MKK4基因的抑癌及致癌作用

萬(wàn)強(qiáng)琨，汪庚明(綜述)，江 浩(審校)

(蚌埠醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院腫瘤放療科,安徽 蚌埠 233000)

目前，惡性腫瘤已成為威脅人類(lèi)健康的頭號(hào)殺手，其治療失敗的主要原因是浸潤(rùn)與轉(zhuǎn)移。腫瘤轉(zhuǎn)移抑制基因逐漸成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。自1988年Steeg等[1]首先從小鼠黑色素瘤中分離出nm23基因起，數(shù)十種腫瘤轉(zhuǎn)移抑制基因陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，而其調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞增殖、分化、死亡，抑制腫瘤細(xì)胞趨化與侵襲，限制腫瘤細(xì)胞遷徙的機(jī)制也逐漸被揭開(kāi)。絲裂原活化蛋白激酶激酶4(mitogen-activated protein kinase kinase 4，MKK4)基因?yàn)樾掳l(fā)現(xiàn)的腫瘤轉(zhuǎn)移抑制基因，現(xiàn)將在國(guó)內(nèi)外最新研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)MKK4基因進(jìn)行綜述。

1 MKK4的概述

Yoshida等[2]利用微細(xì)胞染色體轉(zhuǎn)移和定點(diǎn)克隆方法分離出的MKK4基因位于人類(lèi)第17號(hào)染色體，基因全長(zhǎng)>1200 bp，含11個(gè)外顯子和1個(gè)啟動(dòng)子，編碼1條含有399個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)。MKK4蛋白結(jié)構(gòu)由3個(gè)部分組成：位于N端的D域序列在級(jí)聯(lián)反應(yīng)中與c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)和p38(p38 mitogen-activated protein kinase)連接；位于C端的DVD域序列與上游的各種MKKKs級(jí)聯(lián)；中間部分為激酶區(qū)，包括11個(gè)亞基，其中，7、8亞基間S-I-A-K-T序列的蘇氨酸與絲氨酸殘基磷酸化后可激活MKK4基因[3]。MKK4 mRNA廣泛地表達(dá)于人體組織，以大腦皮質(zhì)、小腦、丘腦、海馬體的表達(dá)最高。亞細(xì)胞定位研究顯示MKK4蛋白主要表達(dá)于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，一些細(xì)胞核中也有少量表達(dá)。

2 MKK4的作用機(jī)制

首先，絲裂原激活蛋白激酶4的激酶(MKKK4)通過(guò)磷酸化絲氨酸/蘇氨酸殘基來(lái)激活MKK4，不同的MKKKs激活不同的MKKs，具有專(zhuān)一性。通過(guò)激活狀態(tài)的MKK4，可激活絲裂原激活蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)通路和(或)磷酸化下游信號(hào)，最終調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的活化，介導(dǎo)細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、凋亡等生物學(xué)行為[4]。目前認(rèn)為，MAPK信號(hào)通路包括：mitogen-activated protein(MAP)激酶、MAPK和有絲分裂原活化抑制劑(MEK)激酶。而目前在哺乳動(dòng)物中確認(rèn)的4條相互并行的MAPK通路分別是胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶、JNK、p38和胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶5。MKK4是一種有雙重特異性的激酶，也被稱(chēng)為JNKK1，SEK2或MEK4，屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族。MKK4可激活JNK的所有亞型(JNK1、JNK2、JNK3)和部分p38亞型(p38a、p38b)，將細(xì)胞外刺激信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞及細(xì)胞核內(nèi)，引起細(xì)胞的增殖、分化、轉(zhuǎn)化及凋亡等生物學(xué)反應(yīng)。多數(shù)情況下，JNK通路和p38通路表現(xiàn)為協(xié)同作用，凋亡信號(hào)可以同時(shí)激活這兩條通路[5]。

