SMTNL 2在腎細胞癌中的研究進展

陳琛 鄭文忠 李賢新

SMTNL 2在腎細胞癌中的研究進展

陳琛 鄭文忠 李賢新

腎細胞癌是一類多基因相關(guān)的腫瘤，不同組織學類型的腎細胞癌有不同的基因改變及臨床特征，其對治療的反應也不盡相同。因此，對腎細胞癌相關(guān)基因的研究不僅加深了人們對腎細胞癌發(fā)病機制的了解，而且具有重要的臨床意義。本研究主要介紹了SMTNL 2基因及其編碼蛋白的分子生物學特點及總結(jié)發(fā)現(xiàn)其可能為腎細胞癌發(fā)生發(fā)展過程中潛在的關(guān)鍵基因。

腎細胞癌；類平滑肌樣蛋白-2；c-Jun氨基末端激酶；激活轉(zhuǎn)錄因子-2

腎細胞癌是泌尿生殖系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率僅次于膀胱癌，約占全身惡性腫瘤的3%。腎細胞癌有多種組織學類型，如腎臟透明細胞癌、乳頭狀腎細胞癌、嗜色細胞癌及嫌色細胞癌等，其中以腎臟透明細胞癌最為多見，約占其75%[1-2]。近年來，腎細胞癌發(fā)病率在全世界范圍內(nèi)呈明顯增高趨勢[3]。早期腎細胞癌癥狀不明顯，故初次就診時，約有30%的患者已經(jīng)發(fā)生遠處轉(zhuǎn)移并進展至晚期癌癥。由于腎細胞癌對放、化療均不敏感，故外科手術(shù)切除腫瘤組織是治療原發(fā)性腎細胞癌的主要方法[4]。腎癌發(fā)生、發(fā)展的分子機制目前仍不清楚。對患者進行預后評估并根據(jù)預后評估結(jié)果對腎癌患者進行個性化治療非常重要。目前尚無臨床應用的腎癌預后標志物。由此對腎細胞癌相關(guān)基因的鑒定及其功能分析對闡明腎細胞癌發(fā)生、發(fā)展機制及生物學特點具有重大的實際意義。本研究就SMTNL 2基因的分子生物學特點、細胞內(nèi)信號傳導通路及在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的可能作用進行如下綜述。

1 SMTNL2的基因定位及其產(chǎn)物特征

SMTNL 2（類平滑肌樣蛋白-2）基因定位于17號染色體短臂

1區(qū)3帶第2亞帶，有8個外顯子和7個內(nèi)含子，全長24.339 kb，其m RNA長度為2.285 kb。SMTNL 2基因編碼的蛋白稱為類平滑肌蛋白-2，由461個氨基酸殘基構(gòu)成，和平滑肌蛋白類似，SMTNL 2基因編碼的蛋白含有1個鈣調(diào)蛋白同源的結(jié)構(gòu)域（CH結(jié)構(gòu)域）。在細胞骨架及信號傳導相關(guān)蛋白，CH結(jié)構(gòu)域被發(fā)現(xiàn)，其可通過與F-肌動蛋白相互作用來調(diào)節(jié)肌動蛋白細胞骨架重構(gòu)，進而影響細胞的生物學行為[5]。另外，SMTNL 2基因編碼的蛋白含有1個堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域。堿性亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)域包括1個亮氨酸拉鏈亞結(jié)構(gòu)域和1個堿性區(qū)亞結(jié)構(gòu)域[6]，堿性區(qū)內(nèi)含2個典型的核定位序列，亮氨酸拉鏈區(qū)及N 末端各含1個核輸出序列[7]。

