Pin1促进肿瘤发展相关机制的研究进展

欧洁 ，吴红艳 *

（三峡大学1医学院 免疫系，2感染与损伤研究所，宜昌443002）

脯氨酰顺反异构酶1（peptidyl-prolyl cis-trans isomerase NIMA-interacting 1，Pin1）是肿瘤中关键的信号调节蛋白，普遍在侵袭性肿瘤中高表达，并与肿瘤的发展和预后密切相关[1-3]。因此，Pin1促进肿瘤进展的相关机制成为肿瘤防治的重要研究领域。

1 Pin1在肿瘤中的基本特征

Pin1是含有N末端WW结构域和C末端PPIase结构域的双结构域小蛋白，主要通过WW和PPIase结构域参与含P Ser/Thr-Pro底物的识别与结合和异构化P Ser/Thr-Pro酰胺键，引起蛋白质磷酸化并参与细胞代谢和增殖分化等多种信号传导调节，广泛参与器官发育和代谢的调节[4]。Pin1定位在细胞质和细胞核，主要依靠丝氨酸磷酸化在细胞核与细胞质之间穿梭而达到快速的平衡[4]，但是其在肿瘤细胞核与细胞质之间的表达量与平衡机制出现异常，表现为Pin1高表达并且在细胞核与细胞质之间的分布具有一定的特异性，比如Pin1在肝癌中主要集中于细胞核，而在结直肠癌（colorectal cancer，CRC）中主要偏向于在细胞质中表达[5,6]等，但其中的机制大多为信号通路诱导的Pin1在细胞质与细胞核之间的穿梭，目前尚未系统阐述不同肿瘤中Pin1在不同的亚细胞部位表达的量和机制。

2 Pin1促进肿瘤进展

2.1 Pin1亚细胞定位与肿瘤进展

Pin1在不同的亚细胞定位表达对肿瘤的影响和预后不尽相同。Pyo J等统计了临床265位CRC患者癌组织的Pin1在细胞中不同亚细胞定位表达与患者预后的情况，其中51.7%的CRC组织中Pin1表达于细胞质，26.8%在细胞质和细胞核表达。在血管侵犯和远处转移的患者中，细胞质中表达Pin1的患者具有更高比例，表现出Pin1在细胞质的表达与CRC患者的预后呈负相关性；并且，在细胞质中表达Pin1时，细胞核中同时具有Pin1表达的患者预后更差。但是在没有细胞质Pin1表达的患者中，细胞核中无论Pin1表达与否，患者的预后并没有差异[5]；由此说明Pin1在不同的肿瘤细胞亚定位表达与肿瘤的进展具有一定的相关性，但是目前缺乏更多关于Pin1在不同肿瘤的临床患者的肿瘤细胞中亚细胞定位表达的差异与预后和肿瘤进展的关系。虽然，目前也有部分关于Pin1辅助核异位的研究以及笼统的细胞内Pin1表达的研究[7]，但大多也只是关于部分分子机制转运的研究，缺乏具体统计Pin1在不同肿瘤中的不同亚细胞定位和表达量的差异。

