PP1A在肿瘤发生发展过程中的作用及研究进展

司航 王娜娜 刘素素 张骞

滨州医学院附属医院病理科，滨州 256600

癌症是全球第二大死亡原因，2018 年全球共报告了1 810 万新发病例和960 万死亡病例，早诊断早治疗是患者获得良好预后的重要条件［1］。因此，探索癌症特异性分子及治疗靶点刻不容缓。靶向细胞内蛋白质翻译后磷酸化被认为是一种可行的抗癌疗法。蛋白磷酸酶是一组多样化的蛋白质，通过水解催化去除蛋白质中的磷酸基团，抵消蛋白激酶的作用［2］。其中蛋白磷酸酶1 催化亚基α（catalytic subunit alpha of protein phosphatase-1，PP1A）是PP1 必不可少的催化亚基，它在肿瘤发生发展及治疗中的作用也引起了研究者的注意。本文对PP1A 在肿瘤中的作用和在多种肿瘤中的研究进行综述，增加对PP1A 的认识，为新靶点的探索及癌症治疗提供新的方向。

PP1A的结构及功能

PP1 是一种主要的蛋白磷酸酶，在人类细胞中广泛存在并催化蛋白质去磷酸化，其与蛋白磷酸酶2A（protein phosphatase 2A，PP2A）占据了真核生物磷酸酶活性的90%以上，PP1 是由催化亚基和1 个及2 个调节亚基组成的寡聚酶。PP1 的催化亚基有3 个不同的基因编码，形成了3 种亚型：PPP1CA 基因编码的PP1A（或PP1α）、PPP1CB 基因编码的PP1B（或PP1β）及PPP1CC 基因编码的PP1G（或PP1γ）。PP1 的催化亚基与多种调节亚基形成复合物，然后这些调节亚基将PP1C 引导至不同的亚细胞单位，靶向其底物，进而调节多种细胞活动，包括细胞周期进程、凋亡、生长因子信号转导和细胞代谢［3］。

由PPP1CA 基因编码的PP1A 亚基位于人类染色体11q13，PP1A 与多种调节亚基结合形成复合物在多种生物学过程中发挥作用。PP1A 使PDZ 结合基序的转录共激活因子（transcriptional co-activator with PDZ binding motif，TAZ）的Ser-89 和Ser-311 处去磷酸化，激活转录共激活因子，从而影响细胞生长［4］。PP1A参与调节细胞周期，在有丝分裂M 期和G1 晚期到S 期，PP1A 被周期蛋白依赖激酶1 和周期蛋白激酶2 磷酸酶磷酸化而失活，但在有丝分裂结束过程中自行脱磷酸化而重新激活［5］。建立小鼠心脏梗死模型时，增加PP1A 活性显著增加Yes 相关蛋白1（Yes-associated protein 1，YAP1）的功能，导致心肌细胞增殖和心脏再生的再激活［6］。PP1A 通过Wnt3a-TAZ 途径调节成骨细胞分化，并通过新生多肽复合物和共调节因子α去磷酸化影响cJun 转录活性和成骨细胞功能［7］。PP2A 在细胞转化和肿瘤发生中的功能已经得到充分验证［8-9］，作为疾病治疗靶点也得到了广泛研究［10-11］。PP1A 在癌症中广泛表达，但其表达水平及作用的不同可能与癌症类型和调节亚基相关。

PP1A在多种肿瘤中的作用机制

PP1A 是修饰PP1 必不可少的成分。PP1A 活性可以通过引起细胞周期停止和/或细胞凋亡来覆盖致癌信号传导［12］。视网膜母细胞瘤蛋白（retinoblastoma protein，pRb）正常情况下在细胞周期中阻止细胞过早进入S 期，但在肿瘤中，pRb 因过度磷酸化而失活，导致转录因子E2F 释放、靶基因表达，促进肿瘤细胞增殖。而PP1A的去磷酸化作用可使pRb 功能恢复，发挥肿瘤抑制因子作用［5］。然而，所有的PP1C亚型均可使鼠双微基因4磷酸化，促进鼠双微基因4 对抑制p53 的作用，抵制癌细胞死亡［13］。另外，PP1A 与抑制性调节亚基之间的关联可以增强间充质标志物的表达并促进癌细胞迁移和侵袭［14］。PP1A 可被Smad 同源物7 募集到内皮细胞限制性丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶受体3，使丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶受体3 去磷酸化而失活，进而通过转录生长因子β 通路，限制Smad 同源物1/5/9 的下游信号通路，抑制肿瘤增殖、迁移及血管生成［15］。PP1A 已被证明在多种肿瘤的进展和预后、治疗中起重要作用，但其在肿瘤中表现出不同的作用，这可能与其相互作用的调节亚基相关。

