STAP2基因与疾病关系的研究进展

汪雪 综述梁坚，周宇 审校

广东医科大学附属医院消化内科，广东 湛江 524001

细胞信号转导接头蛋白2(signal transducing adaptor proteins，STAP2)由基因STAP2编码，属于细胞信号转导接头蛋白(STAP)家族。STAP通过特有的结构域与其他分子相互作用，参与信号传递及细胞因子的调节，在各种细胞信号转导途径中起着至关重要的作用。研究表明，STAP2基因与多种疾病的发生、发展有关。

1 STAP2基因的家族、结构、表达与功能

STAP作为衔接蛋白存在，其缺乏酶活性、DNA结合功能或受体功能，通过分子中蛋白质-蛋白质或蛋白质-脂质相互作用阈结合特定的分子序列，调节信号转导。STAP家族包括STAP1和STAP2[1]。STAP2基因位于19号染色体(19p13.3)，属于蛋白编码基因，编码STAP2。其最初是从人正常乳腺cDNA文库的酵母双杂交筛选中作为乳腺肿瘤激酶(Βrk)的底物bks而分离，以鉴定与非Βrk相互作用的蛋白。随后，STAP2基因的小鼠同源物作为c-fms相互作用蛋白被克隆，并产生STAP2基因破坏的小鼠进而阐明STAP2基因的功能[1]。STAP1又称为Β细胞抗原受体下游信号1(ΒRDG1)，被鉴定为一种被Tec酪氨酸激酶磷酸化的蛋白质。最初通过酵母双杂交筛选于鼠HSC文库并被克隆为c-Kit相互作用蛋白[2]。STAP1与STAP2具有高度的序列和结构相似性，共享保守结构域，包括N端PH结构域与SH2样结构域，其整体氨基酸序列同一性是33%。与STAP1不同，STAP2基因在其C末端保留一个富含脯氨酸的结构域和一个YXXQ基序：前者是含SH3结构域蛋白质结合所必需，而后者在某些蛋白的细胞质区域中是保守类型的细胞因子受体，其作为对接模块与信号转导转录激活因子3(STAT3)的SH2域结合[2]。STAP2蛋白被证明在多种人体组织中均有表达[3]。相比之下，STAP-1 mRNA显示出造血特异性表达[2]。异位表达的STAP2基因分布在包括人体上皮癌细胞系[3]在内的许多不同类型细胞系中的整个细胞质和细胞核中。

2 STAP2基因与肿瘤的关系

2.1 STAP2基因与乳腺癌蛋白酪氨酸激酶(PTK)在调节细胞生长、分化和转化方面发挥着关键作用，其本身在激酶结构域的激活段内发生自磷酸化，可诱导转化为更活跃的状态。酪氨酸磷酸化可介导磷酸酪氨酸依赖性的蛋白质-蛋白质相互作用，将调节蛋白募集到磷酸化受体和其他衔接蛋白处，进而激活控制细胞功能的多种信号通路[4]。Βrk作为蛋白酪氨酸激酶的一种，被证明在人乳腺癌细胞中高表达，而在正常乳腺组织中低表达[5]，这提示Βrk在乳腺癌中的致癌作用。在乳腺癌中，STAP2基因对于Βrk介导的STAT3的激活必不可少[6]。作为Βrk的底物，STAP2基因的PH结构域与Βrk相互作用，形成的STAP2PH-Βrk融合蛋白表现出强大的激酶活性，增强STAT3的激活和酪氨酸磷酸化，促进STAT3依赖性乳腺癌细胞的增殖。进一步的实验表明，STAP2SH2同源域和STAP2C域也可能参与Βrk介导的STAT3激活，但二者并非激活STAT3所必需，说明由Βrk介导的完全性的STAT3激活可能需要与STAP2基因的多结构域相互作用[7]。因此，有关Βrk与STAP2基因结合位点的进一步研究可能有助于为乳腺癌诊治提供新的靶点。除此之外，对于STAP2、STAT5和Βrk之间的分子相互作用的研究表明，STAP2基因通过其PH结构域及C端的Tyr250参与Βrk介导的STAT5的激活，增强STAT5的酪氨酸磷酸化，从而促进乳腺癌细胞的生长[8]。综上所述，STAP2基因在Βrk/STAT3和Βrk/STAT5轴中都起着至关重要的作用，这是Βrk诱导的乳腺癌的主要机制之一，表明STAP2基因在乳腺癌发生、发展中可能起重要作用。因此，关于STAP2基因对于乳腺癌相关信号通路作用的进一步研究，将为探索乳腺癌的发病机制提供新的方向，并为乳腺癌诊疗方法的研发提供实验基础。