2 SMTNL2的生物學功能

在人類蛋白質(zhì)表達圖集和基因表達數(shù)據(jù)庫（Gene Expression Omnibus，GEO）[8-9]中有研究數(shù)據(jù)表明，SMTNL 2在骨骼肌、肝臟、肺、腎臟組織均有表達，其中以骨骼肌中表達量最高。Porter等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在眼外肌和腓腸肌細胞系分化的過程中SMTNL 2蛋白的表達量會增加。Haslett等[11]在對正常人骨骼肌組織和杜氏肌營養(yǎng)不良癥患者骨骼肌分別進行活檢時發(fā)現(xiàn)，杜氏肌營養(yǎng)不良癥患者骨骼肌中的SMTNL 2表達量比正常人降低了50%。另一研究發(fā)現(xiàn)在膝關(guān)節(jié)固定48 h后，通過微陣列研究測算股四頭肌外側(cè)頭的SMTNL 2表達量，發(fā)現(xiàn)原先高表達SMTNL 2的股四頭肌外側(cè)頭，在經(jīng)過48 h膝關(guān)節(jié)固定，SMTNL 2的表達量顯著下降[12]。此外SMTNL 2在肌肉中的表達可作為預測有氧運動的生物學標志物[13]。在最近的一項研究中，Gordon等[14]通過結(jié)合分子對接位點和磷酸化位點預測的方法發(fā)現(xiàn)SMTNL 2是c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）的一種底物，并證明分子對接位點是JNK與底物高親和結(jié)合并產(chǎn)生磷酸化作用的必要條件，即分子對接位點可有效幫助JNK與底物相結(jié)合。在通過肽的競爭分析中，他們發(fā)現(xiàn)SMTNL 2中的分子對接位點可通過競爭性抑制的方式影響JNK介導的激活轉(zhuǎn)錄因子-2（ATF 2）的磷酸化。另有研究發(fā)現(xiàn)，JNK激酶活性在肌肉收縮、氧化應激及C 2C 13分化過程中活性增加[15-17]。在杜氏肌營養(yǎng)不良癥的小鼠中發(fā)現(xiàn)JNK 1的活性增加[18-19]。由于缺少SMTNL 2基因敲除的小鼠模型，所以現(xiàn)階段很難探究JNK介導SMTNL 2蛋白磷酸化的確切功能。所以對JNK介導SMTNL 2蛋白磷酸化的功能研究有重要意義。

3 SMTNL2基因在腎細胞癌組織中的表達

Galvez-Santisteban等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，腎細胞癌及乳腺癌患者癌組織中SMTNL 2的表達較正常組織有明顯下降。Lenburg等[21]使用Affymetrix U 133 A和U 133 B基因芯片對腎透明細胞癌組織進行高通量測序，通過全基因組表達分析及微陣列數(shù)據(jù)參數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)在腎透明細胞癌中SMTNL 2基因表達顯著降低，表明SMTNL 2基因在腎細胞癌的發(fā)生發(fā)展過程中具有重要作用。但就其在腎細胞癌發(fā)生發(fā)展過程中的具體作用機制目前研究尚少，鑒于SMTNL 2基因在腎細胞癌組織中的表達特性，故有必要性對其具體功能進行深入研究。

4 c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信號通路及激活轉(zhuǎn)錄因子-2（Activating transcription factor,ATF2）的生物學功能

4.1 JNK信號通路 JNK蛋白分別由基因jnk 1、jnk 2、jnk 3編碼，JNK 1(MAPK 8)和JNK 2(MAPK 9)幾乎在所有細胞中均有表達，而JNK 3（MAPK 10)主要發(fā)現(xiàn)于腦、心臟及睪丸組織中。JNK信號通路是MAPK中的重要通路之一，其主要位于細胞質(zhì)，包含有Thr、Pro和Tyr 3種氨基酸組成的雙磷酸化功能區(qū)域，通過與c-Jun N端的活化區(qū)的結(jié)合，JNK信號通路使其63、73位絲氨酸的殘基磷酸化[22]。JNK的活化是通過氨基末端殘基磷酸化實現(xiàn)的，活化的JNK將移位到細胞核中產(chǎn)生生物學效應。JNK信號通路能被各種應激刺激所激活，這些應激刺激包括高滲、缺血再灌注、紫外線、生長因子等。但是JNK信號通過是如何被激活的機制目前不明朗。推測可能是雙磷酸化后改變了T環(huán)的結(jié)構(gòu)和N端和C端的重新排列，從而產(chǎn)生了一個功能性活化位點[23]。

4.2 JNK在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的作用Behrens等[24]通過對誘導Ras的轉(zhuǎn)化實驗的研究，發(fā)現(xiàn)Ras介導c-Jun的磷酸化是由JNK信號通路完成的。而且JNK信號通路磷酸化c-Jun位點的突變可抑制Ras引起的成瘤。另外，一些瘤基因的轉(zhuǎn)化功能呈JNK依賴性的，這些證據(jù)表明JNK與腫瘤發(fā)生明顯相關(guān)，但就其確切作用機制目前還不清楚[25]。Chen[26]等研究發(fā)現(xiàn)，在野生型小鼠中TPA可誘導ERK的磷酸化和AP-1 DNA結(jié)合活性。但在Jnk 2-/-小鼠中卻受到了抑制，提示JNK信號轉(zhuǎn)導通路在腫瘤的侵襲演進重要作用。JNK信號通路在正常組織中主要起到調(diào)節(jié)細胞凋亡作用，與ERK的增殖作用相反，提示在腫瘤的發(fā)展過程中，JNK依賴性的凋亡受到抑制，表明JNK信號途徑成份是潛在的抑瘤基因。杜昌國和王健[27]等通過采用免疫組織化學方法，研究癌旁正常組織(20例)、腎透明細胞癌組織(52例)中P 38和JNK蛋白的表達情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在腎透明細胞癌中P 38和JNK的表達高于癌旁組織，且與腫瘤的臨床TNM分期、病理分化相關(guān)，提示P 38和JNK與腎組織癌變、侵襲和轉(zhuǎn)移過程有關(guān)。

