抗凋亡蛋白BAG-1在口腔鱗狀上皮細胞癌中的作用

凋亡功能的異常在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要的作用，抗凋亡因素的增強與促凋亡因素的抑制是腫瘤發(fā)生過程中的一個關鍵環(huán)節(jié)。BAG-1蛋白是目前研究較多的一種抗凋亡蛋白，其高表達被認為與多種惡性腫瘤的發(fā)生關系密切。口腔鱗狀上皮細胞癌是常見的一種口腔惡性腫瘤，近年來的研究結果顯示，BAG-1蛋白的高表達與口腔鱗狀上皮細胞癌的惡性程度、轉移以及預后有關。深入了解兩者間的相互關系有助于口腔鱗狀上皮癌的早期診斷、預后判斷以及探索新的治療手段。BAG-1 是Takayama等[1]于1995 年發(fā)現(xiàn)的一種抗凋亡基因， 全稱為Bcl-2 結合抗凋亡基因(Bcl-2-associated athanogene-1)。BAG-1基因編碼產物BAG-1蛋白為多功能結合蛋白，可與多種信號因子相互結合，調節(jié)細胞凋亡、信號傳導、細胞增殖、基因轉錄及細胞運動等功能，其中最重要的是其抗細胞凋亡作用。BAG-1 在人體正常組織中幾乎不表達，而在乳腺癌、前列腺癌、大腸癌、肺癌、腎癌、膀胱癌、甲狀腺癌及胃腸道惡性腫瘤中都有陽性表達。腫瘤細胞中BAG-1表達與其臨床意義方面的研究已成為目前的研究熱點之一[2]?？谇击[狀上皮細胞癌(oral squamous cell carcinoma，OSCC) 是發(fā)生在口腔的最常見腫瘤。本文就BAG-1及其在OSCC的臨床意義作一綜述。

1BAG-1蛋白的結構與分型

BAG-1基因定位于9 號染色體，其編碼產物BAG-1 蛋白是由219 個氨基酸殘基組成的酸性蛋白質。BAG-1 蛋白具有4種亞型，即BAG-1L (p50) 、BAG-1M (p46) 、BAG-1S (p33) 和p29，是由共同的mRNA 通過選擇不同的起始部位進行翻譯而產生的。BAG-1S含量最豐富，主要定位于胞漿;BAG-1L的 N-端具有一個核定位信號區(qū)(nuclear localisation signal，NLS)結構，主要定位于胞核;BAG-1M既可定位于胞核，也可定位于胞漿;p29 分布于細胞膜。在結構上，BAG-1蛋白主要包括BAG結構域(BAG Domain)、泛素樣結構域(Ubiquitin-like Domain，ULD)、核定位序列(Nuclear Localization Signal，NLS)和酸性氨基酸殘基重復序列TRSEEX。羧基末端BAG結構域包括110～124個氨基酸，由3 個反平行的α螺旋構成。其中α1 和α2 是與絲氨酸/蘇氨酸激酶Raf-1相互作用的部位，α2 和α3 是與熱休克蛋白70 (Hsp70) 相互作用的部位。BAG-1氨基末端的泛素樣區(qū)域是BAG-1 蛋白與26s 蛋白酶體相互作用的部位。BAG-1 各亞型的氨基末端還有數(shù)目不等的TRSEEX 重復區(qū)域，其功能不明。核定位序列只存在于BAG-1L和BAG-1M的氮末端，其中BAG-1L含有全長的核定位序列，而BAG-1M只含有部分的核定位序列。核定位序列能夠幫助BAG-1M和BAG-1L定位于細胞核中，從而發(fā)揮結合DNA、調節(jié)核激素受體等功能[3-4]。值得一提的是，雖然BAG-1S不含有核定位序列，但在某些條件下，如經過熱休克及激素刺激后，BAG-1S與BAG-1M一樣，都可以從細胞漿轉移到細胞核[5]。

2BAG-1蛋白調控細胞凋亡的機制

BAG-1蛋白各亞型因不同的亞細胞定位而有著不同的功能，發(fā)揮相應的生物學功能，但抗細胞凋亡作用仍是其諸多功能中最為重要的，它通過多種途徑來完成這一功能。

2.1與Bcl-2 結合形成復合物:BAG-1蛋白可通過其功能域與Bcl-2相結合，調節(jié)Bcl-2的功能。Bcl-2 的主要功能是抑制細胞凋亡，延長細胞壽命。Bcl-2主要位于線粒體外膜，BAG-1可通過與Bcl-2疏水的C端相結合而抑制線粒體釋放細胞色素C等凋亡相關因子，從而進一步抑制caspase等的激活，使細胞凋亡受阻。Bcl-2和BAG-1過表達，可使DNA受損的細胞生存期延長，從而導致腫瘤的發(fā)生發(fā)展。BAG-1 不僅可以增強Bcl-2 的抗凋亡活性，而且也具有獨立的抗凋亡作用[6-7]。

