同源重组修复能力降低，有研究显示在PTEN缺失细胞中抑制多聚腺嘌呤核糖聚合酶会导致协同性致死（synthetic lethality）［17］．有临床报道显示，BRCA1／BRCA2正常但PTEN缺陷的子宫内膜细胞对PARP抑制剂olaparib敏感［18］．尽管PARP1针对PTEN异常肿瘤的作用机制仍需进一步研究，PARP1抑制剂已逐渐成为治疗DNA同源重组修复异常肿瘤的一种前景药物．

5 针对PTEN异常肿瘤治疗展望

PTEN基因是人类肿瘤组织中缺失和突变率很高的抑癌基因，近年来国内外医学界关于PTEN基因各方面都研究得很多，PTEN作为一个重要的“节点”不仅在细胞生长信号通路中起作用，而且在很多生物学行为中起关键作用．针对PTEN异常肿瘤寻找能够协同作用的靶点，调节PTEN细胞内定位、调节PTEN转录和翻译后修饰的药物都是PTEN异常肿瘤个体化治疗的研究方向．针对肿瘤患者PTEN基因情况，采用特定的诊断、治疗和预后判断方法，并采用特定的PI3K抑制剂和DNA损伤化疗药物的个体化治疗为前景较好的PTEN异常肿瘤临床治疗方案．

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《转化医学电子杂志》征订启事

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Analysis of individual therapeutic strategies in the treatment of tumors with PTEN mutants

MAO Wei-Feng，ZHAO Qian，GUAN Jia-Wei

Basic Medical College of Dalian Medical University， Dalian 116044，China

PTEN is a tumor suppressor gene characterizing with dual phosphatase activities，which can affect cell cycle regulation and cell proliferation．Aberrant PTEN results in dis-regulation of PI3K cascade pathway and abnormal cell proliferation．Coincidently，PTEN mutants were detectable in various types of cancers．Besides of its effect in PI3K pathway，recent reports demonstrate PTEN also functions in DNA repair and other biological activities；while PTEN deficient tumor cells are sensitive to DNA damage drugs．Thus，PI3K inhibitors and DNA damage drugs can be combined to target tumor cells with different PTEN mutants，which would be a promising personalized therapy．This paper primarily analyzes the individual therapeutic strategies to tumors with PTEN mutants．

PTEN；tumor suppressor gene；PI3K pathway；DNA repair；antitumor drug

R392．12

A

2095-6894（2017）05-74-03

2016-10-24；接受日期：2016-11-12

国家自然科学基金资助项目（81201563，31371254）

茅卫锋．副教授．E-mail：maoweife＠hotmail．com