PLCE1及其單核苷酸多態(tài)性功能研究新進(jìn)展*

原晉陽(yáng) 賈彬 閆慧明

磷 脂 酶 Cε1（phospholipase C epsilon-1，PLCE1） 是新近發(fā)現(xiàn)的磷脂酶C（PLC）家族的一種同工酶，最初由Shibatohge等[1]在秀麗隱桿蟲中發(fā)現(xiàn)，PLC家族對(duì)許多G蛋白偶聯(lián)受體有著促進(jìn)作用，在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中具有重要作用，PLCE1具有獨(dú)特的CDC25結(jié)構(gòu)域和RA結(jié)構(gòu)域，可以被多種小G蛋白調(diào)控，包括Ras、Rho和Rap。近期研究發(fā)現(xiàn)PLCE1及其基因多態(tài)性表達(dá)或分布異常參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程，以及其他系統(tǒng)疾病如腎臟疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心臟疾病等[2]。現(xiàn)就PLCE1的結(jié)構(gòu)與功能研究現(xiàn)況作一綜述。

1 PLCE1的分子結(jié)構(gòu)

目前已發(fā)現(xiàn)在哺乳動(dòng)物中存在l4種PLC同工酶，共分為6類：PLCβ、PLCγ、PLCδ和近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的PLCε、PLCζ、PLCη。PLCE1在PLC家族中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，最近發(fā)現(xiàn)其定位的染色體是食管鱗癌的易感位點(diǎn)。有研究發(fā)現(xiàn)，人類PLCE1的2個(gè)亞型PLCE1a和PLCE1b無(wú)顯著功能差異，但兩者在某些腫瘤中分布有明顯差異。PLCE1不僅包含XY、PH、C2和EF4個(gè)PLC家族共有的保守結(jié)構(gòu)域，還特異性地包含GTP交換因子區(qū)域——CDC25結(jié)構(gòu)域，2個(gè)C端Ras綁定區(qū)域——RA1和RA2結(jié)構(gòu)域，見(jiàn)圖1。這些結(jié)構(gòu)域是PLCE1 Ras GEF活性的基礎(chǔ)，參與一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的凋亡和生長(zhǎng)，促進(jìn)細(xì)胞增殖、分化甚至惡變[2]。

圖1 PLCE1結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 特殊結(jié)構(gòu)域

1.1.1 CDC25結(jié)構(gòu)域 CDC25結(jié)構(gòu)域是PLCE1特有的區(qū)域，位于PLCE1氨基末端。含有CDC25結(jié)構(gòu)域的肽片段可以促進(jìn)GDP從Rapl的釋放效應(yīng)，且CDC25結(jié)構(gòu)域具有鳥(niǎo)嘌呤核苷酸交換活性（GEF），這一活性不僅能夠改變Ras家族的分子結(jié)構(gòu)而激活Ras/MAPK信號(hào)通路，還能夠使Rap1A磷酸化從無(wú)活性的Rap1A-GDP轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘腞ap1A-GTP，激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）途徑。另外PLCE1還具有PLC活性，可引起Ca2+的流動(dòng)和蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）活化[3]。但PLCE1究竟對(duì)哪種Ras家族分子起作用尚存在爭(zhēng)論。

1.1.2 RA結(jié)構(gòu)域 PLCE1的兩個(gè)RA結(jié)構(gòu)域（RA1和RA2）位于羧基末端，C2結(jié)構(gòu)域的下游，在功能上與RAS家族蛋白分子結(jié)合，參與激活PLCE1。RA2結(jié)構(gòu)域能與H-Ras和Rap亞群結(jié)合[4]。RA2可與活化的Rap2B結(jié)合而激活PLCE1，進(jìn)而水解磷脂酰肌醇4，5-二磷酸生成2種第二信使：三磷酸肌醇和二酯酰甘油，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)Ca2+釋放，最后激活PKC，從而激活Ras/MAPK途路，促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化[5]。如果RA結(jié)構(gòu)域或者Ras分子發(fā)生突變，則這種作用消失。盡管RA結(jié)構(gòu)域與H-Ras和RaplA都能結(jié)合，但結(jié)合后產(chǎn)生的結(jié)果卻不相同。RA結(jié)構(gòu)域與H-Ras結(jié)合后，引起PLCE1由細(xì)胞漿向細(xì)胞膜移位；而與RaplA結(jié)合后引起PLCE1向核周移位[1]。

