Ku蛋白與惡性腫瘤

韋薇周文婷，2綜述 劉劍侖審校

作者單位：530021 南寧1廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院乳腺外科；2廣西醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院

綜述

Ku蛋白與惡性腫瘤

韋薇1周文婷1，2綜述 劉劍侖1審校

作者單位：530021 南寧1廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院乳腺外科；2廣西醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院

Ku蛋白作為DNA結(jié)合蛋白，除了參與DNA修復(fù)外，還參與端粒維持、抗凋亡和基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控等。近年發(fā)現(xiàn)Ku蛋白與腫瘤發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，同時扮演著腫瘤抑制因子及腫瘤促進(jìn)因子的雙重角色。此外，Ku蛋白的表達(dá)水平和功能與腫瘤放療的抵抗性相關(guān)，可作為放療增敏的一個靶點。本文就Ku蛋白與惡性腫瘤的關(guān)系作一綜述。

惡性腫瘤；Ku蛋白；關(guān)系

Ku蛋白是由Ku70和Ku80兩個亞單位組成的異二聚體蛋白。最早在自身免疫性疾病患者血清中被發(fā)現(xiàn)并鑒定，根據(jù)Ku蛋白來源患者的姓名（首字母為K.U.）及蛋白質(zhì)的大?。?0 kDa/86 kDa）而命名。作為一種存在于真核生物體內(nèi)的DNA結(jié)合蛋白，參與DNA修復(fù)、細(xì)胞凋亡、端粒維持和基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控等過程。Ku蛋白在維持染色體穩(wěn)定性和調(diào)控細(xì)胞周期方面均發(fā)揮重要作用。近年研究發(fā)現(xiàn)Ku蛋白參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展，其活性變化與腫瘤發(fā)生的各個階段及進(jìn)展密切相關(guān)；此外，Ku蛋白還與腫瘤放療的抵抗性有關(guān)。

1 Ku蛋白的晶體結(jié)構(gòu)

Ku70和Ku80均包含3個結(jié)構(gòu)域：氨基末端（N端）的α/β域、β-桶狀域以及螺旋狀的羧基末端（C端）臂端。N端的α/β域位于整個結(jié)構(gòu)體系的外部，可與WRN蛋白、端粒復(fù)合物中的端粒結(jié)合因子蛋白（telomere repeat binding factor2，TRF2）、DNA損傷修復(fù)酶Aprataxin和磷酸酶樣因子相結(jié)合［1，2］。據(jù)此推測，Ku蛋白通過α/β域結(jié)構(gòu)域與其他相關(guān)蛋白相結(jié)合，并形成DNA修復(fù)復(fù)合體來協(xié)調(diào)完善DNA的修復(fù)過程；β-桶狀域位于Ku蛋白二聚體的中間，將14 bpDNA雙鏈包裹其中，以圓形支架的形式與DNA連接［3］；Ku蛋白亞基的螺旋狀羧基末（C端）臂端有兩個非常重要的作用：⑴通過C端臂使一個亞基的β-桶狀域與另一個亞基相對應(yīng)的β-桶狀域結(jié)合使蛋白二聚體化；⑵Ku80通過C端區(qū)域與DNA-PKcs結(jié)合形成全酶DNA-PK。因此N端的α/β域?qū)NA修復(fù)復(fù)合物的形成有重要作用，β-桶狀域具有DNA結(jié)合特性，螺旋狀的羧基末端（C端）臂具有使兩個亞基的β-桶狀域結(jié)合而二聚體化及調(diào)節(jié)DNA-PKcs的功能。

2 Ku蛋白的生物學(xué)功能

2.1 參與DNA損傷的修復(fù)