2.2 對核激素受體功能的調控作用:核激素受體(nuclear hormone receptor，NHR)是配體依賴性轉錄因子，也是細胞生長、分化、繁殖和凋亡的主要調控分子。BAG-1可調節(jié)一系列NHR的活性，其中包括雄激素受體(androgen receptor，AR)、雌激素受體(estrogen receptor，ER)、孕激素受體(progestogen receptor，PR)、甲狀腺素受體(thyroid hormone receptor，TR)、維甲酸受體(retinoic acid receptor，RAR)、糖皮質激素受體(glucocorticoid receptor，GR)和維生素D3受體(vitamin D receptor，VDR)[8-9]。然而，BAG-1并不與所有的核受體發(fā)生相互作用，如不與視黃醇類X受體(retinoid X receptor，RXR)發(fā)生相互作用[10]，也不調控過氧化物酶體增生物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ，PPARγ)的轉錄激活活性[11]。此外，不同的BAG-1亞型分別調控不同的特異性NHR，例如BAG-1S調控RAR，BAG-1L 和 BAG-1M調控GR[10]。

2.3 與分子伴侶的相互作用:熱休克蛋白Hsp70/Hsc70是行使多種功能的分子伴侶，包括幫助新合成的蛋白、變性蛋白或未折疊的蛋白進行構象折疊，它們本身在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。BAG-1是共分子伴侶家族成員，可以與Hsp70和Hsc70相互作用并調節(jié)其功能。BAG-1通過BAG結構域與分子伴侶Hsp70/Hsc70結合形成復合體，調節(jié)分子伴侶對信號轉導蛋白和轉錄因子的作用，最終影響到細胞的應激反應、凋亡、增生和遷移[12]。BAG-1還可以作為支架分子，將分子伴侶募集在特定的靶分子上，改變靶分子的構象，從而影響細胞行為[13]。并引起細胞內癌基因蛋白水平升高，從而抑制細胞凋亡[14]。

2.4 參與信號通路的調控過程: BAG-1可以調節(jié)一系列信號分子的功能，其中最重要的是Raf-1激酶。Raf-1激酶是絲氨酸/蘇氨酸激酶，一般由Ras啟動。Raf-1在從細胞表面到細胞核轉導細胞生長控制信號的過程中扮演一個重要角色。Raf-1激活MAPKs，導致了一連串的磷酸化級聯(lián)反應，最終影響特異性的轉錄因子功能。在正常情況下，Raf-1是由Ras激活，但BAG-1可以不依賴Ras而活化Raf-1激酶，活化后的Raf-1激酶可啟動MAPKs信號轉導途徑，并通過該信號轉導途徑促進細胞的生長繁殖。因此，過表達的BAG-1在Ras缺限型腫瘤中，可通過活化MAPKs介導腫瘤細胞的生長與繁殖[15]。BAG-1還可與B-Raf相結合。研究結果表明，BAG-1通過與B-Raf 以及Akt在線粒體膜表明形成一個復合物從而調節(jié)Bad的磷酸化過程、凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis protein，IAP)的表達以及細胞的存活[16]。

2.5 與其他因子之間的相互作用: BAG-1 也可以與酪氨酸激酶生長因子受體、肝細胞生長因子受體、血小板源性生長因子受體相結合形成復合物，加強它們的功能而抑制凋亡[17]。BAG-1 可抑制p53 誘導的細胞凋亡，此作用由Bcl-2介導，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用[18]。此外，所有的BAG-1亞型結構中都包含一個ULD結構，從而可調控泛素-蛋白酶體途徑介導的蛋白質降解過程[19]。

3BAG-1與口腔鱗狀上皮細胞癌

在人類的OSCC，細胞漿中BAG-1的高表達與腫瘤的轉移和不良預后有關。Shindoh等[20]發(fā)現(xiàn)，發(fā)生淋巴結轉移的原發(fā)癌組織與未發(fā)生轉移的癌組織或者鄰近上皮組織相比，往往表達高水平的BAG-1。在侵襲的癌細胞中，可以觀察到高水平的細胞漿內BAG-1蛋白。研究發(fā)現(xiàn)，盡管BAG-1高表達于淋巴組織轉移灶中，原發(fā)的OSCC與正常口腔上皮相比核內BAG-1水平下降。此外，Hague等[21]發(fā)現(xiàn)，與正常的口腔角質化細胞相比，OSCC細胞可出現(xiàn)比BAG-1L更短的BAG-1亞型的表達量增高。分化程度較高的癌組織中細胞漿中BAG-1的水平相對較低，中等程度以及分化程度較低的腫瘤組織中則往往細胞漿中BAG-1染色程度增加。此外，淋巴結轉移灶中胞漿BAG-1又高于相應的原發(fā)癌組織，表明胞漿BAG-1水平的增高與OSCC的侵襲性以及轉移有關。這與在黑素瘤以及胃癌細胞的研究中發(fā)現(xiàn)的BAG-1S參與癌轉移的研究結果相印證[22-23]。同樣，細胞漿內BAG-1染色水平增高可能反映BAG-1S的高表達，這種現(xiàn)象可見于H157、H357等OSCC細胞系。因此，BAG-1亞型相對豐度的改變、Bag-1總表達水平的增高以及BAG-1亞細胞定位的改變常常發(fā)生于口腔的致癌過程中。