1.2 保守結(jié)構(gòu)域 PLCE的保守結(jié)構(gòu)域包括XY結(jié)構(gòu)域、PH結(jié)構(gòu)域、EF結(jié)構(gòu)域和C2結(jié)構(gòu)域[2]。XY結(jié)構(gòu)域包含60~70個(gè)氨基酸殘基，作為PLCE1的催化活性中心，能夠激活PLCE1；PH結(jié)構(gòu)域包含100~120個(gè)氨基酸殘基，在PLCE1酶促反應(yīng)過(guò)程中銜接膜上磷酯類分子如PIP2、PIP3、IP3等，促進(jìn)PLCE1蛋白分子由細(xì)胞漿到細(xì)胞膜的移位；EF結(jié)構(gòu)域的功能依賴于其獨(dú)特的螺旋-環(huán)-螺旋空間結(jié)構(gòu)，E螺旋和F螺旋相互垂直形成的凹陷正好是PLCE1的Ca2+結(jié)合區(qū)域；C2結(jié)構(gòu)域包含120個(gè)氨基酸殘基，在不同的PLC分子中的發(fā)揮不同的作用，在PLCE1中，C2結(jié)構(gòu)域僅調(diào)節(jié)G蛋白所引起的激活效應(yīng)。

2 PLCE1在組織中的分布及活性

PLCE1定位于細(xì)胞胞膜上，通過(guò)與相關(guān)受體或蛋白相互作用參與細(xì)胞的多種生物學(xué)功能的調(diào)控。PLCE1不同程度的分布在全身多個(gè)組織器官中，如心、腎、腎上腺、腦、肝、肺、脾、骨骼肌、前列腺、甲狀腺、中性粒細(xì)胞和血小板等，PLCE1由于其表達(dá)或分布異常，可能參與各種疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程，如腫瘤、腎臟疾病、心臟疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等[2]。

在缺乏脂類的環(huán)境中，PLCE1幾乎沒(méi)有活性，因而PLCE1被認(rèn)為是一種膜相關(guān)的酶，細(xì)胞膜脂質(zhì)對(duì)其功能起重要作用。多種分子（如Ras、RAP1、G蛋白）可以引起PLCE1的激活，由于PLCE1結(jié)構(gòu)域的不同，其機(jī)制也各不相同。PLCE1被激活后可以介導(dǎo)R-Ras的促細(xì)胞偽足形成作用，從而促進(jìn)細(xì)胞的延伸；在膠質(zhì)細(xì)胞中PLCE1起傳導(dǎo)細(xì)胞分裂信號(hào)的作用；最新研究顯示PLCE1能夠抑制整合素的親和力及活性；PLCE1還能調(diào)節(jié)秀麗隱桿線蟲排卵[6]。PLCE1被激活后可以影響細(xì)胞骨架改變，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、分化，細(xì)胞遷移，細(xì)胞凋亡，腫瘤形成及發(fā)展等生物學(xué)反應(yīng)。

3 PLCE1基因與腫瘤

3.1 PLCE1單核苷酸多態(tài)性rs2274223與食管鱗癌 單核苷酸多態(tài)性（SNP）作為一種新的遺傳標(biāo)志，是最豐富的一種DNA序列變化和基因組變異形式。研究SNP對(duì)于揭示腫瘤的發(fā)生機(jī)制有重要作用。PLCE1基因多態(tài)性rs2274223位點(diǎn)是目前研究最多的多態(tài)位點(diǎn)之一，是食管鱗狀細(xì)胞癌（ESCC）的一個(gè)獨(dú)立危險(xiǎn)因素[7]。rs2274223 A/G SNP位于PLCE1的C2結(jié)構(gòu)域，該位點(diǎn)處在PLCE1基因與NOC3L基因的重組熱點(diǎn)上，而NOC3L參與DNA復(fù)制過(guò)程中紡錘體的分離。另外堿基A→G的轉(zhuǎn)換引起所編碼的氨基酸改變，可以影響蛋白之間的相互作用，最終引起功能改變。Wang等[8]首次報(bào)道了rs2274223位點(diǎn)是ESCC的易感位點(diǎn)，PLCE1基因rs2274223 A/G SNP G等位基因顯著增加了我國(guó)漢族人群及哈薩克族人群ESCC的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。Wang等[8]還注意到rs2274223 G等位基因通過(guò)上調(diào)PLCE1mRNA和蛋白的表達(dá)水平，增加PLCE1酶活性，促進(jìn)食管黏膜上皮的炎性反應(yīng)，而長(zhǎng)期慢性炎性刺激能夠促進(jìn)ESCC的發(fā)生和發(fā)展。但是也有研究顯示，rs2274223位點(diǎn)與ESCC的易感性無(wú)關(guān)[9]。PLCE1基因SNPs在不同地區(qū)人群中表現(xiàn)出不同的作用，可能是因?yàn)檠芯咳巳哼z傳背景和樣本量的差異以及兩者相互作用的結(jié)果。

