PAT家族蛋白与肿瘤关系的研究进展

徐 俐，刘 睿，秦 洁*

0 引言

脂滴(Lipid droplet，LD)是大多数真核细胞中高度动态的细胞器。脂滴的结构类似原生脂质蛋白，由富含三酰甘油(Triacyl glycerol，TG)的中性脂质核心组成，其外围包裹着单层磷脂分子和一些蛋白质。LD可以储存中性脂质，是代谢非常活跃的细胞器。LD中有许多蛋白和分子参与脂质代谢，以保证细胞正常生理作用，一旦脂质代谢出现紊乱，就会导致肥胖、2型糖尿病、高脂血症、动脉粥样硬化等多种疾病。

PAT家族蛋白(PAT family proteins，PAT)是与脂质代谢密切相关的一类蛋白，其广泛分布于LD表面。在哺乳类动物中已发现5种PAT家族蛋白，分别是PLIN1(Perilipin)、PLIN2(ADRP)、PLIN3(TIP47)、PLIN4(S3-12)和PLIN5(OXPAT)，它们统称为PLINs[1-2]。PLINs成员表达存在差异性[3]，例如PLIN1主要在白色脂肪中表达，ADRP主要在肝脏中表达，PLIN3主要表达于骨骼肌细胞中[4]，S3-12主要在骨骼肌和心脏中表达，PLIN5则主要表达于氧化组织，如心肌和骨骼肌[5]。在不同的组织和器官中，PLINs成员在疾病中发挥的作用也不同。前期研究主要集中在肥胖、糖尿病、高脂血症、动脉粥样硬化、非酒精性脂肪肝等疾病，而近期越来越多的研究表明[6-8]，PAT家族蛋白与肿瘤也密切相关，本文将重点梳理PAT家族蛋白与肿瘤关系的研究进展。

2 PAT家族蛋白简介及与肿瘤的关系

2.1 PAT家族蛋白简介

2.1.1 PLIN1 PLIN1是PAT家族最早发现的蛋白质。它的氨基酸末端大约有100个氨基酸的高度保守区域，与随后发现的另外两个PAT家族蛋白ADPR和TIP47具有数量相似的氨基酸末端的高度保守区域。PLIN1主要分布在脂滴表面，是成熟脂滴表面最丰富的蛋白质。其N端有一个保留的PAT结构域和11-mer重复序列，形成双性螺旋结构[9-10]，有利于PLIN1与脂滴的结合。PLIN1蛋白分子有非磷酸化和磷酸化两种状态，并受蛋白激酶A(Protein kinase A，PKA)的调节，在脂质代谢中发挥重要作用[11]。一方面，PLIN1会抑制脂肪分解[12]。在非磷酸化时，PLIN1作为脂滴的保护屏障，将三酰甘油脂肪酶及激素敏感脂肪酶与TAG隔离开，保护中性脂质不被水解。另一方面，PLIN1在儿茶酚胺的刺激下被PKA磷酸化，促进三酰甘油脂肪酶和激素敏感脂肪酶转移到脂滴表面，加速脂肪分解[13]。因此，PLIN1可双向调控LD形成。

2.1.2 ADRP ADRP是一种脂肪分化相关蛋白，是尾连蛋白等的脂滴结合蛋白。ADRP蛋白主要在脂肪、肝脏及乳腺中表达。它与磷脂一起包围脂滴，共同参与中性脂质在脂滴中的储存[14]。研究表明，脂滴体积与ADRP含量有密切联系，高度表达的ADRP会抑制ADRP与中性脂滴接触后水解和脂肪酸β-氧化，从而促进脂肪的合成[15]。高表达ADRP亦可能会诱导高密度脂蛋白的外流，从而对肝细胞脂滴的形态以及肝脏细胞中极低密度脂蛋白产生调控作用[16]。

