Axin在細(xì)胞凋亡中的作用

蔡典潛（綜述），魏麗玲（審校）

（汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣東汕頭 515041）

1972年，Kerr等［1］提出了細(xì)胞凋亡的概念。它是一種主動(dòng)過(guò)程，涉及到一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等作用。當(dāng)?shù)蛲鲂盘?hào)啟動(dòng)后，胞內(nèi)的某些特異蛋白與細(xì)胞表面相連接，如Bcl-2蛋白家族、細(xì)胞表面受體Fas等，通過(guò)caspase家族的激活，經(jīng)蛋白水解的一系列連鎖反應(yīng)來(lái)實(shí)施凋亡過(guò)程［2］。已有相當(dāng)?shù)奈墨I(xiàn)報(bào)道了軸蛋白（Axin）參與細(xì)胞凋亡的病理、生理過(guò)程。下面重點(diǎn)綜述其在細(xì)胞凋亡方面的進(jìn)展。

1 Axin的一般特性

Axin最初是作為小鼠Fused或Fu基因的產(chǎn)物而被發(fā)現(xiàn)的。迄今為止已發(fā)現(xiàn)了4種等位基因 Fuki、Fukb、Fu、FuTg1，F(xiàn)used 基因的突變會(huì)導(dǎo)致胚胎出現(xiàn)雙體軸現(xiàn)象，把Axin注射于蟾蜍的胚胎中，在胚胎發(fā)育中出現(xiàn)了體軸缺失現(xiàn)象，表明過(guò)表達(dá)Axin能負(fù)性調(diào)節(jié)體軸誘導(dǎo)信號(hào)［3］。1998 年，Behrens等［4］利用糖原合成激酶-3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β）作誘餌蛋白，篩選出了傳導(dǎo)素，與小鼠Axin1相比較，在核苷酸水平上有45%的相似性。同年，Kikuchi等［5］也分離出Axil（Axin like），與Axin1相比有44%的相似性。一般將傳導(dǎo)素及Axil統(tǒng)稱為Axin2。兩者在蛋白產(chǎn)物的功能上被認(rèn)為是相同的，可以相互替代［6］。Axin基因廣泛表達(dá)于腦、甲狀腺、心、肺、肝、脾、腎、睪丸和骨骼肌等組織，這與它的功能多樣性有關(guān)。

2 Axin的結(jié)構(gòu)域

Axin具有許的結(jié)構(gòu)域，并與相應(yīng)蛋白直接或間接結(jié)合而發(fā)揮其生物作用［7］。通過(guò)對(duì)不同物種的蛋白序列對(duì)比分析，Axin N末端有與結(jié)腸腺瘤性息肉病基因蛋白結(jié)合的G蛋白調(diào)控因子區(qū)域，在89～216位氨基酸（AA）區(qū)域;C末端則有與散亂蛋白結(jié)合及與Axin自身形成二聚體的散亂蛋白/Axin同源結(jié)構(gòu)域，在其757～820位AA區(qū)域。在477～561位AA能與GSK-3β結(jié)合;在561～630位AA能與β連環(huán)素（β-catenin）結(jié)合;在298～506位AA能與蛋白磷酸酶2A結(jié)合;在353～437位AA能與低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白結(jié)合。在217～522位AA區(qū)域有稱之為有絲分裂原激活蛋白胞外調(diào)節(jié)激酶激酶激酶（MAP/ERK kinase kinase，MEKK1）1結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，能與c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）通路中的 MEKK1結(jié)合，而在 678～711位 AA能與MEKK4結(jié)合。另外，在209～338位 AA有直接與p53結(jié)合的區(qū)域。正由于Axin具有與眾多蛋白結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，才發(fā)揮著構(gòu)架蛋白的作用。

3 Axin在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的作用

3．1 Axin與Wnt信號(hào)通路 Wnt信號(hào)在細(xì)胞增殖、形態(tài)、黏附、運(yùn)動(dòng)、機(jī)體發(fā)育等過(guò)程中起著重要調(diào)控作用［8］。經(jīng)典的Wnt通路如下:在沒(méi)有Wnt信號(hào)存在的情況下，Axin與GSK-3β結(jié)合后增強(qiáng)了GSK-3β磷酸化β-catenin的能力，β-catenin磷酸化后經(jīng)泛素化途徑而降解。當(dāng)有Wnt信號(hào)時(shí)，Wnt信號(hào)與卷曲蛋白受體結(jié)合后，能誘導(dǎo)卷曲蛋白與低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6形成復(fù)合物，其中低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白5/6的胞內(nèi)域能招募并結(jié)合胞質(zhì)中的Axin，使其在胞質(zhì)中的濃度下降［9］，并能激活散亂蛋白，散亂蛋白一經(jīng)激活后即可阻止GSK-3β磷酸化βcatenin的過(guò)程，非磷酸化的β-catenin不經(jīng)泛素化途徑降解而在胞質(zhì)內(nèi)累積，并轉(zhuǎn)入核內(nèi)與淋巴增強(qiáng)因子/T細(xì)胞因子結(jié)合并啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄，從而發(fā)揮其生物學(xué)效用。

