抑癌基因LKB1與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

柏書博綜述, 王敬晗,陳貴敏審校

?

·綜述·

抑癌基因LKB1與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

柏書博1綜述, 王敬晗2,陳貴敏1審校

肝激酶B1(LKB1)是一種具有普遍作用的抑癌基因，編碼一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，LKB1基因的胚系突變是黑色素斑-胃腸多發(fā)性息肉綜合征的主要致病因素?，F(xiàn)有研究表明，LKB1對細(xì)胞代謝、細(xì)胞周期和細(xì)胞極性等的調(diào)控是其抑制腫瘤發(fā)生和發(fā)展的重要方面。LKB1的失活性表達(dá)以低頻率事件廣泛存在于全身多種類型惡性腫瘤中，如肺癌、胃癌和乳腺癌等；其功能異常還與腺癌的發(fā)生密切相關(guān)。本文就目前已知的LKB1的抑癌機(jī)制作以綜述。

抑癌基因；肝激酶B1；腫瘤; 細(xì)胞生長和代謝

肝激酶B1(liver kinase B1，LKB1)基因又名STK11(serine/threonine kinase 11)基因是1998年被芬蘭及德國學(xué)者在黑色素斑-胃腸多發(fā)性息肉綜合征(Peutz-Jeghers syndrome，PJS)患者中鑒定的抑癌基因[1]。它可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝、細(xì)胞周期和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等功能來發(fā)揮抑癌作用[2]。研究結(jié)果顯示LKB1蛋白表達(dá)的下降可見于肺癌、胃癌、乳腺癌等多種惡性腫瘤[3]。

1　LKB1的生物學(xué)特征

人的 LKB1基因定位于第19號(hào)染色體短臂13.3區(qū)，編碼分子量為 60KD 的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，該激酶由433個(gè)氨基酸組成，包括非催化區(qū)，激酶催化區(qū)，核定位信號(hào)序列和C端調(diào)節(jié)區(qū)。人體中幾乎所有組織均有LKB1的表達(dá)。LKB1的胚系突變是PJS患者的主要致病因素。LKB1的激酶活性需要第189位點(diǎn)的蘇氨酸(Thr)的自磷酸化來完成，此位點(diǎn)的突變可使其喪失激酶活性，導(dǎo)致LKB1的失活，與其由錯(cuò)構(gòu)瘤樣息肉向腺瘤和癌變發(fā)展關(guān)系密切[4]。LKB1與假激酶樣銜接蛋白和腳手架蛋白25形成復(fù)合體，可極大地提高其激酶活性和穩(wěn)定性[5]。

2　LKB1的功能和調(diào)控作用

2.1LKB1是腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)的上游激酶AMPK是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，由催化亞基AMPKα和調(diào)節(jié)亞基AMPKβ，AMPKγ組成的異源三聚體，它是LKB1最重要的底物。AMPK被稱為細(xì)胞的“代謝和能量感受器”，與AMP/ATP比值密切相關(guān)。機(jī)體在各種應(yīng)激情況下，AMPK被激活后，抑制脂肪的生成、增加脂肪酸氧化、抑制脂肪分解、促進(jìn)葡萄糖攝取和利用，維持機(jī)體的正常代謝。AMPK 的活化需要上游激酶(AMPKK)對 AMPKα亞基活化環(huán)上172位點(diǎn)的Thr進(jìn)行磷酸化來完成。LKB1可以磷酸化Thr進(jìn)而激活A(yù)MPK，因此認(rèn)為它是 AMPKK 家族的成員。同時(shí)LKB1也激活12種接近AMPK的酶，使它們的活性增加50倍以上，AMPK和這12種AMPK相關(guān)激酶是LKB1激酶主要的下游底物。

2.2LKBI下調(diào)哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)活性，抑制細(xì)胞生長mTOR蛋白是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，它以mTORC1和mTORC2兩種復(fù)合體形式存在，mTOR抑制劑通過阻斷細(xì)胞周期、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡和自噬并抑制腫瘤血管的生成，從而抑制腫瘤生長，但在大多數(shù)腫瘤細(xì)胞卻出現(xiàn)異常調(diào)節(jié)[6]?；罨膍TOR主要通過磷酸化核糖體蛋白S6激酶(S6K)和真核細(xì)胞翻譯啟始因子(4E-BP1)來控制細(xì)胞生長，二者是蛋白翻譯的起始因子。S6K在多種人類腫瘤中呈高表達(dá)，高表達(dá)S6K的腫瘤預(yù)后較差[7]。4E-BP1經(jīng)mTOR作用發(fā)生磷酸化后，解除了翻譯起始的抑制作用，并減少腫瘤細(xì)胞凋亡，同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞周期蛋白D1、缺氧誘導(dǎo)因子1、血管內(nèi)皮生長因子等一組促進(jìn)細(xì)胞生長關(guān)鍵蛋白的翻譯，促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)展和血管生成，而這些都可成為形成腫瘤的成因。此外，在缺氧、營養(yǎng)匱乏等應(yīng)激下，LKB1依賴的激活A(yù)MPK，活化的AMPK還可以磷酸化結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合物(TSC1-TSC2)，TSC復(fù)合物可抑制小GTP酶Rheb而抑制mTORC1的活性[8]。mTOR的調(diào)控結(jié)合蛋白(raptor)被確定為AMPK下游直接底物，raptor的磷酸化在AMPK激活后下調(diào)mTOR活性和G2/M阻滯的過程中是必須的[9]。在能量壓力下，LKB1-AMPK還可以直接磷酸化TSC2 和raptor 來抑制mTORC1活性。上述研究表明，LKB1通過激活其直接底物AMPK對mTOR通路發(fā)揮負(fù)向調(diào)控。

