PDCD5在消化系统肿瘤中的研究进展

彭燕玲 宋文刚 刘春燕

山东第一医科大学第一附属医院，山东省风湿免疫病转化医学重点实验室， 山东 济南 250014

程序性细胞死亡分子5（programmed cell death 5， PDCD5）又名TF-1 细胞凋亡相关基因19（TF-1 cell apoptosis related gene-19，TFAR19），在多种消化系统肿瘤组织中表达下调，包括肝癌、胃癌以及结直肠癌。PDCD5 是凋亡正向调控分子［1］，主要以依赖TP53 的方式调控细胞凋亡，在此过程中，PDCD5快速从胞质移位至胞核，其核转位发生在细胞凋亡早期，表明PDCD5 可能是细胞凋亡的早期标记［2］。程序性细胞死亡不仅限于细胞凋亡，还包括一种类凋亡样细胞死亡［3］，PDCD5 通过TAJ/TROY 诱导的类凋亡方式调控细胞死亡，调控TGF-β/smad信号途径，介导PDCD5/β-catenin/Smad3 复合物的形成，从而抑制肿瘤细胞的上皮间质转化和转移。

1 PDCD5的蛋白结构

研究表明，程序性细胞死亡分子（programmed cell death， PDCD）的表达水平在肿瘤组织及细胞系中均发生改变［4］，PDCD5 是其家族成员。研究发现，PDCD5 基因在脊椎动物的进化中高度保守［5］，提示其有重要生物学功能。Ghafouri 等［6］在PDCD5蛋白中检测到3 个保守的氨基酸序列，单个保守的氨基酸序列可能参与PDCD5 蛋白的生物活性。PDCD5 蛋白包含刚性核心区、C 端残基区以及N 端残基区，刚性核心区主要由三螺旋束组成，C端残基区是可移动的非结构化区域，具有动态折叠尾，该区域可能与核酸发生相互作用，N 端残基区是一个有序的非刚性结构域，其中包含丰富的二级结构域，松散地包裹着核心区［7］。PDCD5 的同系物SSOPDCD5 具有类似的三螺旋束，但在其N 端有一个长螺旋［8］。

肿瘤的发展与PDCD5 失调有关，PDCD5 的低表达是癌症预后指标之一。PDCD5 过表达可促进不同肿瘤细胞的凋亡，但PDCD5过表达并不能直接诱导细胞的凋亡。因此，PDCD5 并非凋亡诱导剂，而是一种促凋亡蛋白。

2 PDCD5影响消化系统肿瘤发展

2.1 PDCD5影响肝癌发展

肝癌是造成全球癌症相关死亡的第2 大因素，由于肝癌患者通常对化疗药物具有耐药性［9］，因此开发治疗新靶点对治疗肝癌具有重要意义。PDCD5 蛋白表达水平与肝癌患者生存预后呈正相关，相较于临近的非肿瘤组织，其在肿瘤组织中的表达水平更高，且与肿瘤大小呈负相关。PDCD5可以易位到细胞核以响应遗传毒性应激，PDCD5过表达可增强阿霉素诱导的肝癌细胞凋亡［10］。另外，PDCD5 可减少TGF-β 诱导的肝癌细胞上皮间质转化以及细胞侵袭，导致Snail 蛋白表达水平下降，Snail 蛋白是上皮间质转化标记蛋白，表明PDCD5抑制肝癌细胞中的上皮间质转化［11］。

肝癌患者术前血清PDCD5 蛋白水平显著低于术后，与血清PDCD5 低表达的肝癌患者相比，血清PDCD5 高表达的肝癌患者生存率更高。并且血清PDCD5表达水平与肝癌患者的门静脉侵犯、淋巴结转移及肿瘤预后密切相关。PDCD5 在异种移植肿瘤模型中诱导肝癌细胞凋亡和细胞S 期阻滞，并抑制肿瘤生长［12］。进一步研究表明，过表达PDCD5的肝癌细胞在G2/M 期所占比例更高，并可增强对顺铂的敏感性。经顺铂处理后，PDCD5过表达的肝癌细胞中P53蛋白磷酸化水平更高，表明顺铂处理后，p-P53 蛋白水平升高介导PDCD5 促进的肝细胞凋亡［11］。N-亚 硝 基 二 乙 胺（N-nitrosodiethylamine， DEN）能够烷基化DNA成分，是一种致癌剂，较高剂量的DEN可在潜伏期后诱发肝癌，随着其剂量的增加，PDCD5在肝癌中的表达显著下调，P53表达水平降低［13］。柚皮苷和柚皮苷-糊精纳米颗粒（naringindextrin nanoparticle，NDNP）能阻断DEN 引起的肝脏氧化应激和抗氧化活性变化，显著降低肝脏Bcl-2的表达，并促进Bax、P53 和PDCD5 的表达，降低IQGAP1、IQGAP3、Ras 信号传导以及Ki-67 的表达，同时增加IQGAP2表达［14］。

