PTEN與動脈粥樣硬化

蘇 琦 李昱瑛 李 巖 鄭 楊 潘洪濤 孫 磊 高 鵬

(吉林大學(xué)第四醫(yī)院，吉林 長春 130062)

動脈粥樣硬化(AS)是一種多基因遺傳的復(fù)雜疾病，具有遺傳易感性。一些與AS發(fā)生具有相關(guān)性的基因，從基因水平調(diào)控AS發(fā)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。最新研究表明人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同系物(PTEN)不僅調(diào)控細(xì)胞的生長和存活，而且作為一種多功能蛋白，在很多細(xì)胞進(jìn)程中發(fā)揮廣泛的作用。雖然PTEN基因在心血管疾病方面的研究較少，但是它在AS發(fā)生中的作用，已經(jīng)逐漸成為近年來研究的熱點(diǎn)。

1 PTEN基因概況

1.1 PTEN基因的結(jié)構(gòu)和功能 人類PTEN基因共編碼403個氨基酸，這些氨基酸形成的蛋白質(zhì)具有兩個主要的功能區(qū)域:催化酶促作用的磷酸酶區(qū)域和C2區(qū)域。其中C2區(qū)域和短的N末端序列(又名PBD區(qū)域)對于PTEN結(jié)合到膜脂上起著決定性作用，而其C端尾部包含一個PDZ結(jié)合基序，這段基序通常被認(rèn)為在PTEN和支架蛋白(如鳥苷酸激酶，MAGI)在一起相互作用時起到關(guān)鍵作用〔1～3〕。PTEN的催化功能區(qū)在結(jié)構(gòu)上有些類似于酪氨酸磷酸酶蛋白，目前已知的蛋白質(zhì)作用底物非常稀少，其中有局部粘著斑激酶(FAK)等〔4〕。

PTEN的生物學(xué)效應(yīng)要?dú)w于其自身的使脂質(zhì)底物PI-3，4，5-P3去磷酸化的功能區(qū)域。而PI-3，4，5-P3是在PI3K被激活之后，進(jìn)而生長因子結(jié)合到其受體上并與PI3K耦聯(lián)之后才形成。PI-3，4，5-P3是生長因子刺激信號通路中的一個主要的信號分子，而PTEN基因的脂質(zhì)磷脂酶基序使PI-3，4，5-P3在其3'端去磷酸化，通過這一反應(yīng)，PTEN抑制了下游的效應(yīng)分子激活，這些效應(yīng)分子包括絲氨酸-蘇氨酸激酶AKT和蛋白激酶C(PKC);或者，這些效應(yīng)分子的激活有賴于PI-3，4，5-P3與其血小板-白細(xì)胞激酶底物同源性區(qū)域的結(jié)合〔5〕。

由于PTEN基因的生物學(xué)功能是作為一種脂質(zhì)磷酸酶，因此其功能的效應(yīng)位點(diǎn)應(yīng)該位于細(xì)胞質(zhì)和質(zhì)膜，而其最有效力的功能就是反向調(diào)節(jié)原致癌效應(yīng)蛋白AKT。AKT的激活可以引發(fā)一些細(xì)胞功能的改變，包括細(xì)胞生長、存活、細(xì)胞遷移、分化、細(xì)胞和組織大小調(diào)控、新陳代謝等〔6〕。

1.2 PTEN基因參與調(diào)控的信號通路 眾所周知，細(xì)胞是機(jī)體的組成部分，而信號通路就是細(xì)胞內(nèi)代謝進(jìn)程和細(xì)胞之間相互對話的樞紐。而PTEN基因的表達(dá)產(chǎn)物參與調(diào)控的信號通路與很多其他信號通路有一定的相互作用。