2.2 Pin1与肿瘤耐药性

在肿瘤中，Pin1的表达与肿瘤（比如HeLa细胞、Huh-7细胞和乳腺癌细胞等）耐药程度呈正相关。在抗微管蛋白药物的抗性中，Pin1参与多种机制诱导的肿瘤耐药，比如通过Cdk1-LATS(large tumor suppressor, LATS)-Pin1信号轴、抑制miRNA的成熟和Wnt/β-连环蛋白通路等。抗肿瘤药物的刺激使得在肿瘤耐药中起关键作用的LATS表达增加并被细胞内的Cdk1通过与细胞周期蛋白B（cyclin B）结合而磷酸化LATS上识别和结合Pin1所必需的S157、S342、T349、S598和S1027位点，从而诱导肿瘤细胞耐药；虽然没有明确Pin1与LATS引起肿瘤抗药作用的具体下游信号通路，但是在下调Pin1表达时，LATS的诱导药物抗性作用消失，说明Pin1是Cdk1-LATS-Pin1信号轴中诱导耐药所必需[8]。在肝癌细胞核内，Pin1的pS-P基序特异性识别ERK在T345、S416和S497磷酸化的出口蛋白-5（exportin-5，XPO5），并改变XPO5的螺旋结构，减少XPO5的pre-miRNA装载量，进一步减少pre-miRNA从细胞核至细胞质的转运，从而全面抑制pre-miRNA的成熟。其中miR-122的表达抑制能上调胞裂蛋白9（Septin-9），Septin-9引起支架微管相关蛋白（MAP）和微管亲和调节激酶（MARK）增加微管动力学[9]；另外，Pin1通过增加细胞内叉头盒蛋白M1（forkhead box protein M1，FoxM1）的表达，进而增加Wnt下游信号β-连环蛋白和FoxM1的下游靶基因细胞周期蛋白D1（ cyclin D1）和原癌基因（c-myc）的蛋白表达等，诱导肿瘤细胞对抗微管蛋白药物的抗性，并且Pin1的表达与细胞耐药性呈正相关性[10]。Pin1能通过自身的半胱氨酸113与甾体内脂抗肿瘤药物withaferin A（WA）的共价相互作用，减弱cyclin B1的稳定，增加促凋亡胰岛素样生长因子结合蛋白（glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase，IGFBP）（包括IGFBP-3，IGFBP-4，IGFBP-5和IGFBP-6），使得由WA暴露导致的MCF-7细胞有丝分裂停滞消除、减弱细胞G2/M期细胞周期停滞和减少细胞的凋亡，从而逆转WA引起的细胞凋亡[11]；Pin1还能与R-2-羟基戊二酸（R-2HG）诱导的活性氧（reactive oxygen species，ROS）依赖性ERK活化的磷酸化p65结合和相互作用，增加p65蛋白稳定性从而增加骨髓StromaNKtert细胞中环氧合酶（cyclooxygenase-2, COX-2）、白介素-6（interleukin-6, IL-6）、白细胞介素-8 (interleukin-8,IL-8)和血管细胞粘附分子1（vascular cell adhesion molecule 1, VCAM-1）mRNA，降低肿瘤细胞对舒尼替尼的敏感性[12]；Pin1参与表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor, EGFR）突变型肺癌组织的EMT（epithelial-mesenchymal transition），并获得对酪氨酸激酶抑制剂的抗性等[13]。因此，Pin1参与广泛的信号调节参与肿瘤耐药，并处于耐药信号调节的中心点。但是Pin1引起耐药的下游信号调节仍未阐明，以上这些机制是否具有肿瘤特异性等还有待进一步研究。

2.3 Pin1与病毒感染相关肿瘤

Pin1在病毒感染相关的肿瘤（比如鼻咽癌和肝癌等）发展中起到一定的促进作用。Xu M等人的研究发现在鼻咽癌（nasopharyngeal carcinoma, NPC）中，EB病毒（Epstein-Barr virus，EBV）相关的NPC细胞中Pin1过表达，这种现象在EBV阴性的NPC上皮细胞中并没有出现；在进一步的检测中发现，在NP69细胞系中Pin1通过MAPK/JNK（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信号传导途径诱导细胞中的c-Jun和磷酸化-c-Jun（Ser63和Ser73）的上调进而增加cyclin D1的表达[14]；而cyclin D1过表达的细胞中具有较高水平的潜伏EBV基因（EBER1 / 2和EBNA1）mRNA转录水平的表达，并且cyclin D1能有效抑制由EBV感染引起的癌前期NPC细胞的衰老和凋亡[15]。在肝癌中，Pin1识别和结合于由细胞核中CDK4介导Ser249磷酸化的p53-RS（p53-R249S）并介导p53-RS核转运；进入细胞核的p53-RS与c-Myc的相互作用使其获得新的功能。该作用给予c-Myc免受FBW7（F-box and WD repeat domain-containing 7）介导蛋白水解的保护而保持稳定性和增加核内转录翻译，进而通过c-Myc驱动的核糖体生物合成和促进细胞存活，参与诱导HBV感染的肿瘤细胞增殖和存活能力；这种作用在部分检测HBV阳性的患者中都存在p53-RS和Pin1的高表达进一步证实[7]。但是以上的研究主要关于Pin1与病毒感染之间存在的相关性，以及如何参与信号调控从而维持和增加被病毒感染的肿瘤细胞的活性之间的间接作用，并没有明确地证明病毒是否具有启动Pin1表达，或者Pin1调节何种具体机制促使病毒感染和对免疫杀伤的抵抗等。

