Twist與 Akt在惡性腫瘤中作用的研究進(jìn)展

王士娜,楊立宇,馬靜綜述 王翠芳審校

(1.沈陽醫(yī)學(xué)院奉天醫(yī)院病理科,遼寧 沈陽 110024;2.中國醫(yī)科大學(xué)九十二期四班;3.沈陽市第四人民醫(yī)院麻醉科)

惡性腫瘤是目前危害人類健康最嚴(yán)重的疾病,同時也是生命科學(xué)研究的熱點。近年來的研究發(fā)現(xiàn),Twist及 Akt均具有癌基因的特性,它們能通過多種途徑抑制細(xì)胞凋亡,是腫瘤轉(zhuǎn)移的必要基因,在腫瘤的形成、發(fā)展和轉(zhuǎn)移過程中均發(fā)揮了重要的作用。本文就 Twist及 Akt與惡性腫瘤的相關(guān)性作一綜述。

Twist基因首先在果蠅中被發(fā)現(xiàn),是一種編碼位于常染色體上的堿性螺旋 -環(huán) -螺旋 DNA結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子,是一種在胚胎發(fā)育中起關(guān)鍵調(diào)控作用的轉(zhuǎn)錄因子,在誘導(dǎo)細(xì)胞移動及組織塑型中起重要作用,主要表達(dá)于胎盤、胚胎中胚層和成人的某些中胚層來源的未分化組織,新近發(fā)現(xiàn) Tw ist具有癌基因的特征,不適當(dāng)表達(dá)會致癌。Twist參與了某些上皮來源腫瘤的發(fā)生,并促進(jìn)其侵襲轉(zhuǎn)移,如前列腺癌,乳腺癌及甲狀腺癌等[1]。

Akt是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,因與蛋白激酶 A、C高度同源,又名蛋白激酶 B(protein kinases B,PKB),已被定義為癌基因,包括 3種亞型：Akt1、Akt2及 Akt3,其功能除了涉及細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞凋亡啟動等細(xì)胞生存調(diào)節(jié)外,還參與血管生成、端粒酶活性和細(xì)胞侵襲等諸多重要的生理及病理過程。因而 Akt是腫瘤發(fā)生的重要信號分子,活化的 Akt在介導(dǎo)細(xì)胞生長和增殖、細(xì)胞運動和侵襲、細(xì)胞凋亡和抵抗化療、放療方面有重要作用。抑制 Akt的活化可以降低乳腺癌、黑色素瘤及胃癌等腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力[2]。

1 Twist、 Akt與腫瘤生長

Twist、Akt通過抑制細(xì)胞凋亡和促進(jìn)腫瘤血管生長等促進(jìn)腫瘤的形成。

對于抗細(xì)胞凋亡,Twist可能會通過改變成纖維細(xì)胞的特性,抑制 ADP核糖基化因子 (ADP-ribosylation factor,ARF)/鼠雙微體 2(murine doubleminute 2,MDM2)/p53途徑,增強(qiáng)其對原癌基因誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡的抵抗性,導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的出現(xiàn)延遲和抑制,使得細(xì)胞大量增殖[3]。Twist對 p53途徑的抑制作用則從轉(zhuǎn)錄和翻譯兩方面入手,通過與 p53反式作用因子 HOXA 5的相互作用,逆轉(zhuǎn) p53介導(dǎo)的 Twist抑制作用。Twist還通過抑制 p300介導(dǎo)的乙?；?阻止 p53,p300和MDM2三元絡(luò)合物的形成,間接抑制 p53介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄。在腫瘤血管發(fā)生方面,高表達(dá) Twist的MCF7乳腺癌細(xì)胞鼠種植實驗動物模型中,發(fā)現(xiàn)腫瘤血管流量和血管滲透性有著顯著升高[4]。