1.PP1A与乳腺癌的发生发展

Xie 等［16］通过在线数据库分析磷酸蛋白磷酸酶催化亚基家族在乳腺癌中的表达水平时发现，与正常乳腺组织相比，磷酸蛋白磷酸酶催化亚基家族中有9个基因在乳腺癌组织中表达差异，其中PPP1CA与PPP4C在乳腺癌发生发展中的作用最为显著，且PPP1CA高表达患者的淋巴结转移率最高。为了进一步验证这两个基因功能，进行了体外试验，结果显示PPP1CA的表达显著抑制了乳腺癌的增殖和迁移，特别是乳腺癌易感基因-1 高突变的三阴性乳腺癌。Winter等［17］研究发现，在乳腺癌中，PP1A 表达水平与雌激素受体（estrogen receptor，ER）状态之间存在统计学差异，且PP1A低表达的肿瘤比PP1A 高表达的肿瘤更可能是ER 阴性，PP1A 在ER 信使RNA 的稳定性中起作用。在ER 阳性的乳腺癌中，雌二醇间接促进了PP1A 的活性，使抗增殖蛋白-2 去磷酸化和失活，而抗增殖蛋白-2 已被证明参与抑制肿瘤细胞的增殖，且对雌二醇/ER信号通路具有较强的抑制活性［18-19］。Hall等［20］研究发现，表达张力蛋白1 的乳腺癌细胞表现出更强的迁移和侵袭性，而PP1A 与张力蛋白1 的结合限制了癌细胞的迁移和侵袭，且这种作用不通过肝癌缺失基因介导，这更加显示PP1A 与张力蛋白1 结合对细胞迁移和侵袭的重要性。他莫西芬是ER 阳性乳腺癌常用的化学预防和化疗药物，其代谢产物4-羟基他莫西芬是主要的效应物，发挥拮抗雌激素的作用。Bollig 等［21］研究表明，4-羟基他莫西芬对肿瘤细胞的细胞毒性作用可能与Ca2+的释放有关，进一步研究发现PP1A上调在4-羟基他莫西芬诱导的Ca2+信号改变机制中发挥作用，其增加了乳腺癌细胞对他莫西芬细胞毒性的敏感性。PP1A与乳腺癌易感基因1的相互作用使抑制PPP1CA 的表达对于治疗乳腺癌易感基因1 高突变的三阴性乳腺癌患者成为有希望的研究方向。

2.PP1A与前列腺癌的发生发展

Prowatke 等［22］通过免疫组化对175 例患者的651 个原发性前列腺癌和良性前列腺增生的组织芯片分析发现，相较于良性前列腺增生组织，PP1A 在前列腺癌组织中表现出更强的免疫染色，且临床资料分析表明PP1A细胞质表达增加与高Gleason 评分有关，这说明PP1A 在前列腺癌的发生及发展中起作用。Felgueiras等［23］研究发现，PP1A在前列腺癌中过表达，并且在斑点型锌指结构蛋白基因突变的前列腺癌中表达也存在差异，进一步分析PPP1CA 基因变异时，发现PPP1CA 常有扩增，但点突变罕见，这也能部分解释PP1A 在前列腺癌中过表达。笔者接下来研究了PP1A 在雄激素依赖性前列腺癌细胞系和去势抵抗前列腺癌细胞系中的表达，结果显示PP1A在雄激素依赖性前列腺癌细胞系中表达比去势抵抗前列腺癌细胞系及前列腺上皮细胞中的表达下降。Chen 等［24］研究发现，PPP1CA 基因扩增在转移性前列腺癌中高度富集，且进一步研究了PP1A在转移性前列腺癌的作用机制，研究确定了核糖体蛋白S6 激酶/PP1A/B-Raf信号通路。PP1A作为B-Raf激活的磷酸酶，激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号，而MAPK信号通路的异常激活在转移性前列腺癌中较为常见，但PP1A 激活B-Raf 的前提是从核质转移进入细胞质中。Yan 等［25］免疫荧光结果显示，在前列腺癌中PP1A 与迁移侵袭蛋白可能相互作用，进而利用小干扰RNA沉默PP1A，发现PP1A 可逆转迁移侵袭蛋白引起的活化蛋白激酶B（AKT）下降。因此，PP1A 与迁移侵袭蛋白相互作用促进了PP1A依赖性AKT去磷酸化，并减弱下游哺乳动物雷帕霉素靶标通路，抑制前列腺癌细胞增殖。Liu等［26］研究发现，在去势抵抗前列腺癌中，PP1A 可结合雄激素受体并使铰链区S650处去磷酸化，提高雄激素受体活性，这表明在雄激素剥夺治疗后，PP1A可使雄激素受体稳定，可能会导致去势治疗失败。因此，靶向PP1A 或雄激素受体-PP1A 可能对去势抵抗前列腺癌有效，这为后续治疗提供了新的依据。

