糖原合成酶激酶-3β 與腫瘤的研究進展

秦 晶 周志剛 譚 暉

一、GSK-3β 的基本結構

糖原合成酶激酶-3(GSK-3)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是糖原合成酶激酶的限速酶。在哺乳動物體內(nèi)有GSK-3α 和GSK-3β 兩個亞型，分子質(zhì)量為51kDa 和47kDa，分別位于人染色體19q13.2 和3q13.3。GSK -3β 的功能不僅是使肝糖原合成酶(glycogen synthase，GS)磷酸化而失活，而且它的活性與細胞增殖、分化、凋亡、胰島素反應和胚胎發(fā)育等諸多方面的生物學功能相關。

近年來，對GSK - 3β 與急性粒細胞白血病(AML)、急性淋巴細胞白血病(ALL)、前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌、多發(fā)性骨髓瘤、糖尿病、阿爾茨海默病、腦卒中、雙向情感障礙和炎癥等多種疾病的發(fā)生、發(fā)展及預后的關系研究較多。大量的研究證實，GSK -3β 在多種腫瘤中表達異常，在臨床診斷與治療中有望成為多種疾病(尤其是惡性腫瘤)的一個潛在的標志物或治療靶點。

二、GSK-3β 在腫瘤中相關的作用機制

1.Wnt 信號轉(zhuǎn)導通路:Wnt 信號通路廣泛存在于真核生物細胞中，調(diào)控著細胞增殖、分化和凋亡等，與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展密切相關。GSK-3β 是Wnt 信號轉(zhuǎn)導通路中重要調(diào)節(jié)蛋白。在正常細胞質(zhì)中含有適量的β-連環(huán)蛋白(β-catenin)，可以被GSK-3β 與APC 蛋白、軸蛋白(Ax in)組成的蛋白復合物磷酸化，進而被泛素蛋白水解酶降解。當Wnt 信號轉(zhuǎn)導途徑被激活時，Wnt 與膜受體卷曲受體蛋白結合后降低GSK-3β 的活性，阻止β -catenin 磷酸化，不能被泛素蛋白水解酶降解。在細胞質(zhì)中過量累聚的β -catenin 進入細胞核，與DNA 結合蛋白結合介導下游目的基因的表達，調(diào)控細胞周期蛋白(cyclin)D1 與原癌基因蛋白(c -myc)等多種基因的表達，促進腫瘤細胞的生長與增殖［1］。此外，β -catenin 在細胞核中也可以直接與GSK -3β 結合，降低β -catenin /TCF依賴的基因轉(zhuǎn)錄，促進腫瘤細胞增殖［2］。

2.細胞核因子(NF -κB)信號途徑:NF -κB 是一種多向調(diào)節(jié)功能的轉(zhuǎn)錄因子，參與許多基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，被認為是促生存轉(zhuǎn)錄因子，可作為GSK -3β 的磷酸化底物，進一步傳遞信號，參與人類腫瘤細胞的增殖、分化和凋亡。Takada 等研究發(fā)現(xiàn)在ALL細胞中，GSK-3β 通過調(diào)節(jié)組蛋白的化學修飾，促進p65/p50 與NF -κB 結合，提高轉(zhuǎn)錄活性，促進腫瘤細胞的增殖與分化［3］。SB216763 和氯化鋰通過調(diào)控NF-κB 特異的啟動子復活，抑制NF-κB 與其靶基因Bcl-2 的啟動子相結合，從而促進ALL 細胞及慢性淋巴細胞白血病(CLL)的B 淋巴細胞凋亡。通過EMSA 證實，在兒童ALL 細胞中，對GSK-3β 的抑制不能阻止NF-κB 從胞質(zhì)向胞核的移位，但是該抑制作用可以使NF-κB 的轉(zhuǎn)錄受到抑制，生存素的表達減少，進而促進兒童ALL 細胞凋亡［3，4］。