2.2 PDCD5影响胃癌发展

胃癌在全球新诊断的癌症病例中排名第6 位，是第3 大最常见的癌症死亡原因［15］。胃癌组织中PDCD5蛋白表达水平显著低于正常组织，且PDCD5蛋白在正常胃腺的颈部和基底区过表达，而大量与增殖和凋亡相关的基因在颈部区域高表达。PDCD5 表达水平部分决定了胃癌患者的生存率，PDCD5在胃癌患者中的表达水平越高，其生存期越长，且与肿瘤分化程度、TNM 分期、浸润程度等有关［16］。Xu 等［17］研究发现， PDCD5 可增加胃癌细胞对顺铂的敏感性，经相同剂量和时间的顺铂处理后，PDCD5 过表达的胃癌细胞凋亡率更高； PDCD5可增强功能性P53蛋白的水平，增强胃癌细胞G2/M期阻滞、细胞凋亡和核易位，进而增强了对胃癌细胞的凋亡诱导作用。配对同源结构域转录因子1（paired-like homeodomain transcription factor 1， PITX1）在体外直接与PDCD5启动子结合，并且其在体内也通过与PDCD5 启动子区域结合直接调节PDCD5 基因转录。PITX1 通过将细胞周期阻滞在 G1/S 期从而抑制细胞增殖，并通过靶向PDCD5 启动子诱导胃癌细胞凋亡［18］。

PDCD5 和P53 与胃癌患者生存率呈正相关。Choi等［19］研究发现，在IIB期胃癌患者中，PDCD5和P53 蛋白水平降低的患者生存率明显低于单独PDCD5水平降低的患者，表明PDCD5和P53蛋白水平的降低可能会促进胃癌的早期进展。血清PDCD5蛋白水平与胃癌患者生存率相关，而PDCD5与CD133+细胞呈正相关，循环CD133+细胞是多种恶性肿瘤的预后标志物，CD133+细胞比例高于1.6%的胃癌患者血清中PDCD5蛋白水平较低［20］。

2.3 PDCD5影响结直肠癌发展

由于肿瘤的复发和转移，结直肠癌（colorectal cancer， CRC）的致死率居高不下［21］。PDCD5 被证明作为miRNA 的靶标参与多种癌症进展。Han等［22］研究表明，CRC组织中PDCD5的蛋白表达水平比正常组织低。此外，PDCD5 与miR-885 呈负相关，miR-885 负调控PDCD5，抑制CRC 的增殖、侵袭和迁移，PDCD5是miR-885调节CRC 发展的直接靶标。Yin 等［23］在CRC 细胞中稳定转染PDCD5，发现能增强其对化疗的敏感性。在经顺铂处理相同剂量时间情况下，稳定转染PDCD5 的CRC 细胞的凋亡率更高，表明PDCD5 联合顺铂的使用对CRC 细胞具有更好的促凋亡活性。Kwak等［24］研究表明，丝氨 酸/苏 氨 酸 激 酶31（serine/threonine kinase 31， STK31）能与PDCD5相互作用，维持PDCD5稳定性。过表达STK31 可显著促进TP53 介导的细胞凋亡并稳定PDCD5。上述的研究为改善CRC 患者对化疗的敏感性以及减少化疗副作用提供了新策略，并为探讨PDCD5 对CRC 细胞凋亡调控作用奠定了基础。

3 PDCD5调控肿瘤的分子机制

3.1 以TP53依赖性方式调控肿瘤细胞凋亡

Kang等［25］研究发现，在敲低卵巢肿瘤去泛素酶5（ovarian tumor deubiquitinase 5， OTUD5）的细胞中P53表达显著降低，而其mRNA表达没有明显变化，表明P53表达受OTUD5的翻译后调节，且其调节作用部分由PDCD5介导。进一步研究发现，诱导细胞凋亡时，STK31 可稳定并抑制PDCD5 的泛素化，且可能通过OTUD5促进PDCD5的去泛素化。经依托泊苷处理后，STK31 介导的PDCD5可显著促进TP53介导的细胞凋亡［24］。Geng等［26］研究表明， YAF2作为阴阳蛋白（YinYang-1， YY-1）的结合分子，通过稳定PDCD5 结构促进TP53 介导细胞凋亡，激活YAF2/PDCD5/TP53 信号通路。在基因毒性应激反应下， PDCD5 移位至细胞核并与TP53 相互作用，调节其在DNA 损伤反应中的动力学作用。Lgr5通过TP53途径抑制阿霉素诱导的细胞凋亡，通过N端胞外结构域，Lgr5 可直接与PDCD5 结合，从而阻断PDCD5核易位。细胞核中PDCD5 水平降低导致P53 稳定性丧失，诱导P53降解，进而导致上皮间质转化的发生，抑制细胞凋亡并最终导致其对阿霉素的耐药性［10］。