2.1.3 TIP47 尾部相互作用蛋白(Tail-interacting protein，TIP47)也称为胎盘蛋白，是PAT家族的成员之一。TIP47在大多数组织中都表达，但与其他PAT家族蛋白成员不同的是，其不受过氧化物酶体增殖物激活受体调节。TIP47和ADRP的蛋白序列有43%相同，在ADRP缺乏时，TIP47能对ADRP起到代偿的作用。TIP47 C′端含有一个保守的两亲α-螺旋束，此α-螺旋束与载脂蛋白、载脂蛋白E和载脂蛋白Ⅱ的脂质结合域相似，因此与脂滴单层具有更强的相互作用。作为一种可溶性细胞体蛋白，其以稳定的方式存在于细胞质中。当受到外源性刺激形成新的脂滴时，由于其疏水结构发生改变，TIP47就会转移到脂滴表面[17-18]。因此，TIP47不仅参与脂质代谢，还参与构成胞浆结构域[19]。TIP47参与脂滴的代谢过程和脂滴的初始形成，缺失将阻止细胞形成，导致细胞中脂肪酸的吸收和中性脂质的变化，进而抑制早期细胞生物合成[20]。TIP47的表达受蛋白激酶C(PKC)和蛋白激酶A(PKA)的调节。

2.1.4 S3-12 最初发现S3-12是一种在脂肪细胞分化中表达的蛋白质。大部分的蛋白质序列都是由33个氨基酸进行首尾相连而组成的，该序列在S3-12中重复了29次，在ADRP中重复了2次，但是，该蛋白并没有同源性的PAT结构域，因此，S3-12在PAT家族中一直处于边缘化状态，相关研究表明，S3-12存在于脂滴表面，也可与其他脂滴结合，这主要取决于细胞代谢状态[21]。S3-12、TIP47以及ADRP在基本状态下主要分散在3T3-L1的脂肪细胞中，没有与脂滴结合。通过外源性胰岛素和葡萄糖的摄入，在胞浆中迅速形成新的脂滴[6]。

2.1.5 PLIN5 PLIN5是PAT蛋白家族的一个重要成员，在高度氧化的组织中大量表达，如心脏、肝脏、骨骼肌和脂肪组织[22-23]。PLIN5仅在动物体内表达，是一种亲水性蛋白质，含有468个氨基酸，是一种偏酸性蛋白质。PLIN5是细胞脂质稳态的关键调节因子。当PLIN5失调时会导致各种病理状况的发展，例如脂毒性、氧化应激和脂肪变性。越来越多的证据表明，PLIN5不仅能够调节脂肪分解，还可以通过多种机制保护细胞免受氧化损伤[24-26]。在小鼠和人的研究中观察到，PLIN5缺乏与活性氧形成增加、线粒体功能受损和心肌病有关[27-29]。研究显示，PLIN5的表达可能会增加肝脏脂质的积累，但不会造成肝脏损伤。此外，PLIN5是一种保护因子，可防止脂肪分解产生的非酯化脂肪酸引起的肝毒性[30]。在PAT家族蛋白中，PLIN5表现出一些独特的特性，即通过其最后20个氨基酸将线粒体紧密地锚定到LD膜上。在PLIN5高表达水平的组织中，如棕色脂肪组织(BAT)和心脏，也观察到这种LD线粒体偶联。因此，PLIN5可能与氧化组织中的脂滴和线粒体密切相关，可以对细胞内的能量平衡进行调节，也能保护线粒体不受影响[31]。

2.2 PAT家族蛋白与肿瘤的关系

2.2.1 PLIN1 Sánchez-Romero等[32]在不同类型肿瘤中观察到脂肪生成增加和脂滴积聚这种特性，并研究了PLIN1与牙源性肿瘤的关系。Sánchez-Romero等[32]通过对人类牙胚、常规成釉细胞瘤(Conventional ameloblastoma，AM)及成釉细胞癌(Ameloblastic carcinoma，AC)标本的免疫组织化学检测，发现91.7%的牙胚样本中PLIN1呈阴性，48.2%的AM样本中PLIN1呈阳性，87.5%的AC样本中PLIN1呈阳性。这一结果表明，PLIN1在人类牙齿发育中具有重要作用，AM和AC样本中PLIN1的免疫表达特性为这些肿瘤的代谢改变提供了依据。另一项对不同类型脂肪肉瘤和软组织肉瘤中LD相关蛋白的分析显示，LDs中PLIN1阳性可将脂肪肉瘤与其他肉瘤尤其是高级别软组织肉瘤区分开来[33]，因此PLIN1可用于组织病理学诊断。

2.2.2 ADRP ADRP可以为胃癌细胞的增殖提供一定的能量，甚至可以抑制肿瘤细胞死亡，表现在ADRP 过表达的细胞增殖和活力明显增高，而低表达ADRP的细胞增殖和活力明显减低[34-35]。近年来，ADRP作为乳腺癌、肺癌、结肠直肠癌、肾癌和食管癌等疾病的潜在诊断生物标志物的相关研究已经逐渐成熟，为其成为这些肿瘤的靶点药物提供依据。