3.PP1A与肺癌的发生发展

Chen 等［27］研究发现，H1299 肺癌细胞PP1G 的含量是PP1A 的4 倍，但PP1A 过表达下调了PP1G 的表达，这表明PP1A 对PP1G 的拮抗作用，并且过表达PP1A 显著减弱了H1299 细胞增殖，抑制了肿瘤细胞致瘤性，进一步研究发现PP1A 通过负向调节pRb 磷酸化、限制游离的转录因子E2F水平发挥抑癌能力。Chen等［28］最新研究发现，在31对肺癌组织中，其中15 对肺癌组织PP1A 过表达，且升高水平与癌旁组织相比增加了至少2 倍，这表明PP1A 在肺癌发生中起作用，并且通过构建过表达和敲除PP1A 的肺癌A549 细胞和正常293T 细胞，证明过表达的PP1A 促进A549 细胞增殖和迁移，抑制293T 细胞增殖，并通过相反作用机制调节两种细胞生长。另外，Verdugo-Sivianes 等［29］研究发现，低表达的PPP1CA 在鳞状细胞肺癌中具有较好的预后和预测价值，通过肺癌细胞系对常用化疗药物反应的分析表明，PPP1CA 与奥沙利铂或硼替佐米的反应存在相关性。PP1A在不同肺癌细胞中表现出相反的作用，这可能与作用机制不同有关，但这也表明PP1A在肺癌发生发展和治疗中的作用值得进一步探究。

4.PP1A与肝癌的发生发展

王琳钧［30］研究显示，在23 对肝癌组织中发现PPP1CA表达明显高于正常组织，进而对肝癌患者、非肝癌患者和良性肝病患者血清中PPP1CA 表达水平进行比较，PPP1CA 在肝癌患者的血清中显著升高，且通过数据库分析，PPP1CA的表达水平与肝癌患者5 年生存率密切相关。该团队在随后研究中进一步验证了PPP1CA与肝癌细胞增殖密切相关，该过程可能与PPP1CA 对YAP 去磷酸化，并激活下游转录因子进而促进肝癌细胞过度增殖有关。在对临床样本及数据的分析中得出：HFP分期及肿瘤大小与血液中PPP1CA水平密切相关［31］。PPP1CA 还参与长链非编码RNA（lncRNA）H19-p38-MAPK通路，调控肝癌中骨保护素的表达，促进肝癌的骨转移［32］。Xiang 等［33］研究发现，PP1A 被Tribbles 同系物2靶向于YAP，使YAP在Ser127和Ser397位点的选择性去磷酸化，参与Tribbles同系物2介导的肝纤维化肝癌的进展。

5.PP1A与结直肠癌的发生发展

Liu 等［34］研究发现，PPP1CA 的mRNA 水平在肿瘤组织和癌旁组织之间没有显著差异，进一步使PP1AT320位点磷酸化得到活性被抑制的pT320-PP1A 后，pT320-PP1A 在肿瘤组织和癌旁组织中表现出差异，且在肿瘤组织中表达上调，这表明PP1A 在结直肠癌中活性降低。除此之外，PP1A的组成型活性突变体（即PP1A-T320A）显著抑制结直肠癌细胞的增殖。Sun 等［35］研究发现，泛素特异性蛋白酶11 可促进结直肠癌的增殖和转移，为进一步研究其作用机制，笔者经过数据库及试验验证PPP1CA 是泛素特异性蛋白酶11 的下游靶点，且泛素特异性蛋白酶11 通过去泛素化作用稳定PPP1CA 活性，使PPP1CA 活化细胞外调节蛋白激酶/MAPK 信号通路，并依赖于PPP1CA 促进结直肠癌进展。PP1A 在结直肠癌研究中大多发挥“中间桥梁”作用，而对其自身在肿瘤发生发展中的作用还需进一步研究。

