支架蛋白家族IQGAP在肿瘤中的生物学功能研究进展

刘飞能，夏成兴，欧译天，杨德林

昆明医科大学第二附属医院 泌尿外科，云南 昆明 650101

IQGAP（IQ motif containing GTPase activating proteins）是一类重要的支架蛋白，存在于多种生物中，从酵母细胞到哺乳动物都有报道。目前在人类中主要发现IQGAP蛋白家族的3种亚型，即IQGAP1、IQGAP2、IQGAP3。IQGAP是多结构域的功能蛋白，可与生物中多种信号通路相关的关键分子结合并发挥作用，可调节各种细胞过程，如胞质分裂[1]、细胞迁移与侵袭[2]、细胞增殖[3]、细胞内信号传导和小泡转运[4]、细胞骨架动力学[5]。在IQGAP蛋白家族中，IQGAP1是最早被发现的，大多文献报道其在肿瘤的发生发展中扮演着促癌基因的角色[6]，IQGAP2在肿瘤中可能发挥着抑癌基因的作用[7]。目前对IQGAP3的报道较少，现有研究大多表明IQGAP3可能是一个促癌基因，与肿瘤预后相关[8]。基于支架蛋白家族IQGAPS在肿瘤中的重要生物学功能，我们在此对近年来IQGAP蛋白家族在肿瘤中的研究进展做简要综述。

1 IQGAP蛋白家族成员的结构及表达定位

IQGAP蛋白具有相似的结构域，并且这些结构域具有相当大的序列同源性。IQGAP蛋白是一类多结构域蛋白，包含多个蛋白间相互作用的结构域。这些结构域主要包括以下5种：肌钙样蛋白（calponin）同源结构域（CHD）、多聚脯氨酸结合结构域（WW）、钙调蛋白结合蛋白（IQ）、Ras-GAP激活蛋白相关结构域（GRD）及C端序列Ras-GAP_C。这些结构域可与不同的蛋白相互结合而发挥作用。CHD结构域可与F-actin相结合，WW结构域可与ERK1/2结合发挥作用，IQ部分可与MEK1/2、Raf、EGFR及钙调蛋白相互作用，GRD部分可与Cdc42、Rac1等相互作用[9]。在IQGAP蛋白家族中，由于IQGAP1、IQGAP2、IQGAP3三者的蛋白结构域不完全相同，这3种同源蛋白可能在人体组织中的表达、亚细胞定位及功能等方面存在差异。目前，IQGAP1是三者中研究最早也最全面的，它在人体组织中几乎呈全身性表达趋势。IQGAP2主要存在于肝脏中，但也有报道在胃[7]、前列腺[10]、卵巢[11]等中也可检出。IQGAP3被报道存在于结肠[8]、肝[12]、肺[13]、胃[2]、乳腺[14]等组织中。IQGAP蛋白各成员在人的亚细胞定位上既有相似之处，也有不同之处。在培养的人上皮细胞中，内源性IQGAP1分布在整个细胞质中，并在E-cadherin共定位的细胞连接处聚集[15]。在静止的人血小板中，IQGAP2显示出弥漫性的细胞质染色[16]。当血小板被激活时，IQGAP2主要存在于丝状伪足中，在细胞体中染色不明显。目前，IQGAP3在人类细胞中的定位尚不清楚。IQGAP3在PC12大鼠嗜铬细胞中弥散分布于细胞浆中[17]，而在培养的Eph4小鼠上皮细胞中分布于细胞-细胞交界处。IQGAP1和IQGAP3在大鼠胚胎海马神经元的细胞体、轴突远端和轴突生长锥中分布相似。还有学者报道，IQGAP3的表达局限于增殖细胞[18]。需要进一步的研究来明确IQGAP2和IQGAP3在人体组织中的亚细胞分布。

