P21、P27蛋白在肿瘤中的表达研究进展

汪美容(综述)，舒宽勇(审校)

(1.南昌大学研究生院医学部2014级； 2.江西省妇幼保健院肿瘤科，南昌 330006)

众所周知细胞周期由G1期、S期、G2期、M期组成，DNA的扩增即DNA合成期(S期)之前称为G1期，之后称为G2期。G1/S、G2/M是细胞周期中2个重要的转换点，以G1期转换点更为重要，在这个转换点上，细胞可进入DNA合成期或进入非增殖的静息期[1]。影响G1期细胞增殖分化的调控因素中主要有细胞周期蛋白(cyclin)、细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin dependent kinase,CDK)、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(cyclin dependent kinase inhibitor,CDKI)[2]。CDKIs分为2大家族:一是特异性抑制Cyclin D-CDK4/CDK6活性的INK4家族，有P15、P16、P18和P19；二是更为广谱的CIP/KIP家族，包括P21、P27和P57。同属细胞周期抑制蛋白P21和P27在氨基末端的结构及功能高度相似，都有一个保守的80个氨基酸序。Cyclin、CDK和CDKI相互作用、相互制约形成的细胞周期调控系统保持着一个动态平衡。当CDKI P21和P27及与其相关的Cyclin和CDK动态平衡被打破，细胞就可能发生异常的增殖或生长抑制，P21和P27蛋白表达量上的异常在肿瘤的发生发展过程中具有重要作用。有研究[3]证实P21、P27蛋白的阳性表达率同肿瘤浸润深度、淋巴结转移呈正相关，这对判断的肿瘤进展及患者生存预后起到一定的帮助。但P21、P27蛋白在不同细胞株或肿瘤中的表达又有不同之处。本文对P21和P27蛋白的结构、生物学功能及其与肿瘤的相关研究进展进行综述。

1 P21蛋白与肿瘤

1.1 P21蛋白的结构、生物学功能

P21基因是参与细胞周期负调控CDKI家庭中的一员，属于细胞周期素依赖性激酶抑制因子，位于P53基因下游的第六号染色体短臂上。P21基因的表达产物P21蛋白于1993年11月首次克隆出，P21蛋白因其蛋白质相对分子质量为21 kDa，故又称P21，其由164个氨基酸构成，富含精氨酸。P21蛋白在正常细胞的存在形式为四聚体复合物，其中包括细胞周期依赖性激酶(CDK)，细胞周期素(cylin)以及增殖细胞核抗原(PCNA)[4]。P21蛋白可抑制CDK和PCNA，而P53或细胞有丝分裂原可刺激诱导P21转录，使RB蛋白的磷酸化过程受到破坏，细胞周期停滞在G1期直至受损的DNA得以修复。P21蛋白的作用与DNA损伤的发生时间有关，如发生在Gl期，P21蛋白通过抑制CDK活性而阻滞细胞进入S期；如果发生在S期,P21则通过使PCNA失活停止DNA的合成，使细胞修复。P21cip1存在一个单核苷酸多态性位点(SNP)，核苷酸出现C-T改变，P21基因转录翻译的蛋白也发生异常，导致P21蛋白低表达或过表达。

1.2 P21蛋白在肿瘤中的表达

P21蛋白的异常表达，会对Cyclin、CDK及其激酶活性调节产生影响，进而影响细胞增殖与分化，最终导致肿瘤的发生[5]。如刘芳芳等[6]认为P21蛋白可抑制肿瘤，可以促进某些肿瘤细胞的凋亡，相反P21蛋缺失白会引发肿瘤，它与肿瘤发生发展有密切关系。有研究[7]还表明P21与肿瘤的分化、浸润、深度、增生和转移有关，具有预后价值。如Cnop等[8-9]研究表明P21蛋白能够作为一项判断肿瘤的分化程度和预后好坏的参考指标。Ficher等[10]研究发现P21阳性表达是头颈鳞状细胞癌预后较差的重要标记物。甘伟平等[11]在结肠癌中的研究中发现P21在有淋巴转移癌中表达明显升高，可作为结肠癌等恶性肿瘤的诊断标记物，并可作为治疗靶点抑制肿瘤生长。在宫颈癌中的一些研究[12-15]表明P21的高表达和高危型HPV感染、淋巴转移、宫颈病变级别的升高呈正相关，提示P21蛋白的表达增加与宫颈病变的恶性程度及侵袭性有一定关系。可是相关研究[16-17]却发现在P21被转染入人宫颈癌Hela细胞后对宫颈癌细胞的作用是抑制的，可促进宫颈癌细胞的凋亡，这为宫颈癌的基因治疗提供了方向。P21的表达在不同组织差异较大，说明P21除了受P53刺激诱导外，也可能受其他途径而激活或抑制。也有学者[18]认为这种在细胞分裂周期中促进或抑制的双重作用取决于细胞蛋白质的丰度。其原因及作用机制尚未能有一个明确的答案。P21在肿瘤组织中表达的不一致证明了细胞周期调控机制的复杂性。