研究證實,Akt活性形式的表達(dá)能阻止生長因子去除引發(fā)的凋亡。Akt通過多種途徑抑制細(xì)胞凋亡[5]：活化的 Akt能夠作用于下游關(guān)鍵的凋亡蛋白如凋亡 Bcl-2(B-cell leukemia-2)家族成員的促凋亡因子 Bad,Forkhead轉(zhuǎn)錄因子家族成員,糖原合成酶激酶 (glycogen synthesis kinase-3β,Gsk-3β),半胱氨酸水解酶 (casepase-9),核因子-kappaB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)以及 MDM2,使它們磷酸化進(jìn)而介導(dǎo)細(xì)胞抗凋亡的生物學(xué)功能。最近通過對 Akt在細(xì)胞代謝中作用的研究發(fā)現(xiàn),Akt還可以通過代謝途徑來調(diào)節(jié)細(xì)胞的凋亡[6]。因此可以看出 Akt在細(xì)胞的凋亡中發(fā)揮了重要的作用。關(guān)于血管生長,Akt活性抑制劑 LY294002能夠在體外抗神經(jīng)膠質(zhì)瘤血管生成。水溶性的喜樹堿類物質(zhì) Topotecan,通過抑制血管生成而發(fā)揮抗腫瘤效應(yīng),實驗證實也是通過下調(diào) Akt介導(dǎo)的[7]。Akt促進(jìn)血管生成的可能機(jī)制：Akt磷酸化內(nèi)皮源性一氧化氮合酶 (endothelial NO synthase,eNOS),使之活化,而 eNOS與腫瘤血管生成有密切關(guān)系;Akt通過多種途徑上調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α),HIF-1α促進(jìn)血管內(nèi)皮生長因子 (vascular endothelial trowth factor,VEGF)的表達(dá);活化的 Ak t引起 NF-κB的抑制單位 IκB磷酸化,NF-κB水平提高上調(diào)環(huán)氧化酶-2(COX-2)表達(dá)。

2 Twist、Akt與腫瘤轉(zhuǎn)移

腫瘤的轉(zhuǎn)移是一個復(fù)雜的多級的生物學(xué)過程,在每一階段都通過不同的基因和信號通路進(jìn)行調(diào)控。目前主要包括如下幾個步驟：(1)腫瘤細(xì)胞從原發(fā)性腫瘤病灶中分離,在此步驟中細(xì)胞需要經(jīng)歷上皮 -間質(zhì)轉(zhuǎn)變 (epithelialmesenchymal transiton,EMT)來獲得分離的能力;(2)侵入周圍組織,穿透基底膜,進(jìn)入血管或者淋巴管,各種蛋白溶解酶和趨化因子起著關(guān)鍵作用;(3)在失巢凋亡情況下存活;(4)移出或滲出血管或淋巴管;(5)形成微型轉(zhuǎn)移結(jié)節(jié);(6)適應(yīng)周圍基質(zhì)環(huán)境,經(jīng)過間質(zhì) -上皮轉(zhuǎn)變 (mesenchymal epithelial transiton,MET)重新獲得上皮細(xì)胞增殖特性,形成轉(zhuǎn)移灶[8]。

研究表明,Twist、Akt基因在步驟 (1)的EMT中均起著關(guān)鍵性作用。而 EMT的核心就是 E-鈣粘蛋白 (E-cadherin)的缺失,導(dǎo)致上皮細(xì)胞失去極性和細(xì)胞與細(xì)胞間的粘附作用不穩(wěn)定,以及細(xì)胞骨架的改變,并使 β-環(huán)連蛋白 (β-catenin)從復(fù)合體上解離,從而實現(xiàn)腫瘤細(xì)胞從原發(fā)灶中的分離。同時,β-環(huán)連蛋白的異位能協(xié)同 T細(xì)胞因子導(dǎo)致 EMT基因標(biāo)記的表達(dá),后者主要是指包括纖維結(jié)合蛋白、彈性蛋白在內(nèi)的成纖維細(xì)胞相關(guān)基質(zhì)蛋白[9]。

Yang J[10]等人認(rèn)為,Twist作為一種功能性堿性螺旋 -環(huán) -螺旋轉(zhuǎn)錄因子,能夠與其它的螺旋-環(huán) -螺旋蛋白以二聚體形式結(jié)合,該二聚體能夠活化或者抑制不同的下游區(qū)目標(biāo),從而實現(xiàn)對E-cadherin的調(diào)節(jié)。因而,Twist的表達(dá)上調(diào),通過抑制了 E-cadherin的表達(dá)引發(fā) EMT,使腫瘤細(xì)胞遷移、侵襲能力提高。