4.3 ATF-2的生物學功能ATF-2為堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子家族的成員。ATF-2主要通過磷酸化修飾而激活，通常由p 38/JNK信號通路直接磷酸化ATF-2的Thr 69/71位點，從而激活ATF-2。在腫瘤發(fā)生中ATF-2兼具癌基因和腫瘤抑制因子的特性，不同組織/細胞類型中ATF-2的亞細胞定位可能是決定其發(fā)揮何種作用的關(guān)鍵，當ATF 2定位于細胞質(zhì)中時，其主要表現(xiàn)為腫瘤抑制因子特性，當ATF 2定位于細胞核中時，其主要表現(xiàn)為癌基因特性。ATF-2的核內(nèi)或者胞漿定位能力受蛋白激酶PKCε的調(diào)控[28]。磷酸化的ATF-2可形成同二聚體，或與Fos/Jun家族成員及其他ATF/CREB家族成員選擇性形成異二聚體而激活[29]。ATF-2激活的下游靶基因有細胞周期蛋白D 1、腫瘤侵襲相關(guān)分子、細胞黏附分子、細胞凋亡相關(guān)因子、抑癌基因等[30-31]。

5 總結(jié)

現(xiàn)代分子生物學實驗技術(shù)發(fā)展日新月異，在21世紀初完成的人類基因組計劃以及后續(xù)基因組計劃的全面展開，使腎細胞癌相關(guān)基因被不斷發(fā)現(xiàn)和深入研究成為了可能。SMTNL 2基因作為JNK的底物，通過分子對接位點與JNK結(jié)合并參與磷酸化，通過競爭性抑制影響ATF 2的磷酸化激活，進而影響細胞的生物學功能。由于SMTNL 2基因在腎透明細胞癌組織中低表達，說明SMTNL 2可能成為腎細胞癌早期診斷及治療的有效分子標志物。因此其在腎透明細胞癌發(fā)生和發(fā)展中的許多機制及功能尚待進一步深入研究。

[1] Kashyap MK,Kumar A,Emelianenko N,et al.Biochemical and molecular markers in renal cell carcinoma:an update and future prospects[J]. Biomarkers,2005,10(4):258-294.

[2] Mancuso A,Sternberg CN.New treatments for metastatic kidney cancer[J]. Can J Urol,2005,12（Suppl 1）:66-70.

[3] Kirkali Z,Tuzel E,Mungan MU.Recent advances in kidney cancer and metastatic disease[J].BJU Int,2001,88(8):818-824.

[4] Van Poppel H,Da PL,Albrecht W,et al.A prospective randomized EORTC intergroup phase 3 study comparing the complications of elective nephron-sparing surgery and radical nephrectomy for low-stage renal cell carcinoma[J].Eur Urol,2007,51(6):1606-1615.

[5] 董麗華,韓梅,溫進坤.Calponin蛋白家族在細胞骨架重構(gòu)中的作用[J].細胞生物學雜志,2007(3):321-324.

[6] Vlahopoulos SA,Logotheti S,Mikas D,Giarika A,Gorgoulis V,Zoumpourlis V.The role of ATF-2 in oncogenesis[J].Bioessays,2008,30(4):314-327.

[7] Hsu CC,Hu CD.Critical role of N-terminal end-localized nuclear export signal in regulation of activating transcription factor 2(ATF 2) subcellular localization and transcriptional activity[J].J Biol Chem,2012,287(11):8621-8632.

[8] Asplund A,Edqvist PH,Schwenk JM,Ponten F.Antibodies for profiling the human proteome-The Human Protein Atlas as a resource for cancer research[J].Proteomics,2012,12(13):2067-2077.

[9] Barrett T,Troup DB,Wilhite SE,et al.NCBI GEO:archive for functional genomics data sets--10 years on[J].Nucleic Acids Res,2011,39(Database issue):D 1005-1010.

[10] Porter JD,Israel S,Gong B,et al.Distinctive morphological and gene/ protein expression signatures during myogenesis in novel cell lines from extraocular and hindlimb muscle[J].Physiol Genomics,2006,24(3):264-275.

[11] Haslett JN,Sanoudou D,Kho AT,et al.Gene expression profiling of Duchenne muscular dystrophy skeletal muscle[J].Neurogeneti cs,2003,4(4):163-171.

