抑癌基因PTEN在肿瘤基因治疗方面的研究进展

李婷婷

【摘 要】PTEN是一个与多种肿瘤发生密切相关的抑癌基因，具有磷酸酶活性，其在多种细胞信号通路中发挥重要作用。研究发现PTEN基因的突变或蛋白表达的缺失与肿瘤的形成、癌症的进展以及抗药性的发生密切相关，而PTEN基因替代治疗在多种肿瘤模型中发挥着显著抑制肿瘤生长和侵袭转移的作用。因此，深入研究PTEN基因替代治疗显得尤为重要，本文就这一方面的研究进展进行综述。

【关键词】PTEN；抑癌基因；基因治疗

【中图分类号】R966 【文献标识码】 A

第10号染色体同源缺失性磷酸酶-张力蛋白基因（Phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10，PTEN）是由Li等三个独立研究小组发现的首个具有双重磷酸酶活性的抑癌基因，它既能使蛋白质的酪氨酸及丝氨酸或苏氨酸残基脱磷酸化，又能使第二信使磷脂酰肌醇-3，4，5，三磷酸（ phosphatidylinositol-3，4，5-trisphosphate，PIP3）脱磷酸化[1]，其活性在调控细胞周期、抑制细胞生长、诱导细胞凋亡、调节细胞迁移与黏附中起关键性作用。研究发现，在多种肿瘤中包括恶性胶质瘤、子宫内膜癌、前列腺癌、小细胞肺癌、卵巢癌、乳腺癌、恶性黑色素瘤、淋巴瘤、胃癌等都有 PTEN 基因的突变、等位基因的缺失或蛋白的低表达[2]。本文就抑癌基因PTEN的作用机制及在基因治疗方面的研究进展作一综述。

1 PTEN的命名及结构特征

1.1PTEN的命名

PTEN的命名： PTEN是1997年由三个实验室同时分离并确认的肿抑制瘤基因，因为在多种进展期肿瘤中均有该基因的突变，也被称作MMAC1 （muted in multiple advanced cancers 1），因为它是由TGF-β调节的上皮细胞富含的磷酸酶基团，因此也被称作 TEP1 （TGF-β-regulated and epithelial cell enriched phosphatase），现统称为PTEN。

1.2PTEN的结构特征

PTEN基因定位于人类染色体的10q23.3，全长218kb，有9个外显子和8个内含子，其cDNA包含由1209bp组成的开放阅读框（ORF），编码由403个氨基酸 组成的蛋白质，分布在人体多处组织（包括心、脑、肺、肝及肾等）的细胞质和细胞核内。

PTEN包括三个结构功能区，一个N端磷酸酶区域，一个与脂质结合的C2区域和一个由约50个氨基酸组成的C端区域。N-端是其主要结构功能区，它在第122-133位的氨基酸序列（IHCKAGKGRTG）符合蛋白酪氨酸磷酸酶（Protein tyrosine phosphatase，PTP） 及双特异性磷酸酶催化区的核心基序（HCXXGXGRXG），故PTEN蛋白属于蛋白酪氨酸磷酸酶家族，是至今为止发现的第一个具有磷酸酶活性的抑癌基因，其活性能使PIP3去磷酸化，在多种信号途径和细胞周期中发挥重要作用。

2 PTEN的生物学功能及其作用机制

PTEN是继P53（tumor protein 53）后发现在多种肿瘤细胞中突变率最高的抑癌基因，最新的研究表明PTEN以磷酸酶依赖性和非依赖性机制调节各种细胞信号转导途径，从而形成一个复杂的网络系统，这个系统具有调节细胞增殖、凋亡、转移、黏附及控制基因的稳定性等功能。关于PTEN抑癌作用机制尚未完全清楚，但目前认为主要由以下三条途径共同完成。

2.1磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸（phosphatidylinositol- 3，4，5-trisphos-phate， PIP3）途径

研究发现PIP3是PTEN重要的生理性底物，它可以使PIP3脱磷酸化转变为PIP2（Phosphatidylinositol 4，5-trisphosphate –bisphosphate）而失活。PIP3 是一些细胞生长因子（如 IGF、EGF 等）信号传导通路上的第二信使，这些生长因子与其细胞膜上的受体结合后，激活受体型蛋白酪氨酸激酶P13K，后者使 PIP2 磷酸化成 PIP3，PIP3 随后激活 PIP3 信號途径中的一系列激酶，进而活化 PKB/Akt，从而使细胞进入分裂繁殖周期并抵抗凋亡。PTEN编码的蛋白均有脂质磷酸酶活性，可对抗PI3K调控的细胞生长因子信号转导通路，降低PIP3水平从而负性调控PI3K/ATK信号通路，抑制肿瘤细胞的增殖、促进凋亡 [3]。

