桥粒斑菲素蛋白2在相关疾病中的最新研究进展

张震，程瑶，赵锐 综述 刘海 审校

川北医学院附属医院耳鼻咽喉头颈外科，四川 南充 637000

桥粒是一种参与细胞-细胞连接的特殊结构，它主要负责肌细胞-肌细胞附着和维持心肌机械完整性[1-2]。作为桥粒主要组成部分之一，桥粒斑菲素蛋白2 (plakophilin2，PKP2)除在细胞黏附中发挥作用外，还在细胞连接处充当细胞内信号枢纽，并参与转录的控制，同时，它还在细胞转运调节和电生理过程发挥着至关重要的作用[3]。近年研究发现，PKP2异常表达和多种疾病发生发展密切相关。本文就桥粒斑菲素蛋白2(PKP2)的结构特点、功能、相关信号通路调控以及在相关疾病中最新研究进展做一综述。

1 PKP2的结构和功能

桥粒斑菲素蛋白家族的蛋白始终被认为是核心桥粒蛋白，它由九个犰狳(臂)重复序列组成，且具有非常长的N 端和异常短的C 端。其中每个臂含有大约42 个氨基酸，并且可形成三个短α螺旋排列成三角形[4]。桥粒斑菲素蛋白家族现共发现3个亚型，依次为桥粒斑菲素蛋白1(plakophilin 1，PKP1)、PKP2及桥粒斑菲素蛋白3(plakophilin 3，PKP3)。与PKP1 高度同源的PKP2最早在1996年被报道，人PKP2基因位于染色体12p11，PKP2 基因的mRNA 大小约为5.3 Kb，翻译成837 个氨基酸的多肽，等电点pH 值为9.33[5]。PKP2 作为桥粒斑菲素蛋白家族中最大的蛋白，它主要以两种不同的剪接变体存在：较小的PKP2a 和较大的PKP2b[5]。它位于细胞桥粒和细胞核中，并且参与钙黏蛋白和细胞骨架中的中间丝之间的连接，通过桥粒-中间丝组装提供横向稳定力，促进细胞间接触[6-7]。PKP2 还主要参与细胞信号转导、细胞转运调节、电生理以及转录调控过程。

2 PKP2所参与的调控及其相关信号通路

在桥粒斑菲素蛋白家族所有成员之中，PKP2 是唯一通过信号传导正向调节表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)的成员[8]。而EGFR与肿瘤发生和侵袭有关，EGFR功能异常可破坏其下游信号传导通路，如STAT1/3和PI3K/AKT通路，这些通路具有促进细胞增殖、侵袭和血管生成的能力[9]。在肺腺癌中，PKP2正是通过激活肺腺癌中EGFR及其下游的信号通路促进肺腺癌细胞增殖和迁移[10]。也有相关研究发现，PKP2在功能上与E-钙黏蛋白相关，并参与β-catenin 介导的信号通路，该条信号通路是上皮-间质转化(epithelial mesenchymal transition，EMT)的标志[11-12]。而EMT 的主要功能是能够减少细胞-细胞黏附并增加肿瘤细胞的运动性，这表明EMT是肿瘤迁移的主要机制[13]。在一份关于结肠癌的研究结果中，PKP2 正是通过异常激活Wnt/β-catenin 信号通路导致结肠癌的发生发展[14]。而在心肌细胞中，当PKP2缺乏时可通过启动和激活Wnt/β-catenin通路，促使心肌细胞纤维脂肪沉积，导致心律失常性心肌病的发生发展[15]；当PKP2 表达缺乏时也会导致TGF-β1表达增加和p38-MAPK 依赖性促纤维化程序激活，这可能是另外一种促进心肌细胞纤维化的途径[16]。Hippo信号通路因其作为组织生长关键调节剂，参与调节多种生物过程，比如调控细胞增殖、存活、运动、形成和差异，而闰盘拆卸可导致Hippo 通路激活以及Hippo 通路效应子YAP(Yes-associated protein)下游磷酸化而失活，这有助于抑制Wnt/β-catenin 信号和增强脂肪生成[17-18]。

当敲除PKP2导致细胞内PKP2缺失后，miR-200b表达显著上调，从而抑制了参与细胞外基质(extracellular matrix，ECM)黏附的整合素-α1(Itgα1)表达，进而改变心肌细胞间黏附[19]；同时，PKP2的缺失导致E2F1通路抑制，miR-184 启动子CpG 位点高甲基化，导致抑制脂肪形成的miR-184水平下调，从而参与了PKP2缺陷细胞中脂肪形成的发病机制[20]；另一方面，PKP2的缺失促进连接蛋白43(connexin43，Cx43)半通道开放并促进ATP 释放，腺苷2A 受体(adenosine 2A receptor，A2AR)能够激活PKP2 缺失动物纤维化进程和心功能受损[21]；当然，在PKP2表达下降后，心脏间充质基质细胞(cardiac mesenchymal stromal Cells，cMSCs)中神经肽Y 依耐性脂肪也会生成增加[22]。由此可得出，PKP2 的异常表达通过参与和调控以上这些信号通路而导致相关疾病的发生发展。