2.3LKB1通過細(xì)胞周期素依賴性激酶抑制因子(P21，P27)負(fù)向調(diào)控細(xì)胞周期LKB1可以穩(wěn)定體內(nèi)抑癌基因P53，直接參與P53的靶基因P21/WAF1激活過程。將LKB1融合到缺陷型P53可以提高P21/WAF1的激活，使細(xì)胞周期阻滯于G1期，抑制了細(xì)胞的增生[10]，相反，LKBI缺失或降低表達(dá)則伴隨著P21/WAF1水平下調(diào)，表明LKB1通過促進(jìn)腫瘤細(xì)胞進(jìn)入凋亡程序來抑制腫瘤細(xì)胞的增殖。有研究證明P27也是AMPK的底物，AMPK在調(diào)節(jié)P27能量脅迫時(shí)自噬和凋亡的選擇中起重要作用[10]。

2.4LKB1參與其他信號(hào)通路的調(diào)節(jié)蛋白激酶B (Akt/PKB)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，被認(rèn)定為是一種癌基因。LKB1通過激活A(yù)MPK，負(fù)向調(diào)節(jié)Akt/PKB信號(hào)通路，使其具有抑制腫瘤血管生成及轉(zhuǎn)移的作用。LKB1通過抑制Akt的表達(dá)阻斷此基因的致癌作用，還能阻斷此通路上游多種相關(guān)聯(lián)的致癌基因，影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展[11]。Smad是轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，LKB1與LIP1結(jié)合后，與Smad4形成LKB1-LIP1-Smad4三聚體，調(diào)節(jié)TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[12]。張力蛋白同源基因(PTEN)是第一個(gè)具有雙特異性磷酸酶活性的抑癌基因。有研究發(fā)現(xiàn)：在肺腺癌細(xì)胞株A549細(xì)胞中過表達(dá)LKB1，可使PTEN mRNA表達(dá)增加。3、4、5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)是促進(jìn)細(xì)胞增殖的第二信使，PTEN具有磷酸酯酶的功能，可分解PIP3，說明LKB1可能參與PTEN信號(hào)通路的調(diào)節(jié)抑制細(xì)胞生長[13]。LKB1和PTEN共同作用可調(diào)節(jié)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)來抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移，相反LKB1的缺失會(huì)增進(jìn)腫瘤細(xì)胞的EMT，促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[14]。

3　LKB1與腫瘤的關(guān)系

3.1LKB1與肺癌LKB1的突變見于各種病理類型的肺癌，并且與肺癌的發(fā)生發(fā)展以及肺癌的分化、轉(zhuǎn)移關(guān)系密切[15]。有研究表明，在非小細(xì)胞肺癌[16]和肺腺癌[17]中，LKB1的低表達(dá)能夠促進(jìn)腫瘤的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，提高肺癌的分期，提示不良預(yù)后。生存素基因(Survivin)是抑制細(xì)胞凋亡基因，LKB1的低表達(dá)和Survivin的高表達(dá)可能與肺癌的發(fā)生、轉(zhuǎn)移有關(guān)；LKB1有利于輔助診斷肺癌的臨床分期；而Survivin更利用在區(qū)分腫瘤病理類型和分化程度[18]。Liang等[19]以肺腺癌細(xì)胞株A549為研究對象，通過LKB1基因轉(zhuǎn)染至A549肺癌細(xì)胞后，發(fā)現(xiàn)LKB1的高表達(dá)通過降低轉(zhuǎn)錄因子SP1的表達(dá)導(dǎo)致VEGF的表達(dá)下調(diào)，從而抑制肺癌細(xì)胞的侵襲能力。另一項(xiàng)研究以大細(xì)胞肺癌細(xì)胞株95D為研究對象，通過建立沉默LKB1細(xì)胞模型，認(rèn)為LKB1表達(dá)下調(diào)促進(jìn)肺癌細(xì)胞的增殖活性，但對肺癌細(xì)胞的凋亡影響不明顯[20]。Safe等[21]研究也證實(shí)，LKB1突變所致的功能缺失，導(dǎo)致了SP1和VEGF表達(dá)水平的升高，促進(jìn)肺癌新生血管形成，從而促進(jìn)了腫瘤的轉(zhuǎn)移；同時(shí)，LKB1在低轉(zhuǎn)移性的大細(xì)胞肺癌中表達(dá)較高，而在高轉(zhuǎn)移性的肺腺癌細(xì)胞中表達(dá)較低。