2 IQGAP蛋白在肿瘤中的生物学功能

2.1 IQGAP1在肿瘤中的表达及作用

IQGAP1是一种关键的支架蛋白，可调节许多细胞过程和信号通路。与许多其他细胞蛋白类似，IQGAP1经历翻译后修饰，包括磷酸化。IQGAP1是IQGAP蛋白在肿瘤中研究最早并且最透彻的成员，它在肿瘤中主要发挥促癌基因的作用[6]。多项研究表明IQGAP1在许多肿瘤组织样本和肿瘤细胞系中的表达明显上调。临床肿瘤标本研究证明IQGAP1在结直肠癌[19]、胃癌[20]、胰腺癌[21]、头颈部鳞状细胞癌[22]等多种癌症中高表达，其表达水平与肿瘤分级及转移潜力密切相关。免疫组化研究表明，除表达增加外，IQGAP1在肿瘤组织和某些癌细胞系中的定位也发生了改变。例如，与中央肿瘤区域和癌旁组织相比，高转移性结直肠癌[19]表现出强烈的IQGAP1染色，特别是在肿瘤周围。IQGAP1染色通常位于细胞膜褶边，特别是邻近细胞的交界处或侵袭性肿瘤的侵袭前沿。IQGAP1从细胞质到膜的定位变化与肿瘤病理分级有一定的相关性。并且，IQGAP1在不同类型肿瘤中细胞质到膜质染色模式的改变以及IQGAP1的高表达与不良预后有显著相关性[19]。值得注意的是，IQGAP1的过表达可能对一些肿瘤实现快速生长、高侵袭潜能和血管生成至关重要[23]。IQGAP1在头颈部鳞状细胞癌中过表达，其过表达与头颈部鳞状细胞癌患者的预后较差有关，这表明IQGAP1在头颈部鳞状细胞癌的发展中可能很重要。IQGAP1至少部分通过支架EGFR/PI3K信号传导途径促进头颈部鳞状细胞癌中发挥作用[24]。此外，研究表明乙肝病毒上调IQGAP1通过依赖Rac1的ROS蓄积和激活Src/FAK信号转导，促进肝癌细胞抗凋亡、迁移和侵袭，提示IQGAP1可作为乙肝病毒感染的肝癌患者的预后指标和新的治疗靶点[25]。Hebert等[26]使用敲低和敲除IQGAP1来研究其在体内黑色素瘤和乳腺癌细胞转移级联中的作用，发现IQGAP1表达降低减少了自发和实验转移的形成，而没有限制原发性或转移性肿瘤的生长。此外，IQGAP1敲除可显著抑制肿瘤细胞从循环中渗出，可能涉及内足功能。这项研究表明，IQGAP1通过调节外渗对于体内转移至关重要，暗示它可能成为一种抑制转移的有效治疗靶点。

2.2 IQGAP2在肿瘤中的表达及作用

目前，IQGAP2在肿瘤中的研究报道比较局限，在一些炎症方面也有涉及，有学者报道缺乏IQGAP2基因的小鼠对化学诱导的结肠炎有抵抗力，IQGAP2可在2个不同水平上促进炎症反应，主要通过TLR4/NF-κB信号通路在结肠上皮中局部定位，并通过控制成熟和募集髓样免疫细胞系统性定位[27]。米蒂酮通过TLR4/NF-κB/IQGAP2信号通路对炎症性肠病发挥抗炎作用[28]。多数研究表明IQGAP2在肿瘤中呈低表达，Kumar等使用TCGA等大型数据集，进行了IQGAP2的全癌状态分析，同时进行了临床免疫组化验证，在结直肠癌和胃癌中，IQGAP2在肿瘤组织中的表达低于癌旁组织，在大多数癌症中IQGAP2表达与生存能力呈正相关，并且IQGAP2主要定位于组织的细胞质和细胞膜中[29]。另外，IQGAP2是前列腺癌的肿瘤抑制因子，并且IQGAP2的下调可促进前列腺癌的复发和转移[10]。在胃癌中，IQGAP2和SHIP2在胃癌细胞的细胞质中共定位，IQGAP2通过提高SHIP2磷酸酶活性来抑制胃癌细胞的迁移和侵袭[7]。IQGAP2在卵巢癌中表达下调，进一步的生存分析表明IQGAP2降低与卵巢癌患者的无进展生存期恶化有关，生物学功能研究表明IQGAP2通过抑制Wnt诱导的β-catenin抑制卵巢癌细胞上皮-间质转化、迁移和侵袭[11]。总之，IQGAP2结构域特异性阻断剂可能成为一种治疗炎症性疾病和其他与炎症相关的疾病（包括癌症）的新颖策略。