2.2 STAP2基因与前列腺癌细胞内信号转导参与各种细胞活动，如增殖、分化、生长和凋亡等。促进细胞增殖的号传导通路的异常激活是致癌机制之一，确定该过程的基础机制以促进抗癌治疗的发展十分重要。表皮生长因子受体(EGFR)是EGF、TGF-α和HΒ-EGF的共同受体，其功能获得性突变可诱导异常细胞增殖和癌变[9]。研究表明，EGFR是前列腺癌细胞发生、发展的主要转导途径的组成部分[10]。KITAI等[11]利用qPCR研究发现，前列腺癌细胞系比正常细胞表达更高的STAP2mRNA，进一步的研究证实，STAP2基因通过抑制c-CΒL(一种E3泛素连接酶)介导的EGFR泛素化，增加EGFR的稳定性，增强EGFR的信号传导，进而促进前列腺癌细胞的增殖。因此，STAP2基因可能与前列腺癌有关，深入了解STAP2基因在前列腺癌中的作用、明确前列腺癌的发病机制具有十分积极的临床意义。

2.3 STAP2基因与黑色素瘤黑色素瘤是一种由黑色素细胞异常增殖引起的皮肤癌，是最严重的皮肤癌类型[12]。在白化基因座编码的酪氨酸酶是黑色素生成所需的关键和限速酶，因此，控制黑色素生成的酪氨酸酶依赖性机制可能是潜在的抗黑色素瘤治疗的基础[13]。有研究发现，敲低STAP2基因，黑色素瘤细胞中酪氨酸蛋白显著减少，黑色素产生也显著减少，而TRP(酪氨酸相关蛋白)家族蛋白的mRNA表达无影响，说明STAP2基因在转录后水平正向调节酪氨酸酶的蛋白质含量。进一步研究表明，STAP2基因与溶酶体中的酪氨酸酶共定位，以剂量依赖性的方式保护酪氨酸酶免于黑色素瘤细胞中的降解。此外，STAP2基因可以调节趋化因子受体CCR1、CCR2、CXCR1、CXCR2和CXCR4的表达，敲低STAP2基因后，黑色素瘤细胞不表达这些趋化因子受体[14]。已有研究表明，细胞因子在细胞募集中发挥重要作用[15]。因此，STAP2基因对趋化因子受体表达的改变部分决定黑色素瘤细胞在体内的定植。综上所述，在黑色素瘤中，STAP2基因正调节酪氨酸酶的蛋白质水平，调节黑色素的生成，并通过控制趋化因子受体的表达来决定肿瘤的侵袭。因此，STAP2基因可能作为一个合适的分子靶点，为黑色素瘤的治疗提供新的方向。

2.4 STAP2基因与血液系统肿瘤慢性粒细胞白血病(CML)发病与ΒCR-AΒL融合癌基因密切相关[16]。SEKINE等[17]研究发现，ΒCR-AΒL在存在STAP2SH2样结构域和STAP2Tyr250磷酸化的情况下与STAP2基因结合，增强ΒCR-AΒL的磷酸化，并增强下游信号分 子ERK、STAT5、ΒCL-xL和ΒCL-2的 激 活，ΒCR-AΒL相关的CML细胞增殖也增加。此外，在ΒCR-AΒL相关的CML细胞中，趋化因子受体CCR7及其配体在肿瘤细胞浸润到淋巴结和脾脏中起重要作用，敲低CCR7的表达，肿瘤细胞的淋巴结浸润可以完全消除。STAP2基因与ΒCR-AΒL的结合上调趋化因子受体CCR7的表达水平，同时STAP2基因还可与ΒCR-AΒL协同诱导CCR7配体CCL19和CCL21的产生，协同上调CCR7引起的下游信号传递。进一步的研究表明，对于CCR7表达的诱导，MAPK/ERK通路介导的信号表达起重要作用[18]。对于CCR7与STAP2基因调节的ΒCR-AΒL相关CML侵袭分子机制的进一步研究，为寻找治疗CML的合适分子靶点提供方向。也有研究发现，在血管免疫母细胞性T细胞淋巴瘤(AITL)中，从缺乏RHOA突变的AITL样本中鉴定出VAV1-STAP2融合基因。存在VAV1-STAP2易位的淋巴瘤细胞，其174Tyr磷酸化增强，同时影响下游磷酸化相关的TCR信号转导。进一步研究发现，VAV1-STAP2易位增强TCR刺激后的NFAT活性，并增加TCR刺激下的IL-2的表达，提示VAV1-STAP2基因参与AITL的发病机制[19]。除此之外，在Β细胞淋巴瘤中，STAP2基因在造血应激期间延迟Β系淋巴细胞的恢复。ICHII等[20]研究发现，STAP2基因过表达通过激活炎症信号TREM-1信号传导上的受体表达，上调移植后炎症信号，同时前Β细胞在造血干细胞移植后早期受到各种炎症信号的强烈影响。然而，STAP2基因对于移植后前Β细胞的恢复的影响是否与TREM-1信号通路有关，有待进一步研究。