3.DJ-1 的突變及Tau 的磷酸化:DJ -1 基因是線粒體依賴癌基因，DJ-1 蛋白以二聚體形式參與人體各種生理過程，同時也是一種致癌蛋白［5］。在帕金森病(PD)和阿爾茨海默病(AD)中發(fā)現(xiàn)了DJ -1基因的兩種突變類型DJ -1L166P 和DJ -1D149A，該突變阻止DJ-1 蛋白與野生型的蛋白結合形成二聚體或者異二聚體而影響其參與生理活動［6］。Wang等［7］發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)染DJ-1L166P 或者DJ-1D149A 的細胞內(nèi)，GSK-3β 的總量沒有改變，但GSK -3β 磷酸化水平降低約50%，導致Akt 磷酸化水平降低，tau 磷酸化顯著增加，應用GSK-3β 的抑制劑氯化鋰后，轉(zhuǎn)染DJ-1L166P 或者DJ-1D149A 細胞內(nèi)Akt 磷酸化水平提高，tau 磷酸化水平明顯降低，從而抑制細胞的增殖。

4.Akt 磷酸化作用:GSK -3β 9 號位上的絲氨酸被上游起主要調(diào)控作用的蛋白激酶A(PKA)磷酸化后，能夠作為假底物與GSK -3β 酶底物競爭酶活性中心，使GSK -3β 失活，導致β -catenin 降解減少，在細胞質(zhì)中過量聚集并進入細胞核，與淋巴細胞增強因子/T 細胞因子作用，促進c - Myc、c - Jun 及cyclinD1 的表達，促進腫瘤增殖［1］。

5.PI3K/AKT/mTOR 信號通路與Bcl-2、Bcl-xL抗凋亡因子:在惡性腫瘤細胞中抗凋亡因子Bcl -2、Bcl-xL 和Mcl-1 表達異常增高，尤其是在血液系統(tǒng)惡性腫瘤中表達更為明顯，抑制細胞的凋亡，促進細胞生長、增殖及耐藥的產(chǎn)生。Mohamed 等［8］研究發(fā)現(xiàn)，GSK -3β 通過PI3K/AKT/mTOR 信號通路調(diào)節(jié)Bcl-2、Bcl-xL 和Bak、Bax 之間的平衡，在AML 中，GSK-3β 抑制劑BE235 和ABT737 使Bcl -2、Bcl -xL 和Mcl -1 表達降低，明顯的促進PI3K 誘導細胞凋亡。利用siRNA 干擾GSK - 3β 表達后減弱了BEZ235/ABT-737 對細胞凋亡蛋白酶-3 和聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶(PARP)的分解，抑制了細胞凋亡。在皮下移植瘤模型，BE235 和ABT737 同時服用顯著的減弱了腫瘤的生長，下調(diào)Mcl -1，活化半胱天冬氨酸蛋白酶，延長生存。

三、GSK-3β 與腫瘤的關系

1.GSK-3β 與血液系統(tǒng)腫瘤的關系:在白血病、多發(fā)性骨髓瘤等一些血液系統(tǒng)腫瘤中，GSK -3β 的表達增高，促進腫瘤細胞增殖而抑制細胞凋亡［9］。GSK-3β 可以誘導腫瘤細胞進入S 期，增加cyclin D1 表達，促進腫瘤細胞增殖。Wang 等［10］發(fā)現(xiàn)抑制GSK - 3β 的表達可能有助于治療混合性白血病(MLL)，使用GSK -3β 抑制劑治療過的小鼠比未用該藥的小鼠存活期明顯延長，且采用不同的GSK -3β 阻斷劑，均能阻止白血病細胞生長。他們認為這可能與GSK -3β 調(diào)控Wnt /β -catenin 信號途徑的功能有關。Mohamed 等［8］已經(jīng)證明，在急性粒細胞性白血病(AML)中，GSK-3β 的磷酸化水平降低，活性增強，其通過調(diào)節(jié)多個下游的靶點包括Mcl -1、Bim、FOXO-3、β-catenin 和c-Myc 等，可以發(fā)揮促進腫瘤細胞生長與增殖的作用。GSK -3β 促進Mcl-1 蛋白酶體的降解，當GSK -3β 被抑制或者敲除后，使用BEZ235/ABT-737 治療的AML 細胞中Mcl-1 的下調(diào)是減弱，可以保護AML 細胞不受BEZ235/ABT-737 的殺傷破壞。說明BEZ235/ABT-737 是通過作用GSK -3β 促進細胞凋亡。GSK -3β 可以正面調(diào)節(jié)NF -κB 的活性，GSK -3β 抑制劑通過作用NF-κB 誘導體外兒童急性淋巴細胞性白血病(ALL)細胞凋亡［3］。