2.3 IQGAP3在肿瘤中的表达及作用

在IQGAP蛋白家族中，IQGAP3是最晚被发现的，目前对IQGAP3在肿瘤中的研究报道较少。作为最新发现的IQGAP家族成员，IQGAP3在人体各组织的定位及在肿瘤中的生物学功能尚未完全明确，目前发现IQGAP3定位于lq21.3染色体，而lq21.3片段是肿瘤基因扩增的高发区域，所以很多学者认为IQGAP3可能促进肿瘤的发生发展[2]。

研究发现IQGAP3在几种人类癌症中普遍高表达，包括卵巢癌[30]、胃癌[31]、结直肠癌[32]、肝癌[12]等，并且其表达水平可能与某些肿瘤的恶性程度呈正相关。Wu等[32]通过组织芯片和体外细胞实验证实了IQGAP3的高表达预示着结直肠癌患者的预后不良。Oue等[31]报道了IQGAP3的过表达与胃癌患者的不良生存有关，在Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ期病例中，IQGAP3阳性病例比Ⅰ期病例中更常见。同时很多研究表明，通过干预肿瘤细胞中IQGAP3的表达水平可以改善肿瘤的发生发展进程。当IQGAP3过表达后，乳腺癌患者预后不良并可增强其放疗耐药程度。体外实验发现[33]，敲低IQGAP3可以显著抑制胰腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭，并可诱导细胞凋亡[34]。IQGAP3沉默可显著降低卵巢癌细胞系的增殖、迁移和侵袭，增强细胞凋亡，并且IQGAP3的下调可改变对奥拉帕尼化学敏感性的影响。IQGAP3还可作为一种新的非侵入性诊断标志物和预后标志物，Kim等[35]报道了尿液无细胞核酸IQGAP3可作为膀胱癌的新的非侵入性诊断标记，尿液无细胞核酸IQGAP3高水平也反映了在膀胱癌组织中的高表达；无尿细胞DNA IQGAP3/BMP4比率可作为非肌肉浸润性膀胱癌的预后标志物[36]，IQGAP3/BMP4比率高的非肌肉浸润性膀胱癌患者的无复发生存率和无进展生存率均较差。Cao等[37]在检测IQGAP3、B7-H4和环氧合酶2在结直肠癌诊断和预后评估中的临床价值时，发现IQGAP3的灵敏性和特异性高于后两者。总之，IQGAP3在大多肿瘤中呈高表达状态，发挥着促癌因子的作用，并且与癌症的恶性程度有关，还可能成为肿瘤的一种诊断和预后标记物。

3 IQGAP蛋白家族在肿瘤中介导的相关信号通路

IQGAP蛋白家族在肿瘤中发挥的作用，主要是通过与多种信号通路关键分子结合并且与相应蛋白相互作用，从而参与信号通路的整合和发挥生物学功能。在肿瘤发生发展中，IQGAP蛋白能与MAPK、RAS等信号通路的关键分子结合并且与相应蛋白相互作用而发挥生物学功能 。