2.1MKK4-JNK的作用機(jī)制 JNK通路在細(xì)胞接受環(huán)境應(yīng)激信號(hào)后被MKK4激活。JNK活化后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，活化轉(zhuǎn)錄因子并結(jié)合到基因啟動(dòng)子上，提高轉(zhuǎn)錄活性，促進(jìn)基因的表達(dá)和蛋白質(zhì)的合成。對(duì)于JNK通路，目前存在一種協(xié)同作用假說(shuō)，即MKK4與MKK7協(xié)同作用激活JNK通路。一些有關(guān)小鼠胚胎干細(xì)胞及成纖維細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)可以論證這個(gè)假說(shuō)。MKK4通過(guò)依次磷酸化酪氨酸、絲氨酸殘基來(lái)激活JNK。Das等[6]發(fā)現(xiàn)，MKK4/MKK7磷酸化后，利用JNK通路激活核因子κB、轉(zhuǎn)錄因子AP-1(activator protein-1)。活化的AP-1調(diào)節(jié)下游的靶基因的表達(dá)，同時(shí)參與細(xì)胞基質(zhì)的降解、新生血管形成等過(guò)程。過(guò)去的研究普遍認(rèn)為，JNK通路與細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)密切相關(guān)，JNK在線粒體中通過(guò)信號(hào)調(diào)控B淋巴細(xì)胞/白血病2(Bcl-2)家族成員參與細(xì)胞凋亡過(guò)程[7]。目前被認(rèn)可的途徑主要有兩條：JNK在線粒體水平上激活內(nèi)源性細(xì)胞凋亡途徑的促凋亡蛋白并且誘導(dǎo)細(xì)胞色素C釋放，最后啟動(dòng)級(jí)聯(lián)反應(yīng)引起細(xì)胞凋亡；JNK對(duì)外源性細(xì)胞周期凋亡途徑起促進(jìn)作用，而JNK的濃度和持久度決定了細(xì)胞在接受外源性信號(hào)刺激時(shí)是否凋亡[8]。Finegan等[9]研究發(fā)現(xiàn)，MKK4與Ras基因突變有關(guān)，且腫瘤形成能力的下降與MKK4通過(guò)JNK信號(hào)通路調(diào)節(jié)上皮生長(zhǎng)因子受體的表達(dá)有關(guān)。

2.2MKK4-p38的作用機(jī)制 p38能抑制細(xì)胞周期進(jìn)程，阻止細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂期[10]。在MKK4的紫外線激活實(shí)驗(yàn)中，不但論證了MKK4可以激活p38，同時(shí)觀測(cè)到可以通過(guò)調(diào)節(jié)MKK4的水平來(lái)調(diào)節(jié)p38活化反應(yīng)的強(qiáng)弱。MKK4通過(guò)同時(shí)磷酸化酪氨酸、蘇氨酸殘基激活p38，然后通過(guò)兩條途徑遏制細(xì)胞周期進(jìn)程：直接磷酸化cdc25B分子，使細(xì)胞周期蛋白/cd2不能被激活，處于抑制狀態(tài)，紫外線與烷化劑類(lèi)化療藥物可介導(dǎo)這一途徑；通過(guò)調(diào)控細(xì)胞周期基因的表達(dá)。

2.3MKK4基因啟動(dòng)子區(qū)多態(tài)性對(duì)癌癥的影響 基因的啟動(dòng)子決定了其轉(zhuǎn)錄活性，啟動(dòng)子的遺傳變異可能影響其功能。Wei等[11]在一項(xiàng)直腸癌研究中同樣提出，MKK4基因啟動(dòng)子區(qū)域內(nèi)具有潛在功能的遺傳變異位-1304T→G(rs3826392，相對(duì)翻譯起始位點(diǎn)為-1304nt)的變異情況可能與患癌風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。TG+GG攜帶者患病率更低。當(dāng)-1304T→G的多態(tài)位點(diǎn)為T(mén)等位基因時(shí)，MKK4基因啟動(dòng)子中存在轉(zhuǎn)錄因子NKx-2結(jié)合位點(diǎn)，而基因突變后(T轉(zhuǎn)變?yōu)镚)，該結(jié)合位點(diǎn)消失。Homminga等[12]研究指出，NKx-2結(jié)合位點(diǎn)具有致癌作用。另有學(xué)者推測(cè)，該位點(diǎn)的變異，能增加它與Tnx-2等轉(zhuǎn)錄因子的契合程度，增強(qiáng)MKK4基因的轉(zhuǎn)錄活性，從而使MKK4表達(dá)量增加[13]。單核苷酸多態(tài)性在基因組中具有高密度和遺傳穩(wěn)定性的特點(diǎn)，是個(gè)體間遺傳差異的主要來(lái)源，也是腫瘤等多種基因疾病的發(fā)病基礎(chǔ)。MKK4的4個(gè)主要的單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)分別為：RS3809728、RS2190853、RS9892151、RS3826392[14]。

作為MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的主要組成部分，癌基因Res信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的中心環(huán)節(jié)，MKK4基因的多態(tài)性可能對(duì)MKK4的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)效應(yīng)產(chǎn)生影響并與某些癌癥的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后有著密切的聯(lián)系。

