肝激酶B1与肿瘤关系的研究进展

2019-03-21苏奇斌贾蓉蓉钟鉴宏向邦德黎乐群

广西医学 2019年19期

苏奇斌贾蓉蓉钟鉴宏向邦德,3 黎乐群,3 马良

(广西医科大学附属肿瘤医院1 肝胆外科，2 实验基础部，南宁市 530021，电子邮箱：suqibin12@163.com；3 广西肝癌诊疗工程技术研究中心，南宁市 530021)

【提要】肝激酶B1是一种肿瘤抑制基因，其通过调节基因表达和多种信号通路在肿瘤细胞的侵袭和迁移中起重要作用，并且与肿瘤的预后有关。在多种恶性肿瘤细胞中，肝激酶B1基因缺失或突变。本文就肝激酶B1与肿瘤关系的研究进展进行综述。

肝激酶B1又称Peutz-Jeghers综合征相关基因丝氨酸/苏氨酸激酶11，其编码高度保守的丝氨酸/苏氨酸激酶，参与细胞生长、分化、凋亡等病理生理学过程。多种肿瘤均存在肝激酶B1突变，如恶性黑色素瘤、肝癌、肺癌、食管癌、乳腺癌、胰腺癌、宫颈癌、卵巢癌、胃癌等[1]，其与肿瘤的预后有关。本文就肝激酶B1在肿瘤中作用的研究进展进行综述，为肿瘤的治疗提供参考。

1 肝激酶B1的生物学特性

野生型肝激酶B1分布于正常细胞的细胞核及细胞质，以及凋亡细胞的线粒体。肝激酶B1基因位于第19号染色体短臂13.3区，由10个外显子组成，以端粒至着丝粒方向转录[2]。肝激酶B1基因常见的突变包括K78I、D17GN、W308C及L67P等，其还可与其他基因的突变共存，如Kras、TP53、BRG1[3]。肝激酶B1存在于人体多种组织中，在胎儿中的表达较成人高。在胎儿发育过程中，心脏、食道、胰腺、肾、结肠、肺、小肠和胃中肝激酶B1的表达较高；而在成人卵巢黄体、睾丸生精小管、骨骼肌细胞和神经胶质细胞中，肝激酶B1的表达较高[4-5]。肝激酶B1偶尔通过双等位基因失活而失活[6]，从而存在于散发性结直肠癌[7]。肝激酶B1基因参与多种过程的调节，包括细胞周期停滞，P53介导的凋亡和细胞极性的诱导，其可使细胞周期阻滞在G1期而抑制细胞增殖，加速细胞凋亡，从而抑制肿瘤的发生发展[2，8]。

2 肝激酶B1的抑癌作用机制

2.1 激活腺苷酸活化蛋白激酶肝激酶B1直接磷酸化和调节13种蛋白激酶，是腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK)的关键上游激活因子。AMPK的激活可促进P53稳定，并激活细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂P21和P27，从而使细胞周期阻滞，同时还可抑制大多数细胞内大分子的合成，如脂肪酸、三酰甘油、胆固醇、糖原、核糖体RNA和蛋白质，从而抑制细胞生长[9]。AMPK是肿瘤抑制因子和细胞能量状态的传感器。肿瘤细胞通过增加葡萄糖摄取和糖酵解来合成三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)，在细胞内一磷酸腺苷(adenosine monophosphate，AMP)/ATP比值上升时AMPK被激活，激活的AMPK可增加ATP的产生，使AMP/ATP比值平衡，从而抑制肿瘤细胞生长[10]。肝激酶B1蛋白并不直接抑制细胞增殖，而是通过转录水平活化或磷酸化，以及激活AMPK而抑制肿瘤。因此肝激酶B1被称为肿瘤抑制基因。肝激酶B1还可以通过AMPK调节能量平衡，磷酸化其a亚基上的苏氨酸-172[11]。此外，肝激酶B1/AMPK信号通路调节细胞骨架微管的形成和细胞极性蛋白的表达，以维持细胞极性，并抑制细胞增殖和能量代谢。肝激酶B1/AMPK通过下调转化生长因子β信号传导的下游因子(如基质金属蛋白酶和Snail)，来抑制肿瘤的侵袭和迁移。