Azukisawa等[36]收集了87份肝母细胞瘤(Hepatoblastoma，HB)样本和相应的临床资料，采用免疫组织化学染色法检测ADRP，将结果与胚胎血红蛋白组进行对照，用于分析ADRP表达与HB临床特征和预后的关系。胎儿血红蛋白分组中ADRP的表达增加，且ADRP的强表达与胎儿显性血红蛋白的组织病理类型有关。尽管通过单变量生存分析，ADRP强表达组与弱表达组的无事件生存率(EFS)间的差异无统计学意义，但是改变统计方法为多变量生存分析时，显示ADRP强表达组的EFS显著改善，说明ADRP在HB中的表达差异预示着不同的预后效果。

去势抵抗性前列腺癌(Castration-resistant prostate cancer，CRPC)仍然无法治愈。Lin等[37]发现雄激素剥夺疗法可通过过氧化物酶体(PPARg)激活ADRP，从而在前列腺癌(Prostate cancer，PCa)细胞中诱导神经内分泌分化(Neuroendocrine differentiated ，NED)。此外，在PCa细胞释放的外显体中可以检测到ADRP蛋白，这些外显体以旁分泌方式诱导PCa细胞的NED。由此可见，PPARg可能成为CRPC的潜在治疗靶点。此外，经过开发的含有外显体的ADRP可以作为一种潜在的CRPC生物标志物，该生物标志物可以通过微创液体活检检测。

透明细胞肾细胞癌(Clear cell renal cell carcinoma，ccRCC)是成人中最常见的肾恶性肿瘤，其发病率逐年增加。Cao等[38]通过免疫印迹和免疫组化检测PLIN2在人ccRCC组织和细胞系中的表达水平，发现PLIN2在肾细胞癌(Renal cell carcinoma ,RCC)组织和细胞中升高。此外，PLIN2高表达与良好的预后相关。敲低PLIN2促进了ccRCC细胞的增殖，并增强了细胞的侵袭和迁移。因此，PLIN2可能被认为是ccRCC的新型预后因素，也是ccRCC患者的特异性诊断指标。此外，PLIN2可能是ccRCC临床治疗的潜在新靶点。

2.2.3 TIP47 Zhang等[39]以PAT家族蛋白与乳腺癌患者预后效果的关系为研究课题，认为PAT家族蛋白的基因改变频率较低，而扩增是最常见的基因改变方式。与正常乳腺组织相比，乳腺癌组织中TIP47的表达增加，且PAT家族中其他成员表达显著降低。PLIN1的高表达可能预示乳腺癌患者的总生存期更长，而ADRP的过度表达则相反。

Szigeti等[40]研究发现，宫颈肿瘤的侵袭性与细胞和血清中TIP47的含量之间存在相关性。研究人员开发了一种多克隆抗TIP47抗体，并将其用于60例具有不同细胞病理学的女性患者的宫颈涂片和组织切片。在治疗过程中监测Ⅱb、Ⅲa和Ⅲb期宫颈上皮内瘤变或宫颈癌患者的血清TIP47水平，发现TIP47在不典型增生中表达较弱，在浸润性肿瘤和淋巴结转移中表达较强。宫颈癌患者血清TIP47水平升高，治疗后下降，复发时再次升高。说明TIP47可作为宫颈癌复发早期血液检测的良好临床标志物。Hocsak等[41]最新研究发现，TIP47通过阻止凋亡诱导因子(Apoptosis inducing factor,AIF)和核酸内切酶G的核转位来抵抗紫杉醇诱导的细胞死亡。

Lamprou等[42]研究发现了TIP47与PCa放疗抵抗具有相关性，这种作用主要体现在TIP47与溶酶体酸性脂肪酶的反应。PLIN3缺失后，细胞系的增殖减少，放射增敏性增强。当TIP47耗竭时，PCa放射治疗效果显著增强，导致广泛的组织坏死。因此，了解TIP47在神经内分泌分化中的作用，可以为前列腺癌治疗提供新的靶点策略，亦可作为前列腺癌或其他肿瘤的预测标志物。