Cui等[9]首次研究了人乳頭瘤病毒（HPV）與PLCE1 rs2274223基因多態(tài)性的關(guān)系，以及它們?cè)诠_克族人群ESCC中的作用。HPV是一類主要寄生于鱗狀上皮層的小分子DNA腫瘤病毒，目前已分離鑒定了100多個(gè)基因型[10]。近幾年來(lái)，不少學(xué)者發(fā)現(xiàn)HPV感染在食管上皮癌變中可能有一定作用。Cui等[9]研究利用HPV DNA基因芯片技術(shù)對(duì)數(shù)百例哈薩克族人群ESCC樣本和健康對(duì)照進(jìn)行的對(duì)比分析，同時(shí)也檢測(cè)了ESCC樣本中PLCE1基因多態(tài)性rs2274223的分布情況。結(jié)果顯示，ESCC樣本表現(xiàn)為HPV高患病率（31.7%），在有HPV感染的ESCC樣本中，PLCE1基因變異型rs2274223（AG）明顯增加。這一結(jié)果說(shuō)明在哈薩克族ESCC人群中rs2274223與HPV相互作用，進(jìn)而增加HPV感染敏感性。分析rs2274223與HPV互相輔助致癌機(jī)制可能為：PLCE1能夠通過(guò)炎癥反應(yīng)參與化學(xué)致癌物誘發(fā)的皮膚腫瘤，而炎癥性食管疾病可以增加腫瘤形成的風(fēng)險(xiǎn)[11]，所以HPV持續(xù)誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)明顯影響機(jī)體對(duì)感染的免疫反應(yīng)。PLCE1 rs2274223雜合子可以通過(guò)減低機(jī)體的免疫應(yīng)答能力，導(dǎo)致機(jī)體機(jī)能障礙并促進(jìn)HPV相關(guān)腫瘤的形成。然而這一作用機(jī)制還需要進(jìn)一步的研究來(lái)證實(shí)。

3.2 PLCE1與肺癌 PLCE1為食管癌的易感基因，而食管癌癌的病理類型90%為鱗狀上皮細(xì)胞癌。葛曉晴等[12]采用免疫組化SP法檢測(cè)48例肺鱗狀細(xì)胞癌組織和48例正常肺組織中PLCE1的表達(dá)，結(jié)果顯示肺鱗狀細(xì)胞癌組織中PLCE1的陽(yáng)性表達(dá)率高于正常肺組織（P<0.001）。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)PLCE1的表達(dá)與肺鱗狀細(xì)胞癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和腫瘤分期有關(guān)（P<0.05），而與性別、年齡、腫瘤分化程度無(wú)關(guān)（P>0.05）。這說(shuō)明PLCE1可能與肺鱗狀細(xì)胞癌的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)，PLCE1蛋白檢測(cè)可能有助于肺鱗狀細(xì)胞癌的預(yù)后判斷。

轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子p53作為一種抑癌基因，可誘導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)阻滯、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞分化以及DNA修復(fù)。Luo[13]采用QTPCR和Western-blot研究了36例非小細(xì)胞肺癌（NSCLL）中PLCE1和P53的表達(dá)，并用流式細(xì)胞檢測(cè)技術(shù)評(píng)估了NSCLL細(xì)胞的凋亡情況，結(jié)果在NSCLL細(xì)胞中檢測(cè)到高水平的PLCE1和低水平的P53表達(dá)，這兩種基因表達(dá)呈負(fù)相關(guān)（P<0.01）。抗-PLCE1抗體的加入促進(jìn)NSCLL細(xì)胞中P53的表達(dá)，同時(shí)也加速了細(xì)胞的凋亡。這一結(jié)果說(shuō)明PLCE1在NSCLL中高表達(dá)并能夠抑制P53基因的表達(dá)，表明PLCE1有望成為NSCLL的治療靶點(diǎn)。