3 PKP2相关疾病

3.1 心脏疾病 PKP2 不仅参与肌细胞间黏附，而且能维持心肌完整性。PKP2 功能障碍导致心肌细胞内电生理学、信号传导发生异常[3]。PKP2 表达缺失，破坏了闰盘钠通道运输，从而导致钠通道功能损坏和钠电流波幅降低，进而促使心律失常发生[23]；同时，PKP2 表达的缺失也会引起胞内钙离子循环和转录过程也发生异常[24]。由于PKP2变异，心肌细胞间黏附减弱，细胞间隙扩大而不能结合，从而促进心肌细胞发生纤维化，引起心脏传导延迟和心律失常的发生。因此，PKP2 变异与多种心脏遗传性疾病有关。PKP2 的变异会导致不同的临床表现，最常见的即为：致心律失常性右心室心肌病(arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy，ARVC)，该病心源性猝死(sudden cardiac death，SCD)发生率极高。更为重要的是，在明显的心肌病出现之前，SCD就可能是其最初的表现，这为该病的诊疗带来巨大的困难。而另一个遗传性心脏疾病：布鲁加达综合征(Βrugada syndrome，ΒrS)，这种遗传性心律失常的特征是右心前区导联ST段抬高，也会出现危及生命的室性心律失常，而且在心肌没有出现结构性病变就发生SCD 方面具有很高风险，目前已有研究发现它可能与PKP2 的错义突变和心脏钠电流降低有关[25]，但更确切和完善的机制还未完全探明，还需更加深入的探索研究。因此发现并确定PKP2 和ARVC 以及ΒrS 的关系，使得PKP2 的变异可能作为临床ARVC和ΒrS患者的检测指标。

3.2 恶性肿瘤

3.2.1 肺癌 HAO 等[10]研究发现PKP2 在肺癌肿瘤组织中的表达高于对应的非肿瘤组织，并且PKP2在肺鳞癌(lung squamous cell carcinoma，LUSC)中的表达高于肺腺癌(lung adenocarcinoma，LUAD)。PKP2异常高表达与LUAD 患者不良预后和EGFR 激活有关，因此，他们得出PKP2 通过激活EGFR 信号促进肺腺癌细胞增殖和迁移的结论。在同年另一份研究中发现：在LUAD中，SOX30(一种肺腺癌的典型抑癌基因)能够对PKP2 表达进行调控[26]。表明SOX30-PKP2可能在LUAD的发生发展中起重要作用。此后，更进一步的研究发现：在肺癌放射治疗方面，PKP2 参与的靶向PRMT1/PKP2/β-连环蛋白/LIG4 通路是克服肺癌辐射抵抗的有效途径[27]。另外，WU 等[28]研究发现PKP2 的敲低在体外抑制了肺癌细胞的增殖和侵袭，同时在体内抑制了异种移植肺肿瘤的发展，并证明了PKP2 在LUAD 中的高表达与增强的EMT 和黏着斑相关，PKP2 的敲低抑制了EMT 相关波形蛋白和N-钙黏蛋白的表达，以及ΒMP4、ICAM1和VCAM1在异种移植肿瘤和肺癌细胞中黏着斑相关表达，得出PKP2 可能通过增强局灶黏附和上皮间质转化促进肺腺癌发展的结论。此外，有研究表明，糖酵解的致癌调节功能可以改变癌细胞的凋亡情况[29]。PKP2 作为糖酵解相关基因，可能与非小细胞肺癌的不良预后相关[30]。因此，PKP2的下调可以通过多种途径抑制肺癌细胞的生长和侵袭，促进肺癌细胞对放射治疗的敏感性，可能成为治疗肺癌的潜在靶标。

3.2.2 胶质母细胞瘤 胶质母细胞瘤是中枢神经系统最常见的原发性脑肿瘤，其特点是预后差、死亡率高。ZHANG 等[31]研究发现，胶质母细胞瘤组织中PKP2 蛋白表达水平相较于正常脑组织显著升高，并且PKP2 高表达与胶质母细胞瘤患者预后不良密切相关，另外，下调PKP2表达可以抑制胶质母细胞瘤细胞增殖和迁移。此后，TANG 等[32]在更深入的研究中发现：PKP2 作为转录因子EGR3(早期生长反应3)的靶点，激活EGFR通路，从而导致胶质母细胞瘤细胞的恶性生物学行为。这揭示了PKP2在胶质母细胞瘤发病机制中的潜在作用，提示PKP2 可能有希望成为胶质母细胞瘤新的治疗靶点。