3 MKK4的抑癌作用

MKK4對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移抑制的調(diào)控可能通過(guò)降低腫瘤細(xì)胞的黏附作用，并促進(jìn)其凋亡，抑制其增殖。一些研究結(jié)果顯示，MKK4基因的改變廣泛存在于胰腺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、睪丸癌、肺癌等惡性腫瘤中，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有著密切的關(guān)系[15]?；蚋淖冎饕ɑ蛲蛔円约凹兒献拥娜笔?，這導(dǎo)致MKK4蛋白的關(guān)鍵亞基無(wú)法合成特定的氨基酸致使其無(wú)法對(duì)JNK磷酸化，發(fā)生概率為3%～5%。而MKK4基因顯性無(wú)意義的突變能促使胚胎干細(xì)胞變異，并提高其致癌危險(xiǎn)性。MKK4被認(rèn)為是抑癌基因的另一個(gè)理由是其緊鄰p53基因，僅相距10 cM(分摩)[16]。

3.1基因啟動(dòng)子區(qū)多態(tài)性對(duì)肺癌的抑制作用 一些研究發(fā)現(xiàn)，肺癌細(xì)胞株中存在MKK4基因編碼區(qū)的純合性缺失。肺癌的發(fā)生與發(fā)展是一個(gè)多因素、多階段的過(guò)程，其中的眾多因素都可以使包括MKK4在內(nèi)的多種MAPKs信號(hào)通路中的分子的結(jié)構(gòu)功能發(fā)生改變，由于一些研究結(jié)果顯示，肺癌組織中MKK4基因表達(dá)低下，有些學(xué)者推測(cè)，MKK4基因啟動(dòng)子區(qū)域的改變可能對(duì)肺癌的發(fā)生有著重要影響。黃斌芳等[17]采用TaqMan探針技術(shù)檢測(cè)MKK4基因啟動(dòng)子區(qū)多態(tài)位點(diǎn)rs3826392(-1304T→G)的基因型并分析其與肺癌易患性的相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與攜帶TT基因型個(gè)體相比，攜帶TG雜合子的個(gè)體患肺癌的風(fēng)險(xiǎn)下降25%，而攜帶GG變異純合子者患肺癌的風(fēng)險(xiǎn)下降45%，隨著變異型等位基因G的個(gè)數(shù)增加，肺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)逐步降低。

3.2MKK4基因啟動(dòng)子區(qū)多態(tài)性對(duì)鼻咽癌的抑制作用 EB(Epstein-Barr)病毒的潛伏期蛋白是引起鼻咽癌發(fā)生的重要致癌蛋白[18]。EB病毒膜潛伏蛋白與MKK4一樣，可激活JNK通路，影響細(xì)胞的正常增殖與凋亡，從而導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。Zheng等[19]在EB病毒-MKK4基因遺傳變異的交互作用與鼻咽癌危險(xiǎn)性研究中，采用TAQMAN技術(shù)分析MKK4基因遺傳變異-1340T→G與鼻咽癌發(fā)生關(guān)聯(lián)，以及EB病毒感染狀態(tài)與MKK4基因遺傳變異的交互作用在鼻咽癌發(fā)生中的相關(guān)性，研究表明，隨著保護(hù)性等位基因G的個(gè)數(shù)增加，鼻咽癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)逐步降低，EB病毒-MKK4基因交互作用，是華南人群鼻咽癌發(fā)病的危險(xiǎn)性因素。

通過(guò)近年來(lái)關(guān)于MKK4基因 -1340T→G位點(diǎn)與癌癥發(fā)生相關(guān)性的研究結(jié)果，認(rèn)為MKK4基因啟動(dòng)子區(qū)多態(tài)性對(duì)多種癌癥的發(fā)生、發(fā)展有著復(fù)雜而重要的作用。相關(guān)機(jī)制的研究目前未見(jiàn)報(bào)道。

3.3MKK4基因?qū)β殉舶┑囊种谱饔?Yamada等[16]研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于正常卵巢上皮細(xì)胞，卵巢癌細(xì)胞的MKK4基因表達(dá)顯著降低。而MKK4基因呈高表達(dá)的卵巢癌其轉(zhuǎn)移能力顯著低于MKK4基因低表達(dá)者，且存活期延長(zhǎng)70%。Yeamin等[20]研究同樣證明類(lèi)似結(jié)論。另有研究表明，MKK4基因能抑制SKOV3細(xì)胞株轉(zhuǎn)移能力，使其難以形成轉(zhuǎn)移細(xì)胞集落。Tanoue等[21]將未轉(zhuǎn)染MKK4的人類(lèi)卵巢癌細(xì)胞株SKOV3ip.1與轉(zhuǎn)染MKK4的該細(xì)胞株注射于免疫缺陷的小鼠腹中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染MKK4細(xì)胞株的網(wǎng)膜轉(zhuǎn)移率較未轉(zhuǎn)染者降低88%。