1.2.1 PTEN基因與WNT信號通路 AKT的兩個底物GSK3α/β在PTEN信號與WNT信號通路中起著重要的作用。AKT通過使GSK3α/β在絲氨酸21/9位點(diǎn)發(fā)生磷酸化，從而抑制了GSK3α/β的活性，而GSK3β正是WNT信號通路的關(guān)鍵調(diào)節(jié)者，GSK3β發(fā)生磷酸化并且由泛素介導(dǎo)發(fā)生降解，而活化的AKT可以穩(wěn)定β-catnin，β-catnin又是WNT信號中的關(guān)鍵因子，從而與WNT信號的傳遞進(jìn)行互補(bǔ)〔6〕。此外，PTEN信號與WNT信號之間的相互作用還涉及一些PTEN的其他效應(yīng)，如PTEN可調(diào)節(jié)干細(xì)胞的自我更新，也可調(diào)控維持干細(xì)胞的G0-G1期〔7〕。而WNT信號在干細(xì)胞的自我更新、增殖方面的作用也是非常重要的。因此，PTEN信號與WNT信號在一定程度上是密切相關(guān)的，或者說細(xì)胞的生長代謝進(jìn)程是由PTEN信號與WNT信號協(xié)同完成的。

另外，AKT的另一個底物——復(fù)合型結(jié)節(jié)性硬化因子2(TSC2)在參與調(diào)控新陳代謝、細(xì)胞大小、細(xì)胞生長及增殖方面起很關(guān)鍵的作用〔8〕。或許TSC2也是PTEN與WNT信號通路的介導(dǎo)因子，這還有待于進(jìn)一步證明。

1.2.2 PTEN與PI3K/AKT信號通路存在拮抗作用 PTEN可以使PI3K/AKT去磷酸化，從而抑制PI3K/AKT的活性。而PTEN的去磷酸化作用不僅局限于胞質(zhì)中，同樣存在于細(xì)胞核內(nèi)。Planchon等〔9〕通過實(shí)驗(yàn)證明，腫瘤細(xì)胞與對照組細(xì)胞中的PTEN在細(xì)胞核內(nèi)的表達(dá)情況有差別，同時得出結(jié)論，核內(nèi)的PTEN作用在抑制腫瘤形成上起很關(guān)鍵的作用。此外，PTEN對于蛋白質(zhì)底物的去磷酸化作用的強(qiáng)度尚不清楚，PTEN對于PI3K/AKT的去磷酸化作用是存在的，但也有研究表明PTEN可以直接使其他蛋白質(zhì)底物發(fā)生去磷酸化，而省去其他中間環(huán)節(jié)〔9〕。由于我們對于被作用的蛋白質(zhì)底物的檢測手段尚不完善，所以這種說法的可靠性值得推敲。因此，PTEN與PI3K/AKT信號之間的相互作用或許并不是單純的胞質(zhì)拮抗作用，也可能存在核內(nèi)的聯(lián)系。

1.2.3 PTEN與凋亡信號通路的聯(lián)系 PTEN基因在維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、抑制腫瘤形成等方面的作用類似于傳統(tǒng)的p53基因，p53基因參與細(xì)胞凋亡信號通路，可以作用于BH3，也可協(xié)同作用于Bcl-2家族，引起線粒體膜MDM通透性改變，從而參與胞內(nèi)凋亡信號途徑。PTEN直接作用于p53，可以促進(jìn)p53更加穩(wěn)定，保持其轉(zhuǎn)錄活性，而這一過程是不依賴于PTEN的作用使AKT的活化進(jìn)而作用在MDM2來實(shí)現(xiàn)的〔10〕。而有研究表明，p53可以在某些缺失PTEN的情況下被誘導(dǎo)參與補(bǔ)償PTEN的作用〔11〕。這也進(jìn)一步說明了PTEN與凋亡信號通路密不可分。

PTEN基因參與細(xì)胞內(nèi)凋亡過程，而核內(nèi)PTEN可以通過一系列作用于Rad51修復(fù)受損的DNA;同時，PTEN參與凋亡過程不直接引起caspases的激活，而細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)因子(AIF)作用于細(xì)胞核，引起DNA的損傷片段化，同樣不依賴于Caspases的激活，那么兩者之間有沒有進(jìn)一步的聯(lián)系?他們是否存在相互的拮抗作用?而這種拮抗作用的發(fā)生機(jī)制是什么?還有待于研究者進(jìn)一步的闡釋。