3.2.3 乳腺癌 乳腺癌是女性癌症死亡的主要原因，转移性乳腺癌患者的生存率极低。有研究表明：在乳腺癌中，PKP2的驱动突变可以增强癌细胞迁移并且促进癌细胞转移，且与患者远期预后密切相关[33]。在此后在更进一步的研究中，WANG等[34]开发了一种用来预测腋窝淋巴结转移阴性的三阴性乳腺癌中(triple-negative breast cancer，TNΒC)患者的模型，该模型所包含的PKP2 正是用来估计腋窝淋巴结转移的风险。这使得PKP2 有望成为转移性乳腺癌早期诊断的关键靶点以提高乳腺癌患者的远期生存率。

3.2.4 卵巢癌 XIE 等[35]首次整合了转录组学和蛋白质组学来鉴定与预后相关的高级别浆液性卵巢癌分子亚型，随即通过通路分析显示：该通路中的PKP2 在卵巢癌其中一种亚型中过表达，提示PKP2在肿瘤发生发展过程中起关键作用。一年后，新研究表明：PKP2 mRNA和蛋白在卵巢癌中表达上调，并且可能参与多种生物学行为、信号通路和免疫浸润等，有望作为卵巢癌早期诊断和预后评估的潜在生物标志物[36]。恶性肿瘤最主要特征是肿瘤细胞过度增殖、高度迁移、侵袭和转移能力，而这些特征是恶性肿瘤患者不良预后的主要原因之一。关于PKP2 与恶性肿瘤的最新研究中，已经发现它与肺癌、胶质母细胞瘤、乳腺癌、卵巢癌等恶性肿瘤发生发展密切相关，而在不同恶性肿瘤中，由于表达水平和参与的信号通路调控的差异，PKP2 发挥的作用也不尽相同，这使得PKP2在恶性肿瘤中的研究更具有探索意义和探索价值。

3.3 牙周炎性疾病 2016年的一项研究发现，在慢性牙周炎中，与牙周复合体特征相关位点有关的PKP2 可能与慢性牙周炎生物亚型的炎症和免疫反应改变相关[37]。4年后，新的研究表明，在受感染的牙龈上皮(HGEp)细胞中，编码桥粒成分的PKP2作为维持上皮屏障功能的主要细胞-细胞连接复合物之一，它每一个编码成分的基因在其启动子处增加了DNA甲基化，而且启动子甲基化的增加与PKP2 基因的mRNA 丰度降低相关[38]。其后的研究发现：牙周炎患者牙龈活检的PKP2 mRNA 约为健康对照组的两倍。PKP2 蛋白主要在牙龈上皮中表达，它在维持牙龈上皮屏障功能中起着关键作用，并且易被牙龈假单胞菌产生的半胱氨酸蛋白酶降解，这就是牙龈假单胞菌通过促进PKP2 降解而损害上皮屏障功能的机制[39]。PKP2 在牙周炎性疾病中的独特作用有可能为牙周疾病的诊断和治疗带来新方向。

3.4 病毒感染 WANG 等[40]研究发现，PKP2 能够与流感病毒PΒ1 蛋白相互作用，与PΒ1 的c 端结构域结合的同时阻断PΒ2 与PΒ1相互作用，从而抑制甲型流感病毒(influenza A viruses，IAV)聚合酶活性，进而限制了随后的病毒复制。这表明PKP2是IAV聚合酶复合物的天然抑制剂。在最近关于由SARS-CoV-2感染引起的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)研究中也发现，在SARS-CoV-2 表达量变化最多的宿主基因中包含了具有抑制病毒复制功能的PKP2[41]。这可能使得PKP2 成为识别新的抗病毒药物靶点，为新型抗病毒药物的开发提供基础。

4 小结

综上所述，PKP2 异常表达会激活并调节相关信号通路，从而引起对应疾病发生发展。目前PKP2 在其他生物学活动中的机制研究有了很大进展，可为相关疾病临床诊断、治疗等提供可靠的理论依据，使得PKP2 有望成为相关疾病诊治的特异性标志物和特异性治疗的新靶点。但由于PKP2相关疾病研究近年来主要集中在心肌疾病、恶性肿瘤、牙周炎、病毒感染等疾病中，因此仍需将疾病研究范围进一步扩大；同时，PKP2引起相关疾病的机制并不完善，所参与的信号通路十分复杂，相关机制也还需进一步进行探索研究。