3.1 MAPK信号通路

MAPK信号通路参与细胞增殖、分化、迁移等多种生物学过程，可参与肿瘤的发生发展调控[38]，并且RAS-RAF-MEK-ERK信号通路通常与MAPK信号通路级联，常被称为RAS/MAPK级联，一直是癌症药物开发的重点。IQGAP蛋白可能与MAPK信号通路的多种成分结合，在某些生长因子的刺激下，在调节细胞过程中发挥重要作用[18]。IQGAP3干扰下调时，可诱导MAPK通路中ERK磷酸化来抑制Eph4乳腺上皮细胞的增殖，并且这种增殖反应可被ERK抑制剂u0126所阻断[18]。IQGAP3的过度表达促进肿瘤细胞生长、迁移和侵袭，而敲低IQGAP3表现出相反的效果，IQGAP3能够与ERK1相互作用并在经EGF处理后增强其磷酸化，最终，IQGAP3促进EGFR-ERK信号传导以及肺癌细胞的生长和转移[18]。Bardwell等使用定量体外结合测定法证实，IQGAP1的IQ结构域对于结合ERK1和ERK2以及MAPK激酶MEK1和MEK2都是必要和充分的，而IQGAP1的WW结构域对于结合MAPK激酶ERK1和ERK2既非必需也非足够的[39]。因此，IQGAP蛋白对肿瘤细胞的生物学作用可通过调节MAPK信号通路的反应来诱导。

3.2 RAS信号通路

RAS超家族的异常激活是致癌作用的关键因素之一。RAS基因家族中的H-Ras、K-Ras、NRas与人类肿瘤相关，其中K-Ras是最频繁变异的一种，发生异常时引起下游通路信号分子的改变,可导致癌细胞持续生长，并能抑制细胞凋亡。同时，K-Ras表达水平代表不同的肿瘤免疫浸润状态，这可能是由于RAS/MAPK和RAS/PI3K途径对PD-L1水平的影响所致[40]。IQGAP蛋白对肿瘤细胞的生物学作用可通过调节RAS信号通路的反应来诱导。Zoheir等发现IQGAP1基因沉默可诱导人肝癌细胞凋亡并降低其侵袭能力，观察到IQGAP1沉默后 H-Ras、K-Ras、N-Ras和M-Ras的mRNA水平下降，这表明IQGAP1可能调节RAS基因家族的表达，并通过凋亡网络起调节作用[6]。人胰腺癌细胞中的IQGAP1受RNA干扰并下调后，可抑制癌细胞的增殖、转移。机制分析表明，IQGAP1介导的胰腺细胞增殖和肿瘤的发生发展可能是通过诱导Ras下游通路中的Cdc42/Rac1分子途径导致的[3]。乳腺癌细胞中的IQGAP3沉默显著抑制了细胞迁移和侵袭，可能与IQGAP3激活K-Ras信号下游的Rac和CDC42信号分子有关，从而影响肿瘤细胞的侵袭和迁移活动[14]。但也有文献提出IQGAP蛋白不是H-Ras、K-Ras或N-Ras的功能性相互作用物，并挑战了靶向Ras与IQGAP相互作用以开发治疗剂的基本原理[41]。

4 结语

综上所述，在IQGAP蛋白家族中，IQGAP1几乎呈全身性表达，在肿瘤组织中高表达，发挥着促癌基因的作用；IQGAP2在肿瘤组织中低表达，可抑制肿瘤的发生发展；IQGAP3在已发现的肿瘤组织中高表达，可促进肿瘤细胞的增殖、侵袭、迁移等。IQGAP蛋白是多结构域蛋白，在肿瘤的发生发展中能与MAPK、RAS等信号通路的关键分子结合并且与相应蛋白相互作用而发挥生物学功能。因此，通过影响IQGAP蛋白各型的表达水平来介导肿瘤的发生发展，在理论上可行。但IQGAP蛋白家族直接参与肿瘤中发挥作用的确切机制尚不明确，IQGAP蛋白3个成员的实质性差异尚待明晰。此外，IQGAP1、IQGAP2、IQGAP3在肿瘤中的表达为何不同，是什么过程触发了它们的发生？阐明这些问题，仍需要大量的实验研究来解决。