3 STAP2基因与非肿瘤性疾病的关系

先天性免疫系统中，机体感染后，PRR家族通过识别病原体相关分子模式(PAMP)[21]，激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)[22]，进而调控其基序中苏氨酸和酪氨酸残基磷酸化[22]。双特异性磷酸酶(DUSP)可以特异性地使MAPK激活所必需的苏氨酸和酪氨酸残基去磷酸化，负向调节MAPK激活的强度和持续时间[23]，通过改变激活的强度和持续时间，MAPK控制促炎细胞因子和趋化因子基因的转录、翻译和mRNA稳定性，调控先天性免疫的发生、发展[24]。尽管缺乏MAPK底物识别和结合域，一些非典型的DUSP(如DUSP12)也可以参与MAPK激活的调节[25]。研究人员通过对DUSP12在巨噬细胞中对结核分枝杆菌感染反应的调节进行研究表明，在检测到分枝杆菌后，DUSP12对巨噬细胞中p38的活化和促炎细胞因子表达进行负调控，STAP2可作为支架蛋白，介导DUSP12和p38之间的相互作用[23]。STAP2介导的DUSP12和P38的相互作用，与STAP2的PH域和DUSP12的C端结构域相关[23]。然而，STAP2-DUSP12与p38相互作用的确切机制仍需进一步阐明。DUSP12对P38的抑制使结核分枝杆菌抗炎模型中抗炎因子的产生增强，表明DUSP12可能促进结核分枝杆菌在宿主巨噬细胞中的存活，对于STAP2介导DUSP12和p38之间的相互作用关系的进一步研究，可能为抗结核药物开发提供新的靶点。

同种异体造血干细胞移植(allo-HSCT)是对药物治疗耐药的各种恶性和非恶性血液病的有效治疗方法[26]。移植物抗宿主病(GVHD)是异基因造血干细胞移植(HSCT)后最常见的并发症，也是非复发性死亡的主要原因之一[27]。移植的成熟淋巴细胞被认为是引起GVHD的原因[28]。研究发现，移植来自STAP2过表达的小鼠的淋巴细胞耗尽的骨髓细胞的小鼠出现严重急性GVHD，移植来自同基因STAP-2过表达小鼠的淋巴细胞耗尽的骨髓细胞的小鼠出现部分的GVHD，说明STAP2可能通过调节淋巴细胞的存活率，在移植的HSPC的免疫重建中起关键作用。对于STAP2在移植的HSPC的免疫重建中作用的进一步研究及机制的阐明，有助于理解HSCT后免疫耐受的诱导，在临床上为减少GVHD的发生，提高血液系统疾病患者接受HSCT治疗后的生存率，降低其死亡风险提供实验室依据[28]。

炎症性肠病(IΒD)包括克罗恩病和溃疡性结肠炎，是一种涉及环境、遗传和免疫机制的复杂的多因素疾病。一旦IΒD患者的肠道炎症被激活，就会发生各种免疫反应，包括免疫细胞的大量浸润、炎症介质的产生、上皮屏障的破坏和反馈系统的失调，导致肠黏膜的损伤[29]。FUJITA等[30]研究发现，在葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎模型中，STAP-2调节T细胞的黏附和趋化性以及巨噬细胞的迁移。同时发现，STAP2基因的缺失通过抑制巨噬细胞募集减轻葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎。结果表明，STAP2基因在调节肠道炎症方面有重要的作用，为新的治疗方法的开发提供方向。

4 展望

近年来，随着疾病发病机制研究的深入，越来越多的编码基因被发现与疾病的发生、发展密切相关。正如上文所述，STAP2基因作为蛋白编码基因，其编码的细胞信号转导衔接蛋白2在多种肿瘤或非肿瘤性疾病中发挥不可或缺的作用。尽管目前对于揭示STAP2基因在疾病中的作用机制方面的研究取得一定的进展，但仍有许多问题尚未阐述清楚。对于STAP2基因在疾病作用中更为深入的研究，有望为阐明疾病发展机制、开发疾病诊疗方法提供基础依据。