DNA雙鏈斷裂因直接破壞染色體的物理連續(xù)性，可能導(dǎo)致基因突變、基因組不穩(wěn)定和細(xì)胞凋亡甚至癌癥的發(fā)生［4］。DNA雙鏈斷裂有兩種修復(fù)途徑：同源末端修復(fù)（homologous recombination，HR）和非同源末端連接（non-homologous end joining，NHEJ）。Ku蛋白是重組修復(fù)系統(tǒng)中最重要的組成部分，在HR和NHEJ修復(fù)中發(fā)揮重要作用，尤以NHEJ為著。在NHEJ修復(fù)過程中，Ku蛋白起識別、結(jié)合和排列DNA末端并招募DNA-PKcs的作用［5］。由于Ku蛋白直接與所有NHEJ核心蛋白及大多數(shù)DNA末端加工蛋白相互作用，它在結(jié)合DNA后，可作為NHEJ的樞紐，招募其他修復(fù)蛋白并提供相互作用的平臺［6］。

2.2 端粒的維持

Ku蛋白在端粒功能和端粒維持中起重要作用［7］。端粒的主要作用是保護(hù)染色體基因的穩(wěn)定，使其免受斷裂的DNA末端細(xì)胞影響，避免染色體交聯(lián)。人端粒結(jié)合蛋白（telomere repeat binding factor1，TRF1）和TRF2可以特異性地結(jié)合端粒DNA，形成端粒結(jié)合蛋白質(zhì)，保護(hù)染色體末端［8］。最新研究發(fā)現(xiàn)，在端粒中Ku70的N端（Ku70α5）可以結(jié)合TRF2，保護(hù)NHEJ過程中避免染色體融合［1］。Hsu等［9］研究發(fā)現(xiàn)，在哺乳動物中Ku70/Ku80異源二聚體通過與TRF1蛋白高親和性結(jié)合，作用于端粒重復(fù)序列，因此，Ku二聚體可以防止端粒末端連接。在端粒修復(fù)過程中，Ku蛋白結(jié)合到端粒序列中，促進(jìn)端粒酶參與的DNA互補鏈的合成，以防首尾相連互相融合［10］。以上結(jié)果表明，Ku蛋白對維持端粒穩(wěn)定及端粒周圍的染色體結(jié)構(gòu)有重要作用。

2.3 抵抗細(xì)胞凋亡

大量研究表明Ku70可以結(jié)合并阻止促凋亡蛋白bax進(jìn)入線粒體，從而抗細(xì)胞凋亡作用［11，12］。將過表達(dá)Ku70的人類胚胎腎細(xì)胞給予星形孢菌素或紫外輻射等凋亡刺激后，細(xì)胞死亡率降低。此外，過表達(dá)的Ku70也阻止了轉(zhuǎn)染bax后誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。相反，Ku70表達(dá)下降使細(xì)胞對bax蛋白介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡更加敏感。提示Ku70抑制bax介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡使Ku70具有抗凋亡活性。進(jìn)一步研究表明，Ku70乙?；漠a(chǎn)物K539和K542能阻滯由Ku70引起的bax蛋白抑制［13］。另外，當(dāng)Ku70與bax解離時，bax蛋白泛素化，使bax無法進(jìn)入線粒體，保護(hù)細(xì)胞免受bax蛋白介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的影響［11］。

2.4 基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控

Ku70/Ku80異質(zhì)二聚體具有一個環(huán)形結(jié)構(gòu)，可以結(jié)合到啟動子元件序列上，起到轉(zhuǎn)錄因子的作用。研究［14］發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)賴氨酰氧化酶（lysyl oxidase，LOX）通過熒光素酶報告基因分析人類COL3A1啟動子的活性增加了12倍，其他啟動子的活性無增加，且通過電泳遷移率分析發(fā)現(xiàn)過表達(dá)LOX后與Ku蛋白的結(jié)合活性明顯增加。推測Ku蛋白可能參與了LOX激活人類COL3A1啟動子的轉(zhuǎn)錄活性。此外，也發(fā)現(xiàn)Ku可以調(diào)控葡萄糖調(diào)節(jié)肽78基因、熱休克蛋白基因等，且轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能和修復(fù)功能彼此獨立，互不影響。