2.GSK-3β 與消化系統(tǒng)腫瘤:GSK -3β 在人胰腺癌和結腸癌中高表達。通常，GSK -3β 表達于細胞胞質(zhì)內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)，在胰腺癌細胞系中，GSK -3β由胞質(zhì)向胞核轉(zhuǎn)移且在胞核內(nèi)異常積聚，有利于腫瘤細胞的生長和增殖［3］。Mai 等［11］通過自行開發(fā)的非放射性酵素測定法，對具有GSK-3β 活性的肝癌、胃癌、結腸癌和胰腺癌細胞系的進行測定，結果顯示具有活性的GSK -3β 的表達水平均比人胚腎細胞系(HEK293)的高。同時也證明了GSK -3β 還通過提高端粒酶活性和促進端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶hTERT 表達，促進胃腸道腫瘤生長、增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。Shakoori等［12］給無胸腺小鼠皮下接種了人類結腸癌細胞SW480 后，腹腔注射GSK -3β 低分子抑制劑SB -216763 和AR-A014418，5 周后觀察到，結腸癌細胞的擴散對抑制劑呈濃度依賴性抑制，且部分癌細胞凋亡，表明GSK-3β 參與了結腸癌細胞的生長和增殖過程。

3.GSK-3β 與泌尿系統(tǒng)腫瘤的關系:GSK -3β在前列腺癌組織及細胞系中的表達均增高，Menschikowski 等［13］發(fā)現(xiàn)對前列腺癌細胞系使用GSK -3β 抑制劑TDZD8 或利用siRNA 干擾GSK -3β 表達后，DNA 復制水平降低，大量細胞停滯在S 期，從而抑制前列腺癌細胞的生長和增殖，且與細胞周期相關因子CDC6、CDC25、cyclin A 與cyclin E 表達降低有關。在前列腺癌細胞中給予異黃酮，通過抑制AKT信號通路而提高GSK -3β 的活性，導致男性激素受體AR 及其目的基因PSA 下調(diào)，從而抑制前列腺癌細胞的增殖，誘導其凋亡［14］。

4.GSK-3β 與生殖系統(tǒng)腫瘤的關系:抑制GSK-3β 的活性，可抑制人卵巢癌細胞的增殖與存活，促進卵巢癌細胞凋亡。在鼠胚胎癌中研究發(fā)現(xiàn)，P38 可以通過使GSK3β 的N 端絲氨酸磷酸化失活，促進β-catenin 在腫瘤細胞核中聚集，促進細胞生長和增殖［15］。

5.其他:腫瘤細胞的生存依靠抗炎性相關因子、促炎性細胞因子及Bax 和Bcl -2 的平衡，GSK -3β可以主導炎癥因子的產(chǎn)生，涉及NF -κB 信號途徑、JNK 信號通路、抗炎性相關因子IL -2、IL -10 以及促炎性細胞因子IL-6、TNF-α 等［16，17］。因此，當抗炎性相關因子IL -2 和IL -10 等降低，促炎性細胞因子TNF - α 和IL -6 等升高時，可以促進細胞凋亡［18］。在口腔鱗狀細胞癌中GSK-3β 通過抑制Bcl-2 蛋白的表達，同時提高p53 和bax 的水平，導致細胞色素C 的釋放、線粒體膜電位的降低(缺失)及對細胞凋亡蛋白酶9(caspase -9)的加工處理，促進細胞凋亡［19］。涎腺癌、喉癌、食管癌等，GSK -3β 活性降低，對腫瘤的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移起抑制作用。

四、展 望

當前臨床和實驗資料均表明，GSK -3β 參與細胞內(nèi)多種病理生理過程及信號通路的調(diào)節(jié)，與許多疾病的發(fā)生有關。GSK -3β 在大多數(shù)腫瘤中高表達，參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移過程，關于GSK -3β與相關疾病的演進關系及腫瘤細胞中GSK-3β 的表達的作用機制尚未完全明確，目前仍需進一步研究，以評價其是否能作為安全和特異的治療靶點，為研發(fā)有效的、不良反應小的藥物提供理論基礎，為疾病診斷、治療及預后提供新思路和新方向。

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