3.3 PLCE1與結(jié)腸直腸癌 結(jié)直腸癌是我國(guó)常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，具有較高的死亡率，并且其發(fā)病率呈顯著上升趨勢(shì)[14]。抑癌基因的LOH為CRC形成的一個(gè)關(guān)鍵步驟，Wang等[15]首次發(fā)現(xiàn)在結(jié)直腸癌（CRC）患者染色體的短串聯(lián)重復(fù)序列D10S185（10q23.31~24.33）位點(diǎn)存在雜合缺失（LOH）的高頻缺失區(qū)域，提示該區(qū)域存在有CRC的抑癌基因。隨后，Wang等[15]采用以基因芯片為基礎(chǔ)的高通量篩選發(fā)現(xiàn)此區(qū)域缺失頻率達(dá)到35.53%，而且發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)PLCE1基因顯著下調(diào)；同時(shí)RT-PCR和DNA微陣列數(shù)據(jù)顯示，PLCE1在CRC組織中的表達(dá)低于正常組織。另外有學(xué)者也發(fā)現(xiàn)PLCE1過(guò)表達(dá)能夠抑制結(jié)腸癌細(xì)胞系SW620的表達(dá)，對(duì)結(jié)腸癌細(xì)胞進(jìn)行質(zhì)粒轉(zhuǎn)染后，PLCE1高表達(dá)的腫瘤細(xì)胞增殖能力減慢、侵襲遷移能力降低、裸鼠成瘤能力下降，細(xì)胞的惡性程度降低，并且阻滯腫瘤細(xì)胞周期阻滯G1期向S期過(guò)渡，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[16]。Duan等[17]的研究結(jié)果顯示PLCE1-rs2077218、rs11187877與結(jié)直腸癌密切相關(guān)，PLCE1-NOC3L單體型“GCCATTCTGTC”是CRC的風(fēng)險(xiǎn)因子（P=0.049）。PLCE1基因多態(tài)性rs3765524、rs2274223位點(diǎn)在中國(guó)CRC人群中可能起到一個(gè)抑癌作用。

4 PLCE1與其他疾病

研究顯示，PLCE1可以調(diào)節(jié)β腎上腺素受體依賴的心肌收縮力，抑制心肌肥大的發(fā)生。有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在PLCE1功能缺失小鼠中，出現(xiàn)大動(dòng)脈和肺動(dòng)脈瓣的先天性畸形，導(dǎo)致狹窄、反流和心肌肥大[18]；PLCE1與家族性腎病綜合征關(guān)系密切，近期研究發(fā)現(xiàn)PLCE1基因與兒童激素耐藥性腎病綜合征也有關(guān)聯(lián)，推測(cè)PLCE1在腎血管球的發(fā)生中起著重要作用[19]。斑馬魚在敲除PLCE1基因后有腎病綜合征樣的表現(xiàn)，PLCE1缺失引起的腎病綜合征對(duì)糖皮質(zhì)激素有一定敏感性。研究發(fā)現(xiàn)沉默PLCE1基因能夠抑制腎細(xì)胞癌血管生成[20]。另外有研究顯示PLCEl酶活性下降所引起的PLCE1基因錯(cuò)義突變能夠?qū)е履I小球血管慢性損傷，最終形成FSGS蛋白尿。而由于缺乏PLCEl功能所引起的PLCE1無(wú)義突變能夠使腎小球發(fā)育停止形成先天性腎病綜合征[21]；在小鼠的發(fā)育過(guò)程中，PLCE1首先出現(xiàn)于神經(jīng)系統(tǒng)，其表達(dá)下降或者缺失可能引起神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙，這也可能是神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生過(guò)程中的特定事件。研究發(fā)現(xiàn)變異性鼻炎鼻黏膜CD4+T細(xì)胞PLCE1表達(dá)增高，并且PLCE1能夠抑制CD4+T細(xì)胞凋亡，PLCE1介導(dǎo)的信號(hào)通路（包括PKC-NF-κB及Ras-MAPK）在變異性鼻炎鼻黏膜CD4+T細(xì)胞分化為Th2細(xì)胞的過(guò)程起到了至關(guān)重要的作用[22]。

5 問(wèn)題與展望

PLCE1作為PLC家族的新成員，其分子結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制都比較復(fù)雜，盡管人類對(duì)它的研究取得了明顯的進(jìn)展，并揭示了它在很多方面的重要性，但是對(duì)PLCE1的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)不夠，尚有諸多問(wèn)題有待深入研究，例如：PLCE1究竟對(duì)哪種Ras家族分子起作用？PLCE1基因多態(tài)性rs2274223和HPV共同作用在食管鱗癌的具體機(jī)制是什么？隨著對(duì)PLCE1的科學(xué)研究更加深入透徹，對(duì)其具體功能的研究分析和應(yīng)用開(kāi)發(fā)還將會(huì)進(jìn)入醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域，從而對(duì)人類相關(guān)疾病的病理機(jī)制、治療理論提供幫助。相信在不久的將來(lái)，PLCE1在多個(gè)方面的調(diào)節(jié)功能和作用機(jī)制會(huì)越來(lái)越清晰。

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