3 Ku蛋白與惡性腫瘤的關(guān)系

近年研究表明Ku蛋白與腫瘤發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，Ku蛋白同時扮演著腫瘤抑制因子及腫瘤促進(jìn)因子的雙重角色［15］。因為Ku蛋白對細(xì)胞和生物體的正常生長起至關(guān)重要的作用，故當(dāng)其表達(dá)缺失時，可在正常細(xì)胞中出現(xiàn)功能紊亂，導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定性地增加，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生；另一方面，當(dāng)其高表達(dá)時，誘導(dǎo)細(xì)胞高度增殖及凋亡抵抗，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的發(fā)展。此外，Ku蛋白的DNA結(jié)合活性的調(diào)控與惡性腫瘤的進(jìn)展相關(guān)。

3.1 Ku蛋白的表達(dá)與惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系

3.1.1 Ku蛋白的低表達(dá)或表達(dá)缺失對腫瘤發(fā)生的促進(jìn)作用 研究［16］顯示，Ku80是看家基因，通過抑制染色體重排從而維持染色體的穩(wěn)定性。Ku80基因敲除的小鼠使其成纖維細(xì)胞出現(xiàn)明顯的染色體畸形，如基因破裂、易位及非整倍體；Ku70基因敲除也可造成小鼠成纖維細(xì)胞姐妹染色單體互換率升高及淋巴瘤的發(fā)生［17，18］。Ku80基因和p53基因共同敲除后發(fā)現(xiàn)小鼠開始發(fā)育正常，但出生3個月后均因發(fā)生原B細(xì)胞淋巴瘤而死亡［19，20］。Ku蛋白表達(dá)下調(diào)亦參與肺癌形成和發(fā)展過程。也有報道［21］Ku80蛋白的表達(dá)下降是結(jié)直腸腺瘤發(fā)展成腺癌的重要因素。以上研究說明Ku蛋白可以抑制染色體畸變及惡性轉(zhuǎn)化，其缺失或低表達(dá)對腫瘤發(fā)生有促進(jìn)作用。

3.1.2 Ku蛋白高表達(dá)對腫瘤發(fā)展的促進(jìn)作用 有報道［22］胃癌細(xì)胞的增生與細(xì)胞核環(huán)氧化酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）依賴的Ku70/Ku80高水平密切相關(guān)。COX-2和它的產(chǎn)物前列腺素E2可以減少細(xì)胞死亡，并對細(xì)胞增殖有正向調(diào)節(jié)作用［23，24］。另外在慢性B細(xì)胞淋巴瘤中發(fā)現(xiàn)抗凋亡基因bcl-2與Ku86的表達(dá)水平呈正相關(guān)［25］。以上研究表明Ku蛋白的高表達(dá)與腫瘤細(xì)胞增殖密切相關(guān)。有文獻(xiàn)［26］報道，侵襲性乳腺癌細(xì)胞中染色體片段Ku蛋白的表達(dá)高于乳腺增生細(xì)胞及正常乳腺細(xì)胞，而細(xì)胞質(zhì)片段及核片段的Ku蛋白表達(dá)并無明顯變化，并且揭示Ku蛋白高表達(dá)是因為參與DNA復(fù)制從而誘導(dǎo)細(xì)胞高度增殖。

總之，Ku蛋白低表達(dá)會增加基因的不穩(wěn)定性以及染色體異位和免疫缺陷，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生；而當(dāng)其高表達(dá)時，抗凋亡能力增強，腫瘤細(xì)胞異常增殖，促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。

3.2 Ku蛋白的活性變化與惡性腫瘤的關(guān)系

Pucci等［27］研究了膀胱癌和乳腺癌患者癌組織中Ku蛋白的DNA結(jié)合活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ku70/Ku80的DNA結(jié)合活性的調(diào)控與惡性腫瘤的進(jìn)展相關(guān)，在腫瘤起始階段其與DNA的結(jié)合活性與癌細(xì)胞的快速增殖有關(guān)；在腫瘤進(jìn)展及轉(zhuǎn)移階段，Ku蛋白的DNA修復(fù)活性失活，從而抑制DNA自發(fā)損傷的修復(fù)，導(dǎo)致腫瘤的進(jìn)一步發(fā)展。