Wnt信號(hào)中，Axin能作為負(fù)調(diào)因子與 GSK-3β、結(jié)腸腺瘤性息肉病基因蛋白、β-catenin等相互作用［10］。Axin能被 GSK-3β 所磷酸化，而磷酸化的Axin更趨穩(wěn)定，且不影響與GSK-3β及β-catenin的結(jié)合。Chen等［11］發(fā)現(xiàn)Wnt-1信號(hào)能抑制凋亡，且是依賴于β-catenin/T細(xì)胞因子介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄的活性，Wnt-1信號(hào)能阻止線粒體釋放出細(xì)胞色素 C及繼而的caspase-9活化。Li等［12］亦發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá) β-catenin能抑制細(xì)胞凋亡。Neo等［13］發(fā)現(xiàn)在中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞中過(guò)表達(dá)Axin所致的細(xì)胞凋亡取決于β-catenin的濃度。Kim等［14］發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)基因動(dòng)物體內(nèi)，下調(diào)Wnt/β-catenin的表達(dá)會(huì)導(dǎo)致海馬區(qū)神經(jīng)元的變性，應(yīng)用原位末端轉(zhuǎn)移酶標(biāo)記技術(shù)分析法證明了這種變性是由細(xì)胞凋亡所致，并證明了在體內(nèi)誘導(dǎo)Axin的表達(dá)會(huì)導(dǎo)致海馬區(qū)神經(jīng)元的變性。過(guò)表達(dá)Axin能下調(diào)β-catenin/T細(xì)胞因子4的表達(dá)，從而誘導(dǎo)肺巨細(xì)胞肺癌PG細(xì)胞系亞系細(xì)胞的凋亡［15］。綜上可知，Axin介導(dǎo)的凋亡可能通過(guò)Wnt信號(hào)起作用。

3．2 Axin與JNK信號(hào)通路 JNK通路在細(xì)胞增生、分化、形變、凋亡及遷移中發(fā)揮著重要作用。在293T人胚胎腎細(xì)胞中，Axin的過(guò)表達(dá)可以強(qiáng)烈激活JNK，對(duì)p38是中度激活，而幾乎不激活細(xì)胞外調(diào)控激酶［16］。Axin直接通過(guò) MEKK1結(jié)合結(jié)構(gòu)域與MEKK1C末端的激酶結(jié)構(gòu)域結(jié)合而形成復(fù)合體，從而激活JNK。剔除Axin N末端的1～197位AA，包括G蛋白信號(hào)調(diào)節(jié)區(qū)域，不影響Axin介導(dǎo)的JNK激活。同樣的，剔除 354～508位 AA，包括 GSK-3β和β-catenin的結(jié)合位點(diǎn)，對(duì)Axin激活JNK活性影響不大。但是，剔除C末端507～832位AA就喪失了JNK的激活，剔除了210～352位AA則完全失去了JNK的激活作用。這表明Axin介導(dǎo)的JNK激活，不僅需要MEKK1結(jié)合結(jié)構(gòu)域，還需要C末端的507～832位AA區(qū)域。共表達(dá)Axin和野生型GSK-3β可以顯著降低Axin介導(dǎo)的JNK激活作用，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明，GSK-3β的抑制作用是通過(guò)它與Axin相結(jié)合的區(qū)域發(fā)揮作用，而不依賴于它的激酶活性。C末端能與Axin形成同源寡聚體，MEKK1需要二聚化的Axin來(lái)激活下游的蛋白激酶［16］。實(shí)驗(yàn)證明，MEKK4也調(diào)節(jié)著Axin對(duì)JNK的激活作用，顯性失活的MEKK4減少Axin介導(dǎo)的 JNK 活性［17］，而 MEKK2和 MEKK3沒(méi)有這種作用。酪蛋白激酶Iε就是通過(guò)與MEKK1競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)而起抑制作用。由此可知，與Axin結(jié)合的 MEKK1、MEKK4、GSK-3β、酪蛋白激酶 Iε 等均是通過(guò)其相結(jié)合的區(qū)域而發(fā)揮各自的作用，而非依賴于蛋白的激酶活性［18］。