2.4 Pin1与肿瘤代谢

大部分的肿瘤通过糖酵解快速产生所需能量，并通过乳酸发酵作用深度利用能量，这种作用称为肿瘤特异性Warburg效应[16]。在胶质母细胞瘤中，缺氧通过激活细胞质中的EGFR活化ERK1/2，ERK1/2与磷酸甘油酸激酶1（phosphoglycerate kinase 1，PGK1）的V278 / I280 / L282的对接基序结合，并介导PGK1 S203磷酸化；之后，Pin1识别磷酸化的PGK1并依赖性顺式-反式异构化PGK1 pS203/ P204基序，从而暴露含有R39 / K41残基的线粒体靶向信号使得转运体TOM复合物识别PGK1，促进PGK1进入线粒体。线粒体中的PGK1直接与PDHK1上的T338相互作用并磷酸化PDHK1。该磷酸化增强PDHK1活性和PDHK1介导的PDH磷酸化，导致PDH依赖性丙酮酸利用和线粒体中ROS产生的抑制以及丙酮酸和乳酸在胞质产生增加，从而促进缺氧条件下的肿瘤细胞增殖[17]。另外， Pin1在胞质中结合于由EGFR激活诱导的ERK磷酸化的PKM2 S37，导致PKM2顺式-反式构象变化，诱导PKM2 S37核定位信号暴露和结合于输入蛋白importin α5并引起核移位[28]。随后细胞核内的双特异性磷酸酶Cdc25A（cell division cycle 25）去磷酸化PKM2 pS37，PKM2的去磷酸化诱导β-连环蛋白反式激活，增强葡萄糖消耗、乳酸产生和细胞增殖[18]。因此，Pin1对肿瘤在缺氧条件下促进肿瘤细胞克服缺氧和营养不足中做出一定的贡献。目前的实验结果主要证明Pin1参与糖酵解相关蛋白的线粒体定位的方式，间接促进糖酵解，它是否能直接作用于糖酵解，或者通过其他途径进入线粒体起作用等还不清楚。

2.5 Pin1与G蛋白偶联受体激酶2促肿瘤进展

在某些特定的乳腺癌细胞系中，比如T47D和MCF7细胞中，过表达的G蛋白偶联受体激酶2（G-protein-coupled receptor kinase 2，GRK2）与Pin1的表达和乙酰化呈正相关。在这些细胞系中，它们通过自身的雌激素受体，如EGFR（MDAMB468）和HER2，响应雌激素的刺激从而促进GRK2的表达和活化；在未转化的MCF10A（或184B5）细胞中，活化的GRK2促进有丝分裂进入标志物pHis3以及Pin1（乳腺癌中HER2和ER介导的信号转导的关键调节剂）的水平显着增加。同时，ERK1/2通过EGFR诱导GRK2上S6K磷酸化介导GRK2与组蛋白去乙酰化酶6（histone deacetylase 6，HDAC6）结合和磷酸化；GRK2-HDAC6模块通过触发Pin1的乙酰化主要位点赖氨酸46残基的去乙酰化来刺激Pin1去乙酰化和Pin1与HDAC6的内源性缔合；去乙酰化的Pin1正向调节其它下游因子的蛋白质水平，比如cyclin D1，进而增加GRK2促进正常血清条件下MCF7和MDA-MB-231转化细胞的生长速率和对抗肿瘤药物的能力。在检测的部分临床患者中，有41%的患者组织中GRK2高表达，并且GRK2的表达与Pin1呈正相关，而其中80%来自原发性肿瘤[19]。这进一步说明Pin1在GRK2促进肿瘤进展中起到一定的作用，但是Pin1是否参与GEK2诱导的原发性肿瘤的发生目前还不清楚。GEK2只是丝氨酸/色氨酸蛋白激酶家族中的一个成员，Pin1在其它肿瘤中如何参与GEK2促进肿瘤进展等还有待研究。

