Nucleostemin通過(guò)p53與非p53途徑調(diào)控細(xì)胞增殖的研究進(jìn)展

王　嬌(綜述)，野　娜，韓世愈(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院婦產(chǎn)科，哈爾濱 150001)

Nucleostemin通過(guò)p53與非p53途徑調(diào)控細(xì)胞增殖的研究進(jìn)展

王嬌△(綜述)，野娜，韓世愈※(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院婦產(chǎn)科，哈爾濱 150001)

摘要：Nucleostemin(NS)是一種可在細(xì)胞核仁和核漿內(nèi)穿梭的GTP結(jié)合蛋白，主要定位于核仁內(nèi)，其在維持干細(xì)胞未分化狀態(tài)、細(xì)胞周期進(jìn)程、腫瘤細(xì)胞及干細(xì)胞的增殖與凋亡中發(fā)揮著重要作用。就NS調(diào)控細(xì)胞增殖的機(jī)制而言，目前仍存在爭(zhēng)議。一部分研究認(rèn)為，NS通過(guò)結(jié)合p53，發(fā)揮維持細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡的作用；另一部分研究則認(rèn)為，NS通過(guò)細(xì)胞內(nèi)其他通路及參與核糖體的生物合成，進(jìn)而影響細(xì)胞的生物學(xué)功能。

關(guān)鍵詞：Nucleostemin; p53途徑; 增殖

Tsai和McKay[1]分離并鑒定出一種已知基因的新克隆，即Nucleostemin(NS)基因。人類的NS基因定位于3p21.1，cDNA全長(zhǎng)1650 bp，編碼一個(gè)由549個(gè)氨基酸殘基組成的分子質(zhì)量為61 800的蛋白質(zhì)。結(jié)構(gòu)上，包含有NH2-末端基本結(jié)構(gòu)域(B)、螺旋卷曲結(jié)構(gòu)域(C)、COOH-末端的酸性結(jié)構(gòu)域(A)、兩個(gè)GTP結(jié)合結(jié)構(gòu)域(G1和G4)以及一個(gè)位于G1和A之間的中間結(jié)構(gòu)域(I)。NS在胚胎干細(xì)胞[2]、造血干細(xì)胞[3]、間充質(zhì)干細(xì)胞[4]等干細(xì)胞以及腎癌細(xì)胞[5]、胃癌細(xì)胞[6]、宮頸癌細(xì)胞[7]等腫瘤細(xì)胞系中均有表達(dá)。近年來(lái)的研究證實(shí)，NS可影響細(xì)胞增殖[1]，但對(duì)于NS調(diào)控細(xì)胞增殖的具體機(jī)制尚存在爭(zhēng)議，現(xiàn)對(duì)此機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1NS調(diào)控細(xì)胞增殖概述

NS在細(xì)胞增殖的調(diào)控中發(fā)揮著積極的作用。在分化的神經(jīng)干細(xì)胞中，NS的表達(dá)降低，干細(xì)胞的增殖能力下降[8]。利用成纖維生長(zhǎng)因子2刺激骨髓干細(xì)胞增殖后，NS的表達(dá)增加[9]。在非洲爪蟾胚胎中，NS在增殖速率高的細(xì)胞中優(yōu)勢(shì)表達(dá)[10]。同時(shí)，NS在大量腫瘤細(xì)胞系中高表達(dá)，敲除U2OS細(xì)胞中NS的表達(dá)將導(dǎo)致非循環(huán)細(xì)胞增多[11]。以上研究證實(shí)，NS能夠維持與調(diào)控細(xì)胞的增殖。NS在正常條件下維持細(xì)胞增殖的意義在于，S期基因組復(fù)制時(shí)，NS轉(zhuǎn)移到核漿中保護(hù)基因組免于DNA損傷。

2010年，Lin等[12]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，高表達(dá)NS的小鼠乳腺癌細(xì)胞較其他乳腺癌細(xì)胞的增殖能力和體內(nèi)外致瘤性更強(qiáng)。抑制腫瘤細(xì)胞株中NS的表達(dá)可抑制細(xì)胞增殖，在裸鼠體內(nèi)成瘤實(shí)驗(yàn)中也獲得相同結(jié)論[13]。對(duì)于NS在細(xì)胞增殖過(guò)程中的作用，目前有兩種觀點(diǎn)，一種認(rèn)為：NS通過(guò)與p53形成復(fù)合物抑制p53的抑癌作用。這種觀點(diǎn)可以解釋抑制腫瘤細(xì)胞中NS的表達(dá)，導(dǎo)致p53激活，進(jìn)而誘導(dǎo)p53依賴的細(xì)胞周期停滯。另一種觀點(diǎn)強(qiáng)調(diào)NS在細(xì)胞增殖過(guò)程中獨(dú)立發(fā)揮作用。Beekman等[10]認(rèn)為，NS缺陷型小鼠胚胎在移植前即發(fā)生死亡，而這種發(fā)生在胚胎早期的死亡與p53無(wú)關(guān)。NS不僅在腫瘤細(xì)胞以及干細(xì)胞中通過(guò)p53途徑發(fā)揮促增殖作用，同時(shí)還可以通過(guò)其他途徑調(diào)控細(xì)胞的增殖，如NS是核糖體生物合成的原件之一[14]，耗盡NS將導(dǎo)致S期細(xì)胞的DNA損傷，導(dǎo)致周期停滯，進(jìn)而引起核糖體變異，影響核糖體的生物合成。