JNK信號(hào)通路激活后經(jīng)線粒體凋亡途徑引起細(xì)胞凋亡。Neo等［13］發(fā)現(xiàn)在中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞中過(guò)表達(dá)Axin會(huì)通過(guò)激活JNK信號(hào)通路而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，同時(shí)低水平的β-catenin能增強(qiáng)這種凋亡的發(fā)生。

3．3 Axin與p53信號(hào)通路 p53是一種腫瘤抑制基因，許多惡性腫瘤出現(xiàn)了該基因的突變。其編碼的蛋白質(zhì)作為一個(gè)序列特異的轉(zhuǎn)錄因子，在各種應(yīng)激刺激下p53可選擇性激活Bax/PUMA和p21兩條途徑來(lái)發(fā)揮功能。Axin的678～753位AA和同源結(jié)構(gòu)域相互作用蛋白2（homeodomain-interacting protein kinase 2，HIPK2）的 935～1050位 AA 對(duì) Axin與HIPK2之間相互作用是至關(guān)重要的，當(dāng)前者缺失則喪失與 HIPK2之間的相互作用［19］。Axin的209～338位AA可直接與p53結(jié)合，可促進(jìn)p53第46位絲氨酸磷酸化，從而選擇性增強(qiáng)依賴p53轉(zhuǎn)錄的目的基因。在H1299細(xì)胞中，外源性的Axin可促進(jìn)凋亡，同樣的，p53和HIPK2的結(jié)合區(qū)域?qū)φT導(dǎo)p53介導(dǎo)凋亡是至關(guān)重要的。

Daxx是死亡區(qū)域相關(guān)蛋白，能與Axin/HIPK2/p53形成復(fù)合體，與Axin直接結(jié)合的Daxx能增強(qiáng)p53第46位絲氨酸的磷酸化，Daxx/Axin復(fù)合體經(jīng)紫外照射后可增強(qiáng)，并選擇性活化p53的目的基因（如PUMA）［20］。Daxx在未受應(yīng)激刺激的情況下發(fā)揮抗凋亡作用，而在應(yīng)激刺激后則發(fā)揮促凋亡作用。紫外線照射可誘導(dǎo) Axin轉(zhuǎn)入核內(nèi)，與Daxx，HIPK2形成復(fù)合體，從而激活p53轉(zhuǎn)錄活性，引起目的基因PUMA表達(dá)，再與Bcl-2或Bcl-x形成復(fù)合體，從而導(dǎo)致細(xì)胞色素C的釋放，引起細(xì)胞凋亡。因此，Daxx介導(dǎo)的凋亡依賴于p53，且在H1299細(xì)胞中，p53也需要內(nèi)源性的Axin和Daxx才能獲得最大效能來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，減少Axin或Daxx都將減弱p53誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡［21］。Axin作為構(gòu)架蛋白，與相應(yīng)蛋白結(jié)合后激活Wnt、JNK、p53等通路，并通過(guò)線粒體途徑促進(jìn)細(xì)胞凋亡。

4 Axin與腫瘤的關(guān)系

Axin作為一個(gè)抑癌基因，與多個(gè)信號(hào)通路的組分都有聯(lián)系，如β-catenin在肝細(xì)胞癌的腫瘤細(xì)胞中存在突變型Axin，相當(dāng)于顯性負(fù)調(diào)的Axin，能穩(wěn)定βcatenin。而向腫瘤細(xì)胞引入野生型Axin能則促進(jìn)凋亡［22］。在C6細(xì)胞中，過(guò)表達(dá)Axin能誘導(dǎo)細(xì)胞死亡，減少細(xì)胞增殖，并上調(diào)p53的表達(dá)。沉默Axin則減少p53的表達(dá)，說(shuō)明Axin在星形膠質(zhì)細(xì)胞瘤是經(jīng)p53 通路發(fā)揮作用［23］。Satoh 等［24］發(fā)現(xiàn)在野生型Axin基因轉(zhuǎn)染肝癌細(xì)胞和結(jié)腸癌細(xì)胞后都能誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。在高表達(dá)Axin的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物胸腺和脾內(nèi)表現(xiàn)為高水平的細(xì)胞凋亡［25］。

5 小結(jié)

Axin參與多條信號(hào)通路，調(diào)節(jié)著細(xì)胞凋亡，可能為腫瘤治療提供新的方向與新的手段。但是，關(guān)于Axin調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的具體機(jī)制尚不明了，Axin在信號(hào)通路中是否處于中心位置?Wnt、JNK、p53信號(hào)通路中的各個(gè)組分是否都能與Axin相互作用?是否還參與其他的信號(hào)通路?這些都需要更多的研究去探索。

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