[12] Urso ML,Scrimgeour AG,Chen YW,Thompson PD,Clarkson PM.Analysis of human skeletal muscle after 48 h immobilization reveals alterations in mRNA and protein for extracellular matrix components[J].J Appl Physi ol(1985),2006,101(4):1136-1148.

[13] Timmons JA,Knudsen S,Rankinen T,et al.Using molecular classification to predict gains in maximal aerobic capacity following endurance exercise training in humans[J].J Appl Physiol(1985),2010,108(6):1487-1496.

[14] Gordon EA,Whisenant TC,Zeller M,et al.Combining docking site and phosphosite predictions to find new substrates:identification of smoothelin-like-2(SMTNL 2)as a c-Jun N-terminal kinase(JNK)substrate[J].Cell Signal,2013,25(12):2518-2529.

[15] Leng Y,Steiler TL,Zierath JR.Effects of insulin,contraction,and phorbol esters on mitogen-activated protein kinase signaling in skeletal muscle from lean and ob/ob mice[J].Diabetes,2004,53(6):1436-1444.

[16] Jing E,Emanuelli B,Hirschey MD,et al.Sirtuin-3(Sirt 3)regulates skeletal muscle metabolism and insulin signaling via altered mitochondrial oxidation and reactive oxygen species production.Proc Natl Acad Sci U S A,2011,108(35):14608-14613.

[17] Bennett AM,Tonks NK.Regulation of distinct stages of skeletal muscle differentiation by mitogen-activated protein kinases.Scien ce,1997,278(5341):1288-1291.

[18] Nakamura A,Yoshida K,Ueda H,Takeda S,Ikeda S.Up-regulation of mitogen activated protein kinases in mdx skeletal muscle following chronic treadmill exercise[J].Biochim Biophys Acta,2005,1740(3):326-331.

[19] Smythe GM,Forwood JK.Altered mitogen-activated protein kinase signaling in dystrophic(mdx)muscle[J].Muscle Nerve,2012,46(3):374-383.

[20] Galvez-Santisteban M,Rodriguez-Fraticelli AE,Bryant DM,et al.Synaptotagmin-like proteins control the formation of a single apical membrane domain in epithelial cells[J].Nat Cell Biol,2012,14(8):838-849.

[21] Lenburg ME,Liou LS,Gerry NP,Frampton GM,Cohen HT,Christman MF.Previously unidentified changes in renal cell carcinoma gene expression identified by parametric analysis of microarray data[J].BMC Cancer,2003,3:31.

[22] 葉冬青,高維娟.c-jun氨基末端激酶信號通路與細胞凋亡.中國老年學雜志,2009(7):894-896.

[23] Gupta S,Barrett T,Whitmarsh AJ,et al.Selective interaction of JNK protein kinase isoforms with transcription factors[J].EMBO J,1996,15(11):2760-2770.

[24] Behrens A,Jochum W,Sibilia M,Wagner EF.Oncogenic transformation by ras and fos is mediated by c-Jun N-terminal phosphorylation[J]. Oncogene,2000,19(22):2657-2663.

[25] Ip YT,Davis RJ.Signal transduction by the c-Jun N-terminal kinase(JNK)--from inflammation to development[J].Curr Opin Cell Biol,1998,10(2):205-219.

[26] Chen N,Nomura M,She QB,et al.Suppression of skin tumorigenesis in c-Jun NH(2)-terminal kinase-2-deficient mice[J].Cancer Res,2001,61(10):3908-3912.

[27] 杜昌國,王健.P 38與JNK在腎透明細胞癌中的表達及其臨床意義[J].現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生,2011,27(16):2045.

[28] Lau E，Kluger H，Varsano T，et al.PKCε promotes oncogenic functions of ATF-2 in the nucleus while blocking its apoptotic function at mitochondria[J]. Cell，2012，148:543-555.

[29] Vlahopoulos SA，Logotheti S，Mikas D，et al.The role of ATF-2 in oncogenesis[J].Bioessays，2008，30:314-327.

[30] Ferguson BW，Datta S.Role of heparan sulfate 2-o-sulfotransferase in prostate cancer cell proliferation，invasion，and growth factor signaling[J].Prostate Cancer，2011，2011:893208.

[31] Maekawa T，Sano Y，Shinagawa T，et al.ATF-2 controls transcription of Maspin and GADD 45 alpha genes independently from p 53 to suppress mammary tumors[J].Oncogene,2008,27:1045-1054.

10.3969/j.issn.1009-4393.2015.14.004

廣東 518036 安徽醫(yī)科大學北京大學深圳醫(yī)院臨床學院 （陳琛） 北京大學深圳醫(yī)院泌尿外科（陳琛 鄭文忠 李賢新）

李賢新 E-mail：xianxinli@163.com