2NS通過(guò)p53途徑調(diào)控細(xì)胞增殖

研究表明，NS通過(guò)p53調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖過(guò)程需要INK4a(inhibitor of CDK4)/ARF(alternative reading frame)[15]。INK4a/ARF是細(xì)胞周期抑制蛋白，可以通過(guò)MDM2(murine double minute-2)穩(wěn)定p53。在細(xì)胞分化過(guò)程中，NS表達(dá)減少，INK4a/ARF表達(dá)增多，通過(guò)p53通路抑制細(xì)胞周期進(jìn)程。當(dāng)NS表達(dá)增多時(shí)，S期細(xì)胞比率增加，腫瘤生長(zhǎng)加速；抑制NS表達(dá)時(shí)，S期細(xì)胞比率降低，G0/G1期細(xì)胞比率增加，細(xì)胞增殖速度明顯降低[9]。

2009年，Nomura等[16]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，靶向敲除NS基因的小鼠其生長(zhǎng)發(fā)生停滯，這表明NS在胚胎發(fā)育早期發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。為了解NS在胚胎發(fā)育過(guò)程中的作用，Nomura等[16]構(gòu)建了NS缺失型胚胎干細(xì)胞，通過(guò)檢測(cè)多能性標(biāo)志物(oct-3/4)的表達(dá)、觀察細(xì)胞生長(zhǎng)周期等發(fā)現(xiàn)，無(wú)NS作用的情況下，p53活化增多，進(jìn)而導(dǎo)致胚胎干細(xì)胞以及分化而來(lái)的神經(jīng)干細(xì)胞的增殖受抑制，細(xì)胞發(fā)生凋亡。這一研究進(jìn)一步說(shuō)明，NS在胚胎干細(xì)胞中是通過(guò)p53途徑發(fā)揮作用的。

在NS經(jīng)p53途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖的理論被廣泛認(rèn)可的同時(shí)，學(xué)者們又開始研究這一理論在臨床中的應(yīng)用。p53基因功能的改變與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，其突變常發(fā)生在侵襲性腫瘤中。Ma等[17]對(duì)71例腦垂體腺瘤樣本進(jìn)行分析，分別檢測(cè)NS、ASPP2(p53凋亡刺激蛋白基因)以及Ki-67(細(xì)胞增殖相關(guān)基因)的表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NS與Ki-67的表達(dá)水平呈正相關(guān)，ASPP2與Ki-67的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，三者的差異表達(dá)導(dǎo)致垂體瘤病理類型以及分子生物學(xué)特征發(fā)生變異。于是作者得出結(jié)論：NS、ASPP2以及Ki-67均可作為腦垂體瘤的臨床標(biāo)志物，同時(shí)推測(cè)，NS與ASPP2可能是通過(guò)與p53相互作用，進(jìn)而影響腫瘤的增殖和侵襲。2014年，Kobayashi等[18]也得出了類似的結(jié)論，該研究對(duì)220例手術(shù)切除的乳腺癌組織樣本進(jìn)行組學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，220例標(biāo)本中有142例NS呈陽(yáng)性表達(dá)，且與p53、雌激素受體及人類表皮生長(zhǎng)因子受體2相關(guān)。NS陽(yáng)性患者的生存率明顯低于陰性患者，而NS-/p53-患者的預(yù)后最差，NS與p53相互作用影響乳腺癌的進(jìn)展。Guo等[19]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)SKBR-3細(xì)胞進(jìn)行RNA干擾，下調(diào)其NS的表達(dá)，可導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯在G1期，p53途徑被激活，進(jìn)而抑制細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。

3NS通過(guò)非p53途徑調(diào)控細(xì)胞增殖

2013年，Zwolinska等[20]提出了NS作為c-myc原癌基因的轉(zhuǎn)錄因子直接參與加速細(xì)胞增殖與腫瘤發(fā)生的過(guò)程。首先，其通過(guò)Microarray分析方法找到并確認(rèn)NS是c-myc的保守轉(zhuǎn)錄因子之一；其次，當(dāng)NS單倍計(jì)量不足時(shí)能使小鼠不受myc基因的影響，在體內(nèi)形成腫瘤，這說(shuō)明NS在成瘤過(guò)程中直接發(fā)揮作用。為區(qū)分這一過(guò)程有無(wú)p53的作用，Zwolinska等[21]又檢測(cè)了NS(-)穩(wěn)轉(zhuǎn)細(xì)胞系的細(xì)胞生長(zhǎng)曲線，發(fā)現(xiàn)無(wú)論有無(wú)p53作用，細(xì)胞增殖能力均下降。將NS雜合小鼠與p53(-)小鼠雜交，對(duì)其后代研究發(fā)現(xiàn)，在無(wú)p53作用的情況下，NS(-)小鼠的生存時(shí)間明顯高于NS(+)小鼠[21]。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)疑說(shuō)明NS通過(guò)非p53途徑仍可直接影響細(xì)胞增殖。