2.2 抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，以mTOR复合体1和mTOR复合体2两种复合物形式存在，可以促进mRNA翻译、核酸合成、脂质合成和能量代谢，是细胞生长和自噬的关键调节因子[12]。mTOR在肝激酶B1突变引起的肿瘤中高度活化，其通过磷酸化Unc-51样自噬激活激酶1、2来抑制自噬和凋亡，导致肿瘤细胞生长[13]。mTOR催化激酶抑制剂可以通过阻断细胞周期和促进自噬，从而抑制肿瘤生长或使肿瘤消退，而AMPK可通过抑制mTOR信号传导促进自噬，还可通过调节mTOR通路以调控肿瘤的生长和增殖[14]。mTOR通路最具特征性的下游效应物是P70S6激酶和真核起始因子4E结合蛋白1翻译受体，两者均是蛋白翻译的起始因子，活化的mTOR通过磷酸化这两种蛋白来调控细胞的生长。此外，肝激酶B1通过激活AMPK磷酸化的结节性硬化复合物(tuberous sclerosis complex,TSC)1/TSC2，以负性调节mTOR信号传导[1]，特别是在缺乏生长因子的情况下，TSC1/TSC2复合物抑制mTOR信号通路，切断生物合成，从而抑制许多蛋白质翻译，抑制细胞生长。若TSC1、TSC2或其他上游调节蛋白突变， mTOR水平增加，可导致蛋白质翻译受影响，从而导致肿瘤细胞生长[2]。由此可见，肝激酶B1可负向调控mTOR通路，从而抑制肿瘤生长。

2.3 参与其他信号通路的调节染色体10上缺失的磷酸酶与张力蛋白同源物(phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten，PTEN)基因位于染色体10q23区，是一种编码磷酸酶和张力蛋白同源物的肿瘤抑制基因。PTEN缺失会激活mTOR通路，从而促进细胞增殖和肿瘤的发生[15]。有研究表明，肝激酶B1和PTEN之间有明确的协同效应，肝激酶B1和PTEN同时缺失会导致mTOR上调，增加上皮细胞，最终导致肿瘤的发生[16]。此外，PTEN可以负调节磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，AKT)通路[17]。磷酸化的AKT具有以下作用:(1)灭活糖原合成酶激酶3β，增加细胞周期蛋白D1的激活，进而促进细胞增殖；(2)灭活TSC2，激活mTOR复合体1活性并促进细胞生长；(3)灭活线粒体蛋白Bad，从而促进细胞存活[16]。而PI3K具有丝氨酸/苏氨酸激酶的活性，也具有磷脂酰肌醇激酶的活性，可激活除mTOR-AKT/S6K/SGK途径以外的其他几种途径，也可能涉及调节PI3K下游的细胞生长和增殖。因此，肝激酶B1通过激活AMPK、抑制mTOR和协同PTEN，负向调节PI3K/AKT信号通路，从而抑制肿瘤细胞的生长、增殖。

3 肝激酶B1在肿瘤发生发展中的作用

肝激酶B1是一种肿瘤抑制因子，肝激酶B1缺陷型肿瘤患者的中位生存期仅为13个月，而肝激酶B1野生型肿瘤患者的中位生存期则>100个月[18]。研究显示，肝激酶B1的缺失与肿瘤患者生存率下降密切相关，但与复发的相关性尚不明确[19]。

3.1 肝激酶B1与乳腺癌的关系肝激酶B1突变在乳腺癌中罕见，但黑斑息肉综合征患者乳腺癌风险增加。Fenton等[20]通过免疫组化检测肝激酶B1在乳腺癌中的表达，发现肝激酶B1基因在乳腺癌中发生甲基化而表达降低。Zhuang等[21]发现，肝激酶B1与Hh信号分子表达呈负相关，即肝激酶B1可通过调节乳腺癌中的Hh信号传导来抑制肿瘤的发生；此外，肝激酶B1蛋白的低表达与乳腺癌生存率降低有关。

3.2 肝激酶B1与肺癌的关系肝激酶B1的突变可见于各种病理分型的肺癌[3]，如黏液性细支气管肺泡癌[22]、肺腺癌[23-24]、小细胞肺癌、大细胞神经内分泌癌[25]。肝激酶B1突变在所有引起肺癌的最常见突变基因中排第4位，在非小细胞肺癌中排第3位[26]。肝激酶B1在30%的肺癌细胞系中失活，其中5%～15%为原发性肺腺癌[4，23]。此外，肝激酶B1的缺失在吸烟患者中更为常见[24]。肝激酶B1蛋白的低表达与肺癌的发生密切相关，且影响肿瘤的分化及淋巴结转移和预后。高分化的肿瘤肝激酶B1表达阳性率明显高于中低分化的肿瘤[3]。李洋等[27]研究发现，肝激酶B1过表达可抑制肺癌细胞的增殖。在肺腺癌中，肝激酶B1在转录水平上的缺失可促进肿瘤恶性发展，从而导致患者预后不良，但肝激酶B1蛋白丢失并不影响肺癌患者的总体生存率[28]。

3.3 肝激酶B1与宫颈癌的关系有学者发现，在约50%的宫颈癌细胞系中出现肝激酶B1缺失，其中20%为原发性宫颈肿瘤中的肝激酶B1基因点突变或缺失，肝激酶B1突变和缺失与宫颈癌患者生存率降低密切相关[18]。Zhang等[29]应用免疫组化技术检测肝激酶B1在宫颈癌细胞中的表达，发现肝激酶B1的表达下调可抑制Hela细胞增殖，激活AMPK，并且肝激酶B1在超过50%的宫颈癌患者中表达丧失。