3.3 Ku蛋白與腫瘤放療抵抗

目前，由于放射治療對惡性腫瘤有確切的治療效果，因而已廣泛應(yīng)用于臨床。但是，其效果受到正常組織和腫瘤組織敏感性的限制。因此研究如何有效增加腫瘤的放射敏感性，提高放療療效一直是廣泛關(guān)注的熱點。DNA-Pk在DSBs的修復(fù)中發(fā)揮重要作用，其活性的升高使細(xì)胞對放療產(chǎn)生抵抗，而DNA-Pk的活性是由Ku蛋白的DNA末端結(jié)合活性調(diào)控，因此認(rèn)為Ku蛋白的表達(dá)水平和功能與腫瘤的抵抗性相關(guān)。Wilson等［28］對77例子宮頸癌治療前Ku70和Ku80蛋白的表達(dá)和生存率關(guān)系進(jìn)行研究。結(jié)果提示Ku蛋白缺乏導(dǎo)致某些腫瘤放射敏感性增加，因此認(rèn)為Ku蛋白在人子宮頸癌中可作為一個放療療效的預(yù)測指標(biāo)。Shintani等［29］對口腔鱗癌細(xì)胞株Ku80的表達(dá)水平進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同放射敏感性的細(xì)胞株其Ku80的表達(dá)水平無明顯差異，而在照射后卻明顯升高，Ku80表達(dá)升高的量與腫瘤的放療抵抗性相關(guān)。推測可能是放射損傷后自身Ku蛋白可以高效修復(fù)這種DNA損傷，從而造成腫瘤細(xì)胞對射線的抵抗。

為此許多學(xué)者通過各種方法抑制Ku70及Ku80的活性以致敏腫瘤細(xì)胞，提高腫瘤放化療的特異性和靶向基因治療的效果。研究表明在子宮頸癌Hela細(xì)胞、人結(jié)腸癌細(xì)胞及MCF10A細(xì)胞中抑制Ku70的表達(dá)，均發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞受照射后的放射敏感性明顯提高，認(rèn)為干擾Ku70能增強細(xì)胞的放療敏感［30，31］。莊亮等［32］在Hela細(xì)胞中抑制Ku80的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)受X射線照射后48 h、72 h其凋亡率高于對照細(xì)胞?？梢?，越來越多的體內(nèi)外實驗證實Ku蛋白可作為放療增敏的一個靶點。

4 展望

腫瘤是一種由多個基因的改變而導(dǎo)致的細(xì)胞生長、分化、死亡機制失控或基因組的不穩(wěn)定而引發(fā)的多基因紊亂性疾病。Ku蛋白在維持染色體的穩(wěn)定性及細(xì)胞周期的調(diào)控方面起重要作用，如DNA修復(fù)、端粒維持、抗細(xì)胞凋亡和基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控等。目前Ku蛋白與惡性腫瘤的關(guān)系持不同的觀點，Ku蛋白同時扮演著腫瘤抑制因子及腫瘤促進(jìn)因子的雙重角色，其具體作用機制尚不清楚。Ku蛋白表達(dá)的正常與否及活性變化均與腫瘤發(fā)展的各個階段密切相關(guān)。Ku蛋白在研究腫瘤放療抵抗和放射增敏靶向治療中有重要意義。因此，對Ku蛋白在腫瘤發(fā)生、發(fā)展、診治和預(yù)后中的作用及其機制等值得深入研究。

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［2015-07-21收稿］［2015-12-01修回］［編輯 阮萃才］

R73

A

1674-5671（2015）06-04

10.3969/j.issn.1674-5671.2015.06.15

國家自然科學(xué)基金資助項目（81160321）；廣西自然科學(xué)基金資助項目（2013GXNSFAA019235）

劉劍侖。E-mail：631228181@qq.com