3.4MKK4基因?qū)ζ咸涯ず谏亓龅囊种谱饔?近年來(lái)的一些研究發(fā)現(xiàn)，不同侵襲力的葡萄膜黑色素瘤細(xì)胞間基因的表達(dá)存在較大的差異，MKK4基因的上游因子p21-activated kinase(PAK)與葡萄膜黑色素瘤細(xì)胞的侵襲性密切相關(guān)，在侵襲表型的腫瘤中，PAK1呈高表達(dá)，干擾PAK1表達(dá)后，腫瘤細(xì)胞的侵襲能力顯著降低[22]。這表明，MKK4基因上游信號(hào)可通過(guò)MKK4來(lái)改變MAPK通路中JNK與p38的信號(hào)傳遞，從而抑制黑色素瘤的侵襲。而MKK4基因在葡萄膜黑色素瘤細(xì)胞發(fā)展過(guò)程中所起到的具體作用及機(jī)制仍在研究中。

4 MKK4基因的致癌作用

盡管近年來(lái)的多項(xiàng)研究證實(shí)，MKK4基因具有抑癌基因的功能，但也有研究顯示，MKK4基因在人類(lèi)腫瘤中的作用并非那么簡(jiǎn)單[23]。MKK4基因的上游信號(hào)Res在目前人類(lèi)腫瘤中普遍呈活化狀態(tài)。而MKK4基因下游信號(hào)JNK與p38以及轉(zhuǎn)錄因子AP-1則與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[21]。這些研究結(jié)果又在某種程度上說(shuō)明了MKK4基因存在致癌作用。

4.1MKK4基因在胰腺癌細(xì)胞中的致癌作用 Cunningham等[24]在特異性靶向斷裂胰腺癌細(xì)胞株P(guān)L5的MKK4基因試驗(yàn)中提出了MKK4基因的致癌作用。腺病毒載體可以高效地表達(dá)目的基因，這一觀點(diǎn)在體外實(shí)驗(yàn)中同樣適用[25]。王磊等[26]構(gòu)建MKK4基因的腺病毒載體，感染不表達(dá)MKK4的胰腺癌細(xì)胞株，同時(shí)運(yùn)用蛋白免疫印跡雜交技術(shù)檢測(cè)常見(jiàn)胰腺痛細(xì)胞株中MKK4的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)移胰腺腺癌細(xì)胞、原位胰腺腺癌細(xì)胞感染MKK4腺病毒后，細(xì)胞增生能力及浸潤(rùn)能力均顯著增強(qiáng)。這一結(jié)果與Cunningham等[22]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不謀而合，同樣論證了MKK4基因在胰腺癌中的致癌作用。

4.2MKK4基因在前列腺癌中的致癌作用 前列腺癌是西方發(fā)達(dá)國(guó)家男性發(fā)病率最高的惡性腫瘤。Khamis等[27]通過(guò)了解過(guò)渡良性前列腺上皮內(nèi)瘤、局部癌和轉(zhuǎn)移癌的細(xì)胞的分子基礎(chǔ)研究工作，對(duì)公認(rèn)牽連的轉(zhuǎn)移抑制基因在前列腺癌的作用進(jìn)行了討論表明MKK4基因在過(guò)渡良性前列腺上皮內(nèi)瘤中表達(dá)較低，而在局部晚期浸潤(rùn)及轉(zhuǎn)移癌中出現(xiàn)高表達(dá)。Szmulewitz等[28]檢測(cè)了人類(lèi)前列腺癌和前列腺癌模型鼠的前列腺癌組織的MKK4基因和MKK7基因表達(dá)，得出類(lèi)似結(jié)論，從而指出該結(jié)果可能由于相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄增加和轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)聯(lián)。

5 小 結(jié)

MKK4基因在激活JNK、p38通路，調(diào)節(jié)、影響細(xì)胞周期及細(xì)胞凋亡中發(fā)揮著重要且極其復(fù)雜的作用。對(duì)于MKK4基因作為腫瘤抑制基因，在什么樣的環(huán)境下，選擇什么樣的通路來(lái)抑制腫瘤的發(fā)生及轉(zhuǎn)移，又在什么樣的狀態(tài)下發(fā)揮癌基因的作用，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，人們所知甚少。目前有學(xué)者試圖建立不同的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，進(jìn)一步研究MKK4基因的抑癌、致癌機(jī)制及作用條件。這對(duì)相關(guān)腫瘤的早期診斷、治療方案的制訂、藥物選擇以及個(gè)體靶向治療都有著積極的意義。

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