2 PTEN基因的作用

PTEN基因位于人類第10號染色體長臂2區(qū)3帶上，通過序列比對分析表明，這種基因可編碼與張力蛋白和輔助蛋白同源性的磷酸酶〔1〕。研究表明，PTEN蛋白在大多數(shù)細(xì)胞的生長及存活涉及的磷脂酰肌醇-3激酶(P13K)/Akt信號通路中充當(dāng)負(fù)調(diào)節(jié)蛋白的角色，其中PTEN抑制PI3K的功能是通過磷脂酰肌醇-3，4，5三磷酸的去磷酸化實(shí)現(xiàn)的，其去磷酸化的產(chǎn)物是PI3K的一個關(guān)鍵性產(chǎn)物，它激活了下游的靶標(biāo)效應(yīng)分子，即一種致癌蛋白-蛋白激酶B。同時，PTEN的缺失已經(jīng)成為目前臨床上檢測P13K/Akt信號通路對于疾病化療敏感性的一個重要分子標(biāo)記指標(biāo)〔2〕。PTEN基因不僅在人體內(nèi)不可或缺，在小鼠等嚙齒類動物的身上也發(fā)揮著重要的作用。

3 PTEN基因與AS

AS是一種多因素共同作用的疾病，每種因素的作用機(jī)制并不十分清楚。隨著對AS發(fā)生、發(fā)展研究的深入，免疫炎癥機(jī)制在AS的發(fā)生發(fā)展中所起的重要作用一再被證實(shí)，炎癥反應(yīng)過程貫穿AS發(fā)生與發(fā)展的各個階段，炎癥因素參與了內(nèi)皮細(xì)胞損傷、炎癥細(xì)胞浸潤、泡沫細(xì)胞形成、平滑肌細(xì)胞遷移增殖到脂質(zhì)條紋、纖維斑塊乃至復(fù)合病變形成的過程。動脈內(nèi)皮損傷是AS早期形成的始動環(huán)節(jié)〔12〕，可以導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞表面黏附性發(fā)生改變，細(xì)胞間黏附分子(ICAM-l)及血管細(xì)胞黏附分子(VCAM-1)等黏附分子的表達(dá)增加并促進(jìn)單核細(xì)胞黏附。已有研究表明VCAM-l和ICAM-1在AS斑塊中的表達(dá)明顯增高，并且參與了白細(xì)胞的黏附〔13，14〕。

PTEN作為1997年發(fā)現(xiàn)的第一個具有雙重磷酸酶活性的腫瘤抑制基因，同時具有脂質(zhì)磷酸酶和蛋白磷酸酶雙重活性。近年人們對PTEN的研究逐漸從腫瘤領(lǐng)域延伸到非腫瘤性疾病領(lǐng)域中，許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)PTEN在AS、心肌肥大等疾病中發(fā)揮著重要作用。PTEN具有抗炎活性，Subramanina等的研究表明PTEN能通過負(fù)性調(diào)控中性粒細(xì)胞的趨化作用來減輕受損部位的炎性反應(yīng)〔15〕。Tsoyi等的研究發(fā)現(xiàn)，PTEN可以通過 PI3K/Akt/GSK-3/GATA-6信號通路選擇性抑制VCAM-1的表達(dá)〔16〕。此外，血管平滑肌細(xì)胞的遷移和增殖與AS、冠脈支架植入術(shù)后再狹窄等心血管系統(tǒng)疾病緊密相關(guān)。國外學(xué)者發(fā)現(xiàn)PTEN能夠抑制血管平滑肌細(xì)胞的增殖、遷移以及存活，研究發(fā)現(xiàn)PTEN能夠顯著抑制機(jī)體損傷后血管平滑肌細(xì)胞向傷口的遷移，從而延緩AS形成的進(jìn)程〔17，18〕。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，PTEN主要作用于上游的一些重要增殖信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，通路中的關(guān)鍵酶(如磷酸肌醇依賴性激酶)被激活后，可以通過調(diào)控信號通路誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和中層細(xì)胞增生來抑制平滑肌細(xì)胞內(nèi)膜增生。綜上所述，大量證據(jù)表明PTEN不僅調(diào)控了細(xì)胞的生長和存活，而且它是一種多功能蛋白，在很多細(xì)胞進(jìn)程中發(fā)揮廣泛的作用。