Choi 等［19］研究表明，HDAC3 和PDCD5 之间存在体内相互作用，PDCD5 的N 端结构域直接与HDAC3 的N 端结构域相互作用。在应激诱导的细胞凋亡过程中，HDAC3 的C 端被切割，其切割需要与PDCD5 相互作用。PDCD5-TP53 的相互作用是TP53与靶基因启动子结合所必需的，并且这种关联促进了促凋亡基因的转录。Li 等［27］鉴定了一种新型的肿瘤抑制lncRNA，命名为LNPPS（ENST00000622374）。LNPPS 作为连接PDCD5 和TP53的桥梁，竞争性地抑制MDM2介导的P53泛素化作用。同时，K20 作为PDCD5 的泛素化受体位点，LNPPS 通过K20 泛素化位点稳定PDCD5。LNPPS 与PDCD5 相互作用的增强阻断了PDCD5 的K20 位点的泛素化，从而阻断PDCD5 的降解，上调PDCD5的表达。

TP53是细胞信号网络的枢纽调节器，在不同信号 途 径 中 受 到OTUD5、STK31、Lgr5、HDAC3、HDAC3、lncRNA等多种分子的调节，PDCD5在这种调节过程中起着重要作用，并通过Bax、Bcl-2、Fas等多种下游蛋白调控细胞凋亡。

3.2 通过TGF-β/smad信号途径抑制肿瘤细胞上皮间质转化和转移

转化生长因子β1（transforming growth factor-β 1， TGF-β1）蛋白水平在PDCD5 过表达的细胞中显著降低，而在敲低PDCD5的细胞中表达增加。激活的TGF-β1 可以诱导磷酸 化Smad2 和Smad3，而Smad4 则与磷酸化的Smad 形成异源寡聚体复合物并易位至细胞核调节mRNA的转录，从而调节TGFβ1 的蛋白表达水平。敲低PDCD5 诱导Smad2 和Smad3的磷酸化，但过表达PDCD5显著降低其磷酸化，表明PDCD5在TGF-β1/Smad信号通路中起重要作用［28］。TGF-β1与TGF-β1I型受体结合，随后磷酸化Smad2和Smad3，调节下游靶基因的表达水平，促进肿瘤细胞的上皮间质转化和转移［29］。

内源性PDCD5 与细胞核中的β-catenin 和Smad3 相互作用，经TGF-β1 处理后，其相互作用进一步增强。PDCD5直接与β-catenin发生相互作用，但不与Smad3 直接发生相互作用。TGF-β 诱导的Smad3/β-catenin 在细胞核中发生相互作用，并且在大鼠肺上皮C22 细胞系中敲低PDCD5 后该信号减少，敲低PDCD5显著降低了TGF-β诱导的Smad3以及β-catenin 的核转位。经TGF-β1 处理，PDCD5/β-catenin/Smad3 复合物被招募到TGF-β 靶基因（Ctgf）的Smad 结合元件，而在敲除PDCD5 后，则不发生募集。表明PDCD5 充当介导TGF-β 信号传导的分子伴侣。另一方面，在TGF-β1 处理条件下，p38MAPK 在Ser-119 位点直接磷酸化PDCD5，以促进其稳定性和核转位，而蛋白激酶CK2在TGF-β信号传导的背景下不能磷酸化PDCD5［30］。miR-885促进TGF-β 的表达水平，从而增强P-Smad3 的表达水平。miR-885通过TGF-β/Smad3途径抑制PDCD5从而增强结直肠癌进展［22］。

3.3 通过TAJ/TROY 诱导的类凋亡方式调控细胞死亡

Wang等［31］研究发现， TAJ/TROY诱导了一种非凋亡形式的细胞死亡，其特征是副凋亡样形态。这种类型的细胞死亡涉及大量的细胞质空泡化、线粒体肿胀、caspase 活性缺失、线粒体膜电位的丧失和磷脂酰丝氨酸的表面暴露，但没有显示出细胞凋亡的经典核特征。同时超微结构特征显示，线粒体通过肿胀方式失去膜电位，而在经典的细胞凋亡中，线粒体形状和体积保持不变。PDCD5 不仅在TAJ/TROY 过表达触发的副凋亡过程中上调，而且还与TAJ/TROY协同促进293T细胞死亡，表明PDCD5是这种类凋亡的有效调节剂。

4 结语

PDCD5与肝癌、胃癌、结直肠癌发展密切相关，但PDCD5 在胆囊癌、胰腺癌、食管癌等多种消化系统肿瘤中的研究仍不够深入。PDCD5 主要通过促进TP53 介导细胞凋亡、TGF-β/smad 途径抑制上皮间质转化，以及促进细胞类凋亡，从而抑制肿瘤发展。但是其他信号网络与PDCD5 的联系仍是未来研究的方向。虽然关于PDCD5 生物学作用的详细机制尚未完全阐明，但相信随着对PDCD5的深入研究，能够为消化系统肿瘤的化学基因治疗策略提供新方向。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突