Yoshida等[21]通過(guò)研究p21(p53最主要的效應(yīng)物之一)和p27(細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子)兩種因子表達(dá)的改變，闡述了NS是如何通過(guò)非p53途徑影響口腔鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞的增殖。正常來(lái)說(shuō)，NS下調(diào)可導(dǎo)致p21表達(dá)增多，激活的p53促使細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)錄，并抑制細(xì)胞周期進(jìn)程。然而實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)，即使下調(diào)了NS的表達(dá)，抑制了細(xì)胞增殖，p27的表達(dá)增多，而p21的表達(dá)卻無(wú)明顯改變。這表明，NS的促增殖作用不僅僅取決于p53的結(jié)合能力，還與p27誘導(dǎo)的細(xì)胞周期停滯密切相關(guān)。Jafarnejad等[22]也在實(shí)驗(yàn)中得出了類似的結(jié)論，其通過(guò)RNA干擾降低小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中NS的表達(dá)，檢測(cè)細(xì)胞周期以及細(xì)胞增殖率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞增殖速度明顯降低，細(xì)胞周期蛋白D1和凋亡抑制基因存活蛋白的表達(dá)也明顯降低，而p21卻無(wú)明顯變化。Lin等[23]認(rèn)為，NS基因?qū)?xì)胞增殖的調(diào)控可能與細(xì)胞周期蛋白D1有關(guān)。體外酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蛋白磷酸酶2A調(diào)節(jié)亞基可與NS結(jié)合并發(fā)揮作用[24]，蛋白磷酸酶2A調(diào)節(jié)亞基能夠調(diào)節(jié)蛋白磷酸酶2A的活性，后者能夠改變Axin的磷酸化狀態(tài)，抑制β聯(lián)蛋白的降解，那么是否可以認(rèn)為NS通過(guò)影響Wnt信號(hào)通路影響細(xì)胞的增殖分化還需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

4小結(jié)

以上討論了NS通過(guò)p53依賴途徑以及非p53依賴途徑調(diào)控細(xì)胞增殖機(jī)制的最新研究進(jìn)展?？此泼艿膬煞N觀點(diǎn)，其實(shí)在某一方面存在著統(tǒng)一。即NS蛋白并非如之前預(yù)期的一樣，通過(guò)某一條通路調(diào)控著細(xì)胞周期與細(xì)胞增殖，其是一種多任務(wù)處理蛋白，通過(guò)多種途徑發(fā)揮生物學(xué)作用。這也進(jìn)一步印證了任何生物細(xì)胞表型的出現(xiàn)均是復(fù)雜的分子事件，不能用單一觀念理解。

越來(lái)越多的證據(jù)證實(shí)，NS在腫瘤的形成、細(xì)胞增殖、分化、凋亡，甚至是腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著重要作用。2011年的一項(xiàng)研究證實(shí)，NS作為一種對(duì)氧化還原反應(yīng)高度敏感的蛋白可增加細(xì)胞內(nèi)活性氧的水平，使NS發(fā)生多聚化，進(jìn)而阻滯其降解，在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖能力的同時(shí)，導(dǎo)致了造血系統(tǒng)腫瘤的惡性轉(zhuǎn)化[25]，這無(wú)疑為NS作為部分腫瘤的基因靶向治療提供了有力的證據(jù)。相信隨著對(duì)NS在細(xì)胞增殖及其他領(lǐng)域的研究，將對(duì)人類進(jìn)一步了解腫瘤細(xì)胞及干細(xì)胞的增殖途徑，以及腫瘤的早期診斷、靶向治療有所助益。

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Progress of Nucleostemin Regulated Cell Proliferation by p53/non-p53 PathwayWANGJiao,YENa,HANShi-yu.(DepartmentofGynecologyandObstetrics,theFourthAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150001,China)

Abstract:Nucleostemin(NS) is a GTP-binding protein,shuttling between nucleolus and nucleoplasm,and mainly located in the nucleolus.NS plays an important role in maintaining the undifferentiated state of stem cells,modulating cell cycle and proliferation and apoptosis of several cancer cells and stem cells.But the mechanism involved in regulation of cell proliferation of NS is currently still controversial.Some are convinced that NS promotes cell proliferation and inhibits cell apoptosis combined with p53,another part of the researchers consider non-p53 pathway is the regulatory factor for influencing the cellular functions.

Key words：Nuclestemin； p53 pathway； Proliferation

收稿日期：2014-12-28修回日期：2015-04-28編輯：辛欣

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.22.009

中圖分類號(hào)：R730.231

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-2084(2015)22-4057-03