F-box蛋白家族及其与肿瘤相关问题的研究进展

彭凯丽，陈宏辉

F-box蛋白家族因发现存在于细胞周期蛋白cyclinF中而得名，与Skp1、Cullin类蛋白组成SCF类E3参与泛素介导的细胞周期蛋白水解过程，调控着细胞周期［1］。其共同特征是含有F-box结构域，在真核细胞广泛存在。目前研究发现在人体、酵母、果蝇、线虫及各种哺乳动物含有大量的F-box结构域的蛋白，其中线虫最多，大约300种。另外，基因技术检测发现具有经典F-box结构域的蛋白也存在于原核细胞生物中［2］。近年已有研究表明F-box蛋白参与肿瘤的发生及发展。

1 F-box蛋白的结构

F-box结构域是F-box蛋白家族成员的标志性结构域，该结构域40～50个氨基酸残基组成，F-box结构域位于F-box蛋白的N端，而C端也存在一些相对保守的二级结构。N端缺乏严格的保守序列，但C端的这些结构域的功能与蛋白质的相互作用相关，具有特异性［3］。根据C端二级结构的不同可分为三个亚类：第一亚类是FBXW类，C端含有WD40重复序列结构域；第二亚类是FBXL类，C端含有亮氨酸富集序列；其余的F-box蛋白含有多种不同的C端二级结构，被定为FBXO亚类［22］。目前研究提示F-box结构域与SCF（Skpl-Cullin-F-box protein）复合体中的Skpl或Skpl类似蛋白结合，不同的F-box可结合相同的Skpl底物。详见图1［22］。

2 F-box蛋白的功能

F-box结构域的功能是介导蛋白间相互作用，关于F-box蛋白的功能研究主要围绕着UPP（泛素-蛋白酶体途径）展开，UPP是指在细胞内能特异性降解蛋白过程，也被称为泛素化过程，而泛素化过程是酶促级联反应构成的，需要泛素激活酶E1，泛素载体蛋白E2和泛素结合酶E3。但E3结构差异大，在泛素化过程中起关键作用。SCF作为一个E3连接酶，由F-box蛋白家族与结合蛋白Skp1、骨架蛋白 Cullin、Ring-finger家族和 Rbxl蛋白组成［23］。泛素化是蛋白的一种重要的翻译后修饰方式。作为SCF重要组成成分的F-box蛋白主要通过参与UPP调控细胞周期进程、转录、信号通路传导［4］等。详见图 2［23］。

3 F-box蛋白家族在肿瘤中的功能分类

实验和临床证据表明F-box蛋白在细胞周期调控具有关键性的作用，F-box蛋白分子的调控细胞周期紊乱与肿瘤的发生和发展密切相关。图3表示F-box家族在肿瘤细胞中的潜在功能［24］。目前王志伟将F-box蛋白家族在肿瘤中的功能分为抑癌蛋白类F-box蛋白、原癌蛋白类F-box蛋白和环境依赖类 F-box 蛋白［5］。

3.1 抑癌蛋白类 研究表明，Fbxw7突变或缺失能促进癌细胞的增殖相关的C-Myc、CyclinE基因的蓄积［6］。Wang等利用组织芯片技术和免疫组化探讨Fbxw7在肝癌中的表达，提示Fbxw7突变量越大，肝癌恶性程度越高，并且发现Fbxw7过调节 Notch1信号通路参与肝癌细胞的侵袭与转移［7］。新证据显示，Fbxw7亦可控制多种组织干细胞的自我更新，分化，生存，包括造血系统和神经系统，肝和肠道。其他抑癌蛋白：如FBX031、FBXO4及FBXW8能够选择性降解Cyclin D1来诱导细胞周期G1进程从而参与抑制肿瘤细胞的生长［1］。随着基因检测技术发展，新的抑癌F-box蛋白类陆续发现，如：FBXO18、FBXO11、FBXO7等，但目前研究尚不深，具体体制尚不清楚，仍需进一步探讨。

3.2 原癌蛋白类 许多F-box蛋白具有抑癌功能，但有些F-box蛋白具有原癌蛋白的功能。Skp2（S-phase kinase-associated protein 2）也被称为 FBXL1，属于F-box蛋白中FBXL类。研究发现Skp2具有原癌蛋白的功能，Skp2参与G/S转换期、S期、S/G2转换期调节蛋白的降解，如：通过降解P27kip1促进细胞进入DNA合成期和分裂期，从而促进癌细胞增殖。文献显示在乳腺癌、前列腺癌、直肠癌、肝癌等多种肿瘤组织中都高表达Skp2基因，并发现Skp2 mRNA及蛋白直接与恶性肿瘤的级别相关［8］。另外通过建立过表达的Skp2转染子可上调金属蛋白酶（MMP-2和MMP-9）的表达，从而增强肿瘤的浸润及转移能力［9］。FBXO8在乳腺癌中异常表达引起其参与Arf6的泛素化异常从而促进乳腺癌细胞的侵袭［10］。FBXO5 能够通过抑制 APC/C 活性，维持 APC/C底物cyclinA、cyclinB、分离酶抑制蛋白等的稳定性，调控细胞进入S期及分离期，促进肿瘤细胞增殖，并且发现表达水平与肿瘤的恶性程度及死亡率有关［11］。 此外，发现 FBXO42、FBXO39 等也具有促癌的功能，但具体机制尚不明确。