研究發(fā)現(xiàn),Ak t活化的人類氣管上皮細(xì)胞運動明顯增強(qiáng),細(xì)胞表現(xiàn)出轉(zhuǎn)化細(xì)胞的特性,即喪失接觸抑制和對細(xì)胞外基質(zhì) (extra-cellular matrix,ECM)的粘附能力。而通過用表達(dá)建構(gòu)的活性 Akt轉(zhuǎn)染的鱗狀上皮細(xì)胞癌細(xì)胞株中,Akt驅(qū)使上皮間葉細(xì)胞轉(zhuǎn)換,細(xì)胞獲得纖維原細(xì)胞樣特性,而且E-cadherin的轉(zhuǎn)錄下調(diào),細(xì)胞間的粘附減少,增加了細(xì)胞的運動性和侵襲性,Akt磷酸化 Gsk,拮抗β-環(huán)連蛋白的降解,胞漿中 β-環(huán)連蛋白積聚使其濃度增高,下調(diào) E-cadherin表達(dá),促進(jìn)細(xì)胞運動[11]。

3 Twist、Akt與腫瘤化療

研究發(fā)現(xiàn)[12],在鼻咽癌、膀胱癌、卵巢癌以及前列腺癌中,Twist蛋白水平的升高與這四種癌癥對長春新堿的耐藥有相關(guān)性,并參與了鼻咽癌對紫杉醇的耐藥。在對黑色素瘤組織的研究中發(fā)現(xiàn) Twist的高表達(dá)與黑色素瘤的低存活率有相關(guān)性,并推測高表達(dá)的 Twist會導(dǎo)致黑色素瘤對紫杉醇和長春新堿的抗藥性[13]。通過對神經(jīng)母細(xì)胞瘤的研究[14],認(rèn)為 H-Twist是 N-Myc介導(dǎo)細(xì)胞凋亡途徑的關(guān)鍵性抑制因子,H-Twist的下調(diào)導(dǎo)致 NMyc的擴(kuò)增,而后者與迅速的瘤性增殖和預(yù)后不良相關(guān)。

Brognard等[15]研究發(fā)現(xiàn)對于高表達(dá) Akt的非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞株,磷脂酰肌醇 3-激酶 (phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)的抑制劑LY294002能顯著增強(qiáng)化療誘導(dǎo)的凋亡,而對于低表達(dá) Akt的細(xì)胞,LY294002不明顯增加化療誘導(dǎo)的凋亡。對于高 Akt活性的細(xì)胞,轉(zhuǎn)染顯性負(fù)突變 Akt質(zhì)粒將減少 Akt活性,增加化療引發(fā)的凋亡;對于低 Akt活性的細(xì)胞,轉(zhuǎn)染構(gòu)建的活性 Akt質(zhì)粒,增加 Akt活性,削弱化療引發(fā)的凋亡。實驗證實 Akt的活化能夠抵抗化療引發(fā)的凋亡。

4 展望

綜上所述,Twist及 Akt在腫瘤的血管生成、細(xì)胞生長、存活、抗凋亡、上皮 -間質(zhì)轉(zhuǎn)變(EMT)及癌細(xì)胞侵襲力增強(qiáng)等方面均發(fā)揮作用,研究認(rèn)為,Twist、Akt可能作為信號通路形式存在于多種惡性腫瘤中,Cheng GZ等[16]通過在乳腺癌細(xì)胞系中 Twist基因敲除證實 Akt2是 Twist基因下游的目的和功能性調(diào)節(jié)介質(zhì),認(rèn)為 Twist-Akt2信號在增強(qiáng)乳腺癌細(xì)胞侵襲能力、存活能力及對抗癌藥的抵抗中發(fā)揮重要作用而對上述假設(shè)提出了合理的根據(jù)。目前,對于 Twist-Akt信號通路的研究剛剛開始,深入揭示和了解 Twist、Akt作用的細(xì)胞機(jī)制,有可能為腫瘤的基因治療、抗腫瘤藥物的開發(fā)提供新的作用靶點,并為了解 Twist、Akt非特異性和特異性抑制劑在腫瘤治療的不同階段的效果提供分子基礎(chǔ)。

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