此外，有研究已經(jīng)表明血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)可以誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，從細(xì)胞和分子水平探討AngⅡ的作用，可以評價它是如何影響平滑肌細(xì)胞中抑癌基因PTEN的活性和表達(dá)，是否影響PTEN調(diào)控的下游信號通路，發(fā)揮促血管平滑肌細(xì)胞異常增生和遷移的作用。

4 小結(jié)與展望

目前基因治療是AS的嶄新領(lǐng)域，從基因入手，針對調(diào)控某一信號通路的特異性基因，靶向性的治療AS，有望成為AS新的治療方向，為AS患者帶來福音。綜上考慮，PTEN在AS的發(fā)生發(fā)展中起到顯著的作用，推測PTEN基因的多態(tài)性可能影響到AS的發(fā)生，通過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究，希望找出影響血管平滑肌PTEN活性和表達(dá)的關(guān)鍵因素，進(jìn)一步證實(shí)PTEN與血管平滑肌增殖、遷移的關(guān)系，從而為AS的發(fā)病機(jī)制以及臨床治療提高更新的理論依據(jù)和研究靶點(diǎn)。

1 Stiles BL.Phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10:extending its PTENtacles〔J〕.Int J Biochem Cell Biol，2009;41(4):757-61.

2 Neshat MS.Enhanced sensitivity of PTEN-deficient tumors to inhibition of FRAP/mTOR〔J〕.Proc Natl Acad Sci U S A，2001;98(18):10314-9.

3 Vazquez F.Phosphorylation of the PTEN tail acts as an inhibitory switch by preventing its recruitment into a protein complex〔J〕.J Biol Chem，2001;276(52):48627-30.

4 Raftopoulou M.Regulation of cell migration by the C2 domain of the tumor suppressor PTEN〔J〕.Science，2004;303(5661):1179-81.

5 Downes CP.Stimulation of PI 3-kinase signaling via inhibition of the tumor suppressor phosphatase，PTEN〔J〕.Adv Enzyme Regul，2007;47:184-94.

6 Manning BD，Cantley LC.AKT/PKB signaling:navigating downstream〔J〕.Cell，2007;129(7):1261-74.

7 Yilmaz OH.PTEN dependence distinguishes haematopoietic stem cells from leukaemia-initiating cells〔J〕.Nature，2006;441(7092):475-82.

8 Leung AK，Robson WL.Tuberous sclerosis complex:a review〔J〕.J Pediatr Health Care，2007;21(2):108-14.

9 Planchon SM，Waite KA，Eng C.The nuclear affairs of PTEN〔J〕.J Cell Sci，2008;121(Pt 3):249-53.

10 Tang Y，Eng C.PTEN autoregulates its expression by stabilization of p53 in a phosphatase-independent manner〔J〕.Cancer Res，2006;66(2):736-42.

11 Freeman DJ.PTEN tumor suppressor regulates p53 protein levels and activity through phosphatase-dependent and-independent mechanisms〔J〕.Cancer Cell，2003;3(2):117-30.

12 Tamguney T，Stokoe D.New insights into PTEN〔J〕.J Cell Sci，2007;120(Pt 23):4071-9.

13 Gericke A，Munson M，Ross AH.Regulation of the PTEN phosphatase〔J〕.Gene，2006;374:1-9.

14 Fouladkou F.The ubiquitin ligase Nedd4-1 is dispensable for the regulation of PTEN stability and localization〔J〕.Proc Natl Acad Sci U S A，2008;105(25):8585-90.

15 Trotman LC.Ubiquitination regulates PTEN nuclear import and tumor suppression〔J〕.Cell，2007;128(1):141-56.

16 Shen WH.Essential role for nuclear PTEN in maintaining chromosomal integrity〔J〕.Cell，2007;128(1):157-70.

17 Ioffe YJ.Phosphatase and tensin homolog(PTEN)pseudogene expression in endometrial cancer:a conserved regulatory mechanism important in tumorigenesis〔J〕?Gynecol Oncol，2012;124(2):340-6.

18 Tsoyi K，Jang HJ，Nizamutdinovab IT，et al.PTEN differentially regulates expressions of ICAM-1 and ICAM-1 through PI3K/Akt/GSK-3beta/GATA-6 signaling pathways in TNF-alPha activated human endothelial cells〔J〕.Atherosclerosis，2010;213(1):115-21.