2.6 Pin1-HIF-1α和Notch3相互作用与肿瘤进展

缺氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor-1a,HIF-1a）为肿瘤微环境中常见的由缺氧诱导的促肿瘤发展先关蛋白质，它与Pin1之间存在以磷酸化的方式相互作用共同诱导肿瘤的恶化的作用。Hyeong-jun等人证明的在人结肠癌（HCT116）细胞中Pin1通过与Ser641和Ser643磷酸化的HIF-1α在细胞核直接结合，稳定HIF-1α进而增加转录活性上调血管内皮生长因子的表达[20]。当然，基于HIF-1α在肿瘤中参与多种途径诱导肿瘤的进展，包括诱导肿瘤耐药和引起肿瘤难以根治的血管生成拟态、参与肿瘤相关淋巴细胞的调节和参与肿瘤代谢等[21,22]。其中值得注意的是肿瘤相关的淋巴细胞，因Pin1能够结合于在Ser / Thr-Pro基序中发生磷酸化的Notch3蛋白从而通过增加细胞内结构域（N3IC）蛋白表达，进一步增加基质金属蛋白酶9（MMP9）mRNA的表达，从而有效促进急性T淋巴细胞白血病的侵袭性[23]；目前也有研究证明Pin1与Notch3之间存在作用通路[24]。因此，Pin1、HIF-1α和Notch3之间是否存在共同的机制作用于肿瘤相关的淋巴细胞，还有待进一步研究。针对HIF-1α参与途径的广泛性和常见性，Pin1与HIF-1α之间的作用通路具有一定的潜在临床应用研究价值。

2.7 其他

在鼻咽癌中，Pin1参与在体外和体内激活转录因子1（ATF1）的转录后调节。Pin1与ATF1呈正性相关，通过与Thr184磷酸化的ATF1直接相互作用从而稳定ATF1蛋白和增加其转录活性，进而增加ATF1的下游产物Bcl-2的表达，从而促进NPC的集落形成[25]。在食管癌中高表达的Pin1与低表达miR-370的相互作用促进肿瘤直径增加、分化差、肿瘤侵袭和淋巴结转移相关[26]。CDK2介导的Smad3磷酸化促进Pin1-Smad3相互作用，导致Smad3蛋白酶体降解而增加致瘤性和促转移性的Smad3 /TGFβ通路活性[27]；Pin1在Eμ-myc转基因模型中参与Myc驱动的B细胞淋巴瘤形成中起关键作用[28]，以及PIN1促进锌指蛋白1丰度，从而有助于Hedgehog信号的正调节而驱动神经管细胞肿瘤发生[29]等。因此，PIN1涉及广泛的信号调节通路，但是其中的机制仍不清楚。

3 问题与展望

Pin1常作为肿瘤信号调节通路的中间传递因子，介导和放大促肿瘤信号的调节作用。但是，其中的下游信号调控通路仍待阐明；各个信号通路之间是通过何种机制促使Pin1的表达增加，其具体的分子机制仍未阐明；另外，Pin1在不同的亚细胞定位中表达对肿瘤患者预后中的作用，进一步的研究其机制并有效平衡Pin1在不同亚细胞定位表达，可能是控制肿瘤恶化的重要方式。目前也有人认为Pin1有利于抑制肿瘤，比如在P53缺失的细胞中，Pin1特异性结合P-糖蛋白（P-gp）（一种ATP驱动的外排泵）基因的阳性转录因子FOXO3（forkhead box O3）并使其去稳定化，降低P-gp的细胞内水平并减少细胞将基因毒性药物泵出，从而增加肿瘤细胞对抗肿瘤药物的敏感性[30]。因此， Pin1过表达是起到抑制还是促进肿瘤进展的机制仍存争议；并且Pin1的表达量在促进肿瘤进展和抑制肿瘤上是否存在一个量点等还有待进一步证实。目前针对Pin1的抑制剂研究也取得一定的进步，但是临床使用还存在一定的限制。尽管如此，基于以上Pin1对肿瘤的促进作用机制，有效阻断Pin1活性将存在一定的肿瘤防治意义。