Liu等[43]着重研究在癌细胞生长和存活过程中，脂滴分解的过程与机制。研究认为，葡萄糖剥夺诱导胆碱激酶α2(Choline kinase α2，CHKα2)与脂滴的结合，而具有改变催化结构域构象的CHKα2作为蛋白激酶发挥作用，在Y232处磷酸化ADRP，在Y251处磷酸化TIP47。磷酸化的ADRP及TIP47则从脂滴中解离，并通过Hsc70介导的自噬降解，从而促进脂滴脂解、脂肪酸氧化和脑肿瘤生长。此外，在人类胶质母细胞瘤标本中，CHKα2 S279磷酸化、CHKα2 K247乙酰化与ADRP及TIP47的磷酸化水平彼此呈正相关，且与胶质母细胞瘤患者的不良预后相关。这些发现为进一步研究ADRP及TIP47的磷酸化水平在胶质母细胞瘤发展中的作用奠定了基础。

Wang等[44]研究发现TIP47的高表达与RCC呈正相关。其通过蛋白质印迹、免疫荧光和免疫组织化学测定法测定人肾细胞癌组织和细胞系中PLIN3的表达水平。结果显示，PLIN3在RCC组织和细胞系中的表达水平升高，且可以区分癌组织和正常肾组织。此外，PLIN3升高预示无病生存期和总生存期较差。因此，PLIN3高表达可作为诊断和预后的生物标志物。PLIN3功能抑制可作为一种新的临床治疗选择。

2.2.4 S3-12 Zhang等[45]将66份脂肪肉瘤和179份非脂肪瘤样本作为病例组，20份正常脂肪组织样本作为对照组，评估了PAT家族蛋白在脂肪肉瘤亚型和各种非脂肪瘤肉瘤中的表达。研究结果显示，PLIN1在大多数脂肪肉瘤中表达，在非脂肪瘤性肉瘤中表达缺失；S3-12在一些脂肪肉瘤中表达，在非脂肪瘤肉瘤中几乎为阴性。脂肪肉瘤中PLIN1和S3-12的表达高于非脂肪瘤肉瘤。而PLIN1和S3-12在脂肪肉瘤亚型上也有显著差异。ADRP、TIP47和PLIN5在脂肪肉瘤、横纹肌肉瘤、平滑肌肉瘤、隆突性皮肤纤维肉瘤、未分化肉瘤、纤维肉瘤、尤因肉瘤和上皮样肉瘤中广泛表达。ADRP、TIP47和PLIN5在非脂肪瘤肉瘤中的表达差异显著。相关性分析显示，除TIP47外，脂肪肉瘤患者PLINs之间存在很强的关系：PLIN1表达与ADRP、S3-12、PLIN5表达存在显著相关性，ADRP表达与S3-12、PLIN5表达存在显著相关性。由此可见，PLIN1和S3-12可作为脂肪肉瘤的诊断标志物，并可用于区分脂肪肉瘤亚型。全PAT家族蛋白免疫组织化学的联合应用可能有助于区分不同分化程度的肉瘤。

2.2.5 PLIN5 卵巢癌(Ovarian cancer，OC)是妇科恶性肿瘤的一种主要类型。尽管在手术、化疗和放疗方面取得了进展，但临床预后仍不能令人满意，且大多数OC患者最终死于复发和转移。Zhao等[46]通过小鼠的一项体内研究发现，PLIN5在OC组织中下调且被高甲基化。此外，去甲基化的PLIN5可以抑制细胞增殖、迁移和OC侵袭，并增加细胞凋亡，还可以抑制肿瘤生长。因此，在OC中，PLIN5可以作为肿瘤抑制因子，这也为OC的治疗提供新的策略。

3 小结

本文介绍了PAT家族蛋白及其与肿瘤的关系。PAT家族蛋白是与脂滴形成和脂质代谢密切相关的一类蛋白，随着研究的深入，PAT家族蛋白的成员也在不断增加。以往研究侧重于PAT家族蛋白与肥胖症、2型糖尿病、非酒精性脂肪肝病、动脉粥样硬化等疾病研究的关系。然而，目前越来越多的研究已经表明，PAT家族蛋白还与肿瘤密切相关。牙源性肿瘤中PLIN1的表达，胃癌组织、肝母细胞瘤中PLIN2、脂肪肉瘤中PLIN4的表达差异，乳腺癌中PLIN3的高表达，以及卵巢癌组织中PLIN5的高度甲基化等都表明PAT家族蛋白与肿瘤的发生密切相关。但目前PAT家族蛋白在肿瘤中的作用和机制尚不明确，需要深入研究，从而为PAT家族蛋白作为肿瘤预测指标及治疗靶点提供更多可靠证据。