2 P27蛋白与肿瘤

2.1 P27蛋白的结构、生物学功能

P27kip1(kinase inhibiting protein1)也是CIP/KIP家族中的一员。P27基因定位于人染色体12p12-13.1，含2个外显子和1个无功能外显子及1个内含子[19]。人类P27cDNA具有594 bp，编码198个氨基酸，具有高度的保守性。P27kip1简称P27，属于热稳定蛋白质，相对分子质量为27 kDa。P27基因C端有核定位信号序列，与细胞周期调控有关，其N端28～87位约有60个氨基酸区与CDKI家族中P21具有42%的同源性，与P57有47%的同源性。与P21不同的是P27N端有锌指结构，C端有Thr磷酸化位点，与抑制H1组蛋白磷酸化有关。P27与CyclinD-CDK4或CyclinE-CDK2复合物结合，在静止细胞和G1期细胞中均有重要作用。P27通过抑制CDK4的第172位氨基酸和CDK2的第160位氨基酸的磷酸化过程而抑制其活性。这样细胞从G1期进入S期的过程得到抑制，使得其分裂增殖受到影响，导致细胞生长周期无法正常进行。P27 kip1第109位密码子存在V-G的转换，(缬氨酸向甘氨酸的改变)即氨基酸呈现的Vall09Gly多态性。具有此多态性的P27可能更容易降解从而使细胞周期发生异常调控导致肿瘤的发生[20]。P27在肿瘤组织中存在量的减少或缺失但是基因却很少突变，所以认为P27对于细胞周期产生影响并不是在基因水平而是在蛋白表达水平，并且主要是通过P27的降解来实现。P27蛋白降解的主要机制是Skp2依耐的泛素-蛋白水解途径[21]，也可以通过激活Ras/Raf-1/ERK的途径使其异常定位于细胞质内进行降解。细胞内P27蛋白水解增加，含量减少，从而无法抑制CDK的作用下Rb蛋白的磷酸化，不能阻止Rb引起的核内转录因子E2F的释放，导致细胞周期失调，G1期细胞减少，S期细胞增多，DNA合成增强，细胞过度增生，致使肿瘤发生。

2.2 P27蛋白在肿瘤中的表达

有研究[22]表示，在良性病变及正常组织中的P27蛋白的表达明显高于恶性，P27蛋白表达的减少将导致细胞的异常增生。如马海浓等[23]报道P27在正常宫颈、CIN和宫颈癌组的阳性表达逐渐降低，高分化组明显高于中低分化组，在无淋巴结转移组中表达明显高于有淋巴转移组。柴大敏等[24]发现相对正常组织喉鳞状细胞癌中P27呈低水平表达，并且与其临床分期和淋巴转移相关。研究也已证明P27表达下降或缺失也发生于结肠癌、乳腺癌、胃癌、肺癌、胶质瘤等肿瘤组织中，甚至影响预后。还有报道显示P27低表达还与卵巢癌、子宫内膜癌等妇科恶性肿瘤有关，在宫颈癌中的P27表达明显低于正常的宫颈组织，且与肿瘤的分化周期有关，P27可作为晚期妇科恶性肿瘤的生物学标志物[25]。多数研究都已表明P27表达程度降低参与了恶性肿瘤的发生发展，但其与肿瘤病理因素、生存时间长短的相关性存在有不一致的研究。治疗方面，程玺等[26]发现在宫颈癌的化疗中，P27表达阳性者治疗效果优于表达阴性者。尤程程等[27]发现提高宫颈癌Hela细胞中P27基因的表达可以使细胞增殖受到抑制。P27的表达增强能够促进宫颈肿瘤细胞调亡，还能调节肿瘤耐药性。这为肿瘤治疗提供了新的想法和思路。

3 P21、P27蛋白在肿瘤中的联合检测

在P21和P27的联合检测中，Mark等[28-29]发现P21与P27蛋白表达呈正相关，并认为联合检测P21和P27蛋白表达对卵巢癌的预后评估和指导治疗有积极的意义。贺红艳[30]也发现在喉鳞状细胞癌中P21与P27蛋白表达起协同作用，并随着肿瘤恶性程度的增加，表达均降低，认为它们共同参与G1期生长限制性位点调控。这与刘晓姣等[31]在皮脂腺腺癌中P21、P27的研究观点一致。刘宏侠等[32]研究表示喉癌复发与P27呈负相关，预后与P21呈正相关，二者联合检测可为早期喉癌术后复发高危患者监测提供有价值的参考。赵杨等[33]研究发现P21、P27表达增强是宫颈病变进展的预警信号。

4 展望

当前肿瘤相关分子标志物是研究热点，它们与肿瘤的发生、发展及预后的关系可以用于有效评估肿瘤复发转移风险，指导临床治疗。虽然在不同肿瘤组织中的CDKI P21、P27蛋白与肿瘤的关系存在着的争议甚至矛盾的结果，但P21、P27蛋白在肿瘤组织中不同于正常组织的表达及联合检测有助于判断肿瘤的恶性侵袭性和为预后提供有意义的指导是被大部分认同的。今后需要开展更大样本研究，将其与细胞周期、信号通路、基因表达等结合起来分析，探讨在不同肿瘤中各自发生发展的机制，为肿瘤的靶向基因治疗提供参考价值。