2.2FAK途径

聚集粘附激酶（focal adhesion kinase，FAK）是整合素介导的细胞内信号转导途径中的枢纽，其磷酸化将触发一系列下游蛋白酪氨酸磷酸化级联反应，最终通过RAS/MAPK信号通道影响细胞生物学行为，其主要作用是促进细胞增殖、分裂及细胞粘附，局部铺展、迁移，在肿瘤浸润和转移中发挥重要作用 [4]。PTEN具有磷酸酶活性，可以使FAK去磷酸化从而抑制FAK活性，降低整合素介导的细胞扩散和局部黏附的形成， 从而抑制肿瘤细胞侵袭及转移。

2.3丝裂原激酶（mitogen-activated protein kinase， MAPK）途径

MAPK 代表一个激酶家族，MAPK可激活促细胞分裂素，介导有丝分裂信号向胞核传导，调控细胞生长。已鉴定出五条 MAPKS信号转导通路，即细胞外调节激酶（ERK）通路、C-jun 氨基末端激酶（JNK）通路、P38 通路、ERK5 通路和 ERK3/4 通路[5]。PTEN能抑制 MAPK 途径上游中的 ERK、RAS的活化以及 Shc的磷酸化，从而对细胞外信号调节激酶ERK/ MAPK信号途径起负调节作用，而且PTEN基因还能抑制 MAPK激酶的磷酸化， 阻滞细胞生长周期于 G1期， 抑制肿瘤细胞生长。

3 PTEN在肿瘤中的失活和PTEN基因的表达调控

研究证实在多种肿瘤组织和细胞存在PTEN的失活，且PTEN基因的失活与肿瘤发生发展密切相关。而PTEN的失活主要涉及以下几种机制：基因突变、等位基因的杂合性丢失、启动子甲基化、miRNA介导的调控和翻译后水平的磷酸化等。

作为肿瘤抑制基因，维持PTEN蛋白的稳定表达至关重要。研究表明，PTEN的表达及其酶活性可在转录水平、微小RNA（miRNA）以及翻译后水平进行调节。PTEN基因表达的正性调节因子包括早期生长反应蛋白1（early growth response protein 1）、过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator- activated receptor γ， PPARγ）和P53，这些均表现直接结合到PTEN基因启动子区域[6-7]；负调控因子包括促分裂原活化蛋白激酶激酶-4（mitogen activated protein kinase kinase-4，MKK-4），转化生长因子-β（transforming growth factor beta，TGF-β，核因子的B细胞中的κ轻多肽基因增强子（nuclear factor of kappa light polypeptide gene enhancer in B-cells，NF κB），转录辅因子c-Jun和癌基因BMI1，这些都在多种肿瘤模型中显示出抑制PTEN表达 [8=9]。许多miRNA被认为不管在生理还是病理的情况下都能影响PTEN的表达与功能[10]，而翻译后修饰，例如活性位点的氧化，乙酰化，磷酸化，泛素化，也能调节PTEN活性[11-12]。

4 PTEN与肿瘤基因治疗

现已证实众多肿瘤中有PTEN的缺失或突变，野生型的PTEN基因的替代疗法是PTEN抑癌基因治疗的基本方法，主要是通过转基因技术将野生型的PTEN基因导入恶性肿瘤细胞中，替代肿瘤细胞中突变或失活的PTEN基因，发挥正常PTEN基因的抑癌功能。基因治疗的关键是选择恰当的载体及导入方法，使目的基因获得靶向性导入及稳定有效的表达，可控性增强。实验中广泛应用到的病毒载体有：逆转录病毒、腺相关病毒（AAV）、单纯疱疹病毒（HSV）、腺病毒（Ad）等。腺病毒载体（Ad）发展到第五代，转染效率高，基因携带量大，制备相对较容易，故已成为继逆转录病毒载体后被广泛应用的一种基因载体，就PTEN基因而言，目前该载体的应用最多。由于病毒载体具有潜在的致癌性、靶向特异性差、自身免疫原性、费用高等特点使其在临床应用受限，而非病毒载体由于其低免疫反应、低毒、不发生外源性基因随机整合等优点，越来越受重视。

5 小结与展望

PTEN作为目前唯一具有磷酸酶活性的抑癌基因，在多系统肿瘤中具有显著的抑癌活性，并且在PTEN缺失性或非缺失性肿瘤细胞株中都能抑制肿瘤细胞的生长、促进凋亡，能增强肿瘤细胞对化疗和放疗的效果，因此成为国内外肿瘤基础研究的热点。但由于缺乏合适的载体，迄今为止还没有在临床试验中应用PTEN作为靶基因治疗肿瘤的研究报道。因此寻找研发能高效转移基因、表达高度组织特异性、能进行精确调控表达的理想病毒或非病毒PTEN基因治疗载体迫在眉睫。

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