3.4 肝激酶B1与肝癌的关系肿瘤抑制因子肝激酶B1在正常肝脏细胞增殖和再生中发挥重要作用，但在原发性肝癌中会发生高度磷酸化[30]。有研究表明，丙型肝炎病毒感染患者由于AMPK抑制脂肪酸氧化和合成的功能受到影响，若AMPK下调，则大大增加了肝细胞癌的发生风险[9]。肝激酶B1在肝癌组织中阳性表达率明显低于正常肝脏组织和癌旁组织[31]。Jia等[32]研究发现，肝激酶B1是肝结构和功能稳态的关键调节因子，PTEN和肝激酶B1同时缺失会使肝形态异常并促进肿瘤发生。Huang等[33]发现，肝激酶B1在肝癌中表达降低，肝激酶B1低表达患者的生存率也降低，且肝激酶B1与肿瘤细胞的分级和TMN分期相关。

3.5 肝激酶B1与胰腺癌的关系 Kottakis等[34]发现，肝激酶B1突变癌细胞对连接糖酵解、丝氨酸代谢和DNA甲基化的途径具有显著依赖性，可导致胰腺癌发生。Snail蛋白是一种重要的上皮-间质转化诱导因子，与肿瘤转移密切相关；肝激酶B1蛋白水平与胰腺癌细胞及组织中的Snail蛋白水平呈负相关，可通过降低Snail蛋白水平，升高肝激酶B1水平来抑制胰腺癌的侵袭和转移[35]。Yang等[36]研究发现，在胰腺导管腺癌中肝激酶B1 mRNA表达下调，且肝激酶B1蛋白表达是胰腺导管腺癌患者生存的独立预后因素之一。此外，胰腺导管腺癌中肝激酶B1表达降低与临床分期、T型阳离子、N型阳离子、肝转移和血管浸润有关。

3.6 肝激酶B1与卵巢癌的关系 Hong等[37]研究发现，卵巢癌细胞中肝激酶B1-盐诱导激酶1信号通路被抑制，导致上皮-间质转化通路激活，从而引起细胞凋亡抗性，使肿瘤细胞生长；此外，肝激酶B1的上调会促进盐诱导激酶1的表达，并抑制卵巢癌细胞的生长和侵袭，而敲除肝激酶B1则进一步促进转化生长因子β和上皮-间质转化的表达，从而导致卵巢癌细胞的化学敏感性降低。Tanwar等[38]通过建立小鼠动物模型发现，同时敲除肝激酶B1和Pten可导致浆液性卵巢癌的发生发展，证实肝激酶B1和PTEN信号传导的破坏可能导致浆液性卵巢癌的发生发展。

3.7 肝激酶B1与胃癌的关系胃癌患者中也存在肝激酶B1的缺失和突变。Sun等[39]的研究结果显示，胃癌细胞系和胃癌组织中肝激酶B1的mRNA和蛋白表达水平均较低，且胃癌患者肝激酶B1的mRNA和蛋白表达下降水平与TNM分期呈负相关，胃癌中肝激酶B1的mRNA和蛋白表达均可作为胃癌总生存期的独立预后因素。Ma等[40]发现，肝激酶B1基因在胃癌中表达降低，其可通过抑制Yap和β-连环蛋白的核转位而抑制胃癌细胞的增殖，且肝激酶B1表达与胃癌患者的总生存期呈正相关。此外，有研究表明，肝激酶B1的表达可降低肿瘤细胞的活力、迁移率及CD44的表达，并且可以诱导细胞G2期的细胞周期停滞，还可提高胃癌细胞对抗癌药物的敏感性[41]。因此，肝激酶B1蛋白作为胃癌中的肿瘤抑制因子，或可作为胃癌潜在的新型基因治疗靶点。

4 肝激酶B1与肿瘤干细胞的关系

与其他造血细胞相比，造血干细胞对细胞周期的调节更依赖于肝激酶B1。肝激酶B1可通过调节细胞能量代谢和非整倍体来促进干细胞维持和组织再生。在造血干细胞中，肝激酶B1作为线粒体稳态和自嗜调节剂，其缺失会导致造血干细胞分裂增加而快速消耗、全血细胞减少[42]。Kadekar等[43]发现，肝激酶B1可以介导造血干细胞的持久性静止。还有学者发现，在鼠血源性骨髓细胞中肝激酶B1缺乏会导致线粒体缺陷，同时肝激酶B1还是造血干细胞周期调控、存活、线粒体功能和能量稳态所必需的[44-46]。