图1 人类F-box蛋白家族结构示意图［22］

图2 F-box蛋白的功能示意图［23］

图3 F-box蛋白家族在肿瘤中功能示意图［24］

3.3 环境依耐类 F-box蛋白家族庞大，一些抑癌蛋白随着环境的改变，又会表现原癌蛋白功能，并具有一定的组织特异性。如：β-Trcp（FBXWI和FBXWII）识别的底物不仅包括肿瘤抑制因子（Ikβ、p53），也包括癌蛋白（β-catenin），因此 β-Trcp 因底物的特殊性，从而表现不同功能，如β-Trcp识别底物REST在上皮细胞中发挥抑癌作用，而在神经细胞中显示为致癌物质［12］。另一方面发现依耐β-Trcp的肿瘤具有组织特异性，在直肠癌、肝癌、乳腺癌等多种肿瘤中FBXWI和FBXWII可通过降解IKB，激活NF-κB通路，促进肿瘤的增殖［13］。因此普遍认为FBXWI及FBXW11在肿瘤细胞中高表达并伴随着临床预后不佳。但在胃癌中检测5种FBXW11发生错义突变，这种突变使β-catenin免于被β-Trcp识别和降解，从而激活MYC和cyclinD1的转录，促进细胞增殖，诱发肿瘤［14］，因此β-Trcp不仅具有促癌作用同时具有抑癌作用。目前发现在依耐FBXO31的肿瘤中，FBX031的功能具有组织特异性；在乳腺癌、肝癌、胃癌等领域结果均FBX031提示具有抑癌基因功能，但有报道发现其在食管鳞状上皮细胞癌领域中却具有促癌功能［15］。F-box家族参与肿瘤的发生、发展及预后，但目前机制尚未清楚，仍在进一步探讨中。

4 F-box蛋白在肿瘤中主要作用

4.1 参与DNA损伤应答 机体对DNA损伤应答异常反应往往会导致肿瘤的发生。DNA的损伤是一个级联反应，DNA损伤后激活ATM，再通过磷酸化底物使DNA损伤的细胞不再继续分裂。F-box家族一些成员作为ATM底物参与DNA损伤应答。FBX4作为ATM磷酸化底物之一，在小鼠胚胎成纤维细胞 （MEF中）的 Fbx4突变破坏了 SCF Fbx4-αβ crystalline复合物的活性，导致细胞周期蛋白D1稳定和核积累在整个细胞分裂［16］。 Santra 等［17］发现DNA受损后FBX031的278位丝氨酸残基被ATM磷酸化，可介导细胞D1的降解从而使细胞周期阻滞在 G1 期。FBX12［18］则通过泛素化降解 KU80 蛋白从而参与DNA损伤非同源末端修复的调控。目前研究相继发现FBXO39、FBXO44、FBX06等都参与DNA损伤调控。

4.2 参与肿瘤细胞的代谢 研究发现，肿瘤细胞与正常细胞代谢途径具有显著差异，正常细胞代谢所需能量主要通过氧化磷酸化产生，而肿瘤细胞却通过糖降解途经，消耗更多的葡萄糖，并产生大量乳酸。使肿瘤细胞具有更强竞争能力。而F-box蛋白与肿瘤代谢过程之间有着紧密的联系，如Skp2、FBXW7、FBXO15、FBX039 等。 Skp2 构成的SCFSKP2能够通过泛素化介导的AKt激酶的激活和转位，促进肿瘤细胞获能途径向有氧糖降解的方向转换［19］。FBXW7可通过识别及泛酸化SREBP1使肿瘤细胞增强对低氧环境的耐受参与肿瘤代谢［20］。新型F-box蛋白家族FBX039基因在MCF7与Nera2两种肿瘤细胞中，其肿瘤的相关代谢基因表达均受正向调控，表明FBX039基因很可能通过上调这些基因参与肿瘤的代谢过程，但具体机制尚不明确［21］。

综上所述，F-box蛋白家族种类极多，不同类别的F-box在肿瘤细胞中发挥的作用机制各不相同，涉及多种信号通路及各个基因之间又有相互交叉。因此对F-box家族的结构及在肿瘤中作用机制的研究，需进一步深入及完善。针对其促癌及抑癌的作用可作为肿瘤的预防、治疗及靶向药物设计等，有望成为临床肿瘤治疗的一大突破点。

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［2017－11－17 收稿，2017－12－11 修回］