6.PP1A与其他肿瘤的发生发展

在正常食管鳞状上皮细胞中，PP1A 与14-3-3γ 结合并被保留在胞质中，使胞质中的AKT 去磷酸，抑制AKT-mTOR-4EBP1 信号传导。Tian 等［36］研究发现，在食管鳞癌细胞中，PP1A 与14-3-3γ 结合作用被核小RNA（SNORD12B）削弱，进而导致PP1A积聚于细胞核内，使胞质中AKT磷酸化增强，激活了AKT信号传导，从而促进食管鳞癌的增殖和转移。因此，PP1A 在食管鳞癌发生及发展中的作用值得进一步探索。MiR-125b 在胃癌中的作用已被证明［37］，而有研究表明miR-125b 可直接与PPP1CA 结合，且PPP1CA 是miR-125b 的下游靶点，miR-125b 通过靶向PPP1CA 促进胃癌细胞增殖、克隆形成、迁移和侵袭［38］。进一步深入研究显示升高的miR-125b 下调PPP1CA 的表达，使pRb 磷酸化增加，导致E2F 转录因子激活，促进细胞周期失调和肿瘤发生。PP1A在之前的研究中已经被证明在胶质瘤细胞核中特异性高表达，这也说明PP1A可能在胶质瘤的恶性发展中起重要作用［39］。Shastry 等［40］研究证明，PP1A 蛋白表达在胶质瘤中与预后无关，而PP1A 与p53 阳性胶质瘤较差的预后密切相关。Hang等［41］通过多种数据库中胰腺癌的分析，PPP1CA 在胰腺癌的转录水平高于正常胰腺，并且PPP1CA的高转录水平与低生存率和不良预后相关，笔者又对55 例胰腺癌患者的PP1A 蛋白表达进行研究，结果显示PPP1CA在癌组织中表达高于正常胰腺组织，且提示患者的不良预后。Hsu等［42］研究发现，在口腔鳞癌细胞中，PPP1CA基因拷贝数增加，虽然部分是由于11号染色体拷贝数增加，但与口腔鳞癌细胞的PP1A过表达显著相关。此外，笔者研究发现PP1A促进口腔鳞癌细胞生长，且表现出与细胞周期蛋白D1相似的功能。Cai和Xu［43］研究发现，PP1A作为去磷酸化YAP 的调节剂，参与溶血磷脂酸诱导的上皮性卵巢癌的长期迁移，并且证明了PP1A激活是上皮性卵巢癌中溶血磷脂酸-YAP 效应所必需的。Wang 等［44］研究证明，PP1A 介导的去磷酸化作用可诱导YAP2的核积累和转录活性，并且PP1A 与YAP 转染的卵巢癌细胞中对顺铂的耐药性有关。Liu 等［45］研究发现，PP1A 抑制胆管癌细胞的增殖、迁移和侵袭，并表明PP1A 通过使p21 活化激酶1 的T423 点位去磷酸化并依赖Smad同源物4抑制胆管癌的进展。

总结与展望

PP1A 在生物的多种活动中发挥作用，虽然其作为肿瘤抑制因子或肿瘤促进因子的功能没有达成共识，但不可否认的是，PP1A 参与肿瘤的发生，且在肿瘤的治疗中发挥作用，这也提示靶向PP1A可能会增加癌症治疗的价值。维持PP1A/pRb 相互作用可能对于控制癌细胞的无限复制至关重要，PP1A对AKT的抑制作用对于控制细胞存活也同样如此。PP1A 对MAPK 通路上关键蛋白的抑制作用，可能为控制肿瘤转移提供了一定优势。Matos 等［46］提出PP1 复合物的调节是一种很有前途的癌症治疗方法。Zhang 等［47］研究表明，癌症干性与免疫治疗抵抗密切相关，并利用新的单细胞测序特征提高了预测免疫检查点抑制剂的能力，并表明包括PPP1CA 在内的13 个基因是免疫治疗的潜在靶点。关于PP1A 的探索尚需进一步深入，PP1A 作为癌症治疗靶点虽然充满挑战，但也富有潜力。

作者贡献声明 司航：起草文章；王娜娜：对文章的知识性内容作批评性审阅；刘素素：采集数据，支持性贡献；张骞：对文章的知识性内容作批评性审阅，获取研究经费，指导