OSCC及其轉移灶中細胞漿高水平的BAG-1表明BAG-1水平可以作為評價癌組織侵襲性以及轉移危險性的一個指標[20]。因此可以作為個性化治療的一個參考因素，對于“高?！被颊呖梢越o予更加主動的治療手段從而預防轉移。Xie等[24]通過舌SCC患者的隊列研究發(fā)現(xiàn)，高BAG-1表達水平與預后不良成顯著的相關性。在他們的研究中，正常組織以及癌組織中均可發(fā)現(xiàn)胞漿BAG-1蛋白的表達，同時BAG-1和Bcl-2的表達水平與OSCC之間呈現(xiàn)顯著的正相關，盡管沒有進一步研究這些蛋白各種亞型的表達水平與凋亡指數(shù)之間的相關性，通過染色評分的方式表明BAG-1和Bcl-2的染色程度與凋亡指數(shù)之間呈負相關。BAG-1的表達水平還與一些反映腫瘤增殖速度的標記物如Ki-67以及反映腫瘤遷移和侵襲程度的標志物如H-antigen的水平呈顯著的相關性[24]。在OSCC，將BAG-1表達水平與其他標志物結合起來可能比單純的BAG-1表達水平更具有診斷價值。這種想法已經被另外一項研究所證實，在該研究中，研究者利用蛋白芯片技術結合western blotting方法進行結果驗證，來檢測98名患頭頸部SCC (head and neck SCC，HNSCC)患者有關蛋白的表達水平。結果顯示，在這些患者中，表達水平增高最為明顯的是BAG-1和Hsp70，而兩種蛋白都主要存在于腫瘤細胞的胞漿中。這個研究結果表明，兩種蛋白都可能是有價值的預后標志物，但是單獨則意義可能不大。現(xiàn)有的研究結果表明它們可能通過共同作用促進腫瘤的發(fā)生過程，因此BAG-1-Hsp70分子伴侶軸可能成為一個有效的基因治療靶點[25]。

然而，也有研究者提出了相反的研究報道。Vora等[26]發(fā)現(xiàn)80%的粘膜白斑病(一種癌前病變)以及70%的舌癌組織樣品的胞漿中均表達BAG-1，而隨著惡性程度的進展，BAG-1的表達水平有一定的下降趨勢。惡性程度更高(grade 3)的OSCC組織中BAG-1的表達水平要低于惡性程度相對較低(grade 1、2)的癌組織，而且相對低BAG-1表達水平的患者其死亡率更高，而無復發(fā)，生存率(relapse-free survival)降低。這意味著低BAG-1表達水平在舌OSCC中是一個預后不良的標志物，這與前述研究結果不一致。出現(xiàn)這種差異的原因可能是由于研究對象的不同。盡管煙草的使用是最常見的OSCC危險因素，但是煙草的使用方法不同也可導致腫瘤細胞出現(xiàn)不同的分子改變。例如:在印度，OSCC主要是由于咀嚼煙草或者是吸鼻煙所致，這與其他地區(qū)人們的吸煙習慣不同[27]。在研究中，Vora等[28]使用的是來自于印度的OSCC患者，而前述Shindoh、Hague、Xie等則分別使用的是來自于日本、英國以及挪威的人群。BAG-1轉錄水平可至少被p53的一些突變位點所促進，而p53的突變位點更多見于普通吸煙所引起的OSCC，而不是咀嚼煙草者。此外另一個可能的因素是在印度的OSCC患者中存在著很高的Ha-ras突變發(fā)生率，這意味著BAG-1對Raf-1的激活并不是這些腫瘤發(fā)生所必需的[27]。

4小結

作為一個多功能蛋白，BAG-1在腫瘤中的重要作用近年來引起了眾多研究者的興趣。臨床研究結果表明BAG-1在多種腫瘤中都高表達。盡管存在少數(shù)相反的研究結果，多數(shù)研究結果顯示，BAG-1高表達可能與OSCC的惡性程度以及轉移和預后有關。因此，BAG-1有望成為一個有效的OSCC預后的標志性分子。由于BAG-1分子的功能與Hsc70/Hsp70等關系密切，因此將BAG-1分子與這些分子的表達水平結合起來可能更加具有說服力。此外，這些分子在將來也有望成為新的包括OSCC在內的多種腫瘤的治療靶點。然而BAG-1 發(fā)現(xiàn)的時間畢竟不長，雖然目前已知其可通過多種途徑發(fā)揮抗凋亡作用，某些具體機制還不是很清楚，對此基因的研究還相當有限，且還存在著一些矛盾的結果。如果要充分了解BAG-1 基因以及其編碼的各種亞型蛋白在OSCC中所扮演的角色，以及BAG-1 是否能夠成為OSCC早期診斷和判斷預后的新指標，甚至作為新的治療靶點，還有許多工作要做。

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[收稿日期]2009-09-27 [修回日期]2009-12-30

編輯/李陽利