3.2LKB1與胃癌李利義等[22]通過研究LKB1和VEGF-C在70例人胃癌組織中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)LKB1在胃癌組織中的表達(dá)顯著低于正常組織；VEGF-C在胃癌組織中的表達(dá)顯著高于正常組織，LKB1表達(dá)與VEGF-C表達(dá)呈顯著負(fù)相關(guān)；胃癌組織中LKBI和VEGF-C的表達(dá)水平與腫瘤的組織分化程度、腫瘤浸潤深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及TNM分期顯著相關(guān)(P<0.05)。徐新宇等[23]通過檢測115例胃癌組織、20例正常胃組織中LKB1和P53的表達(dá)證實(shí)：胃癌組織中LKB1及P53表達(dá)具有負(fù)相關(guān)性，LKB1和P53在胃癌組織中的表達(dá)程度與胃癌的TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、Lauren分型及預(yù)后有關(guān)(P<0.05)；LKB1和P53通過調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的增殖、分化和凋亡，調(diào)控胃癌的發(fā)生、發(fā)展。孫俊杰[24]分別應(yīng)用熒光定量 PCR檢測胃癌高分細(xì)胞株 MKN-28、低分化細(xì)胞株MKN-45、正常人胃上皮細(xì)胞GES-1的 mRNA和蛋白表達(dá)情況,以及實(shí)時(shí)熒光定量PCR方法檢測155例胃癌患者和95例正常胃組織的石蠟標(biāo)本，結(jié)果證明：LKB1的表達(dá)與胃癌的組織分化程度、TNM臨床分期明顯相關(guān)，提示LKB1mRNA低表達(dá)可能胃癌預(yù)后不良。3.3LKB1與乳腺癌有研究報(bào)道認(rèn)為在乳腺癌中同樣存在著LKB1的缺失、突變。沈贊等[25]分別通過構(gòu)建LKB1表達(dá)質(zhì)粒，轉(zhuǎn)染至該基因低表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞株MDA-MB-435細(xì)胞中，并檢測LKB1在121例乳腺癌手術(shù)標(biāo)本的表達(dá)，認(rèn)為轉(zhuǎn)入該基因能顯著抑制乳腺癌的生長，其抑制作用與P21介導(dǎo)的G1期細(xì)胞阻滯相關(guān)，并且LKB1與乳腺癌的預(yù)后差顯著相關(guān)。莊志剛等[26]應(yīng)用RNA干擾技術(shù)建立LKB1沉默乳腺癌細(xì)胞模型，發(fā)現(xiàn)LKB1沉默后乳腺癌細(xì)胞增殖明顯加快，表明LKB1的表達(dá)下調(diào)對乳腺癌細(xì)胞的惡性生物學(xué)行為具有促進(jìn)作用。進(jìn)一步應(yīng)用LKB1轉(zhuǎn)染的MDA-MB-435乳腺癌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染后的腫瘤細(xì)胞中基質(zhì)金屬蛋白酶2，9(MMP-2、MMP-9)和VEGF、堿性成纖維細(xì)胞生長因子(b-FGF)的表達(dá)下降，MMP是血管生成最初的調(diào)節(jié)因子，VEGF被證實(shí)在乳腺癌有較高表達(dá)，提示LKB1可能降低乳腺癌細(xì)胞的血管生成能力[27]。繼續(xù)通過組織芯片及免疫組織化學(xué)法對180例乳腺浸潤性導(dǎo)管癌、18例導(dǎo)管原位癌及20例正常乳腺組織中 LKBI、細(xì)胞角蛋白56(CK56)和P53 等基因的表達(dá)進(jìn)行檢測，證明LKBl與乳腺浸潤性導(dǎo)管癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈負(fù)相關(guān)，提示LKB1對乳腺癌的浸潤與轉(zhuǎn)移過程有抑制作用[28]。以上研究表明，LKB1與乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展以及乳腺癌的分化、轉(zhuǎn)移關(guān)系密切。

3.4LKB1與其他腫瘤有學(xué)者將LKB1過表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染至人胰腺癌細(xì)胞ASPC-1，并與空載體及LKB1過表達(dá)的細(xì)胞株相比較，發(fā)現(xiàn)LKB1可能通過磷酸化激活A(yù)MPK信號(hào)通路抑制人胰腺癌細(xì)胞ASPC-1的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，降低細(xì)胞遷移侵襲能力[29]。Gu等[30]通過對食管癌的研究發(fā)現(xiàn)：LKB1蛋白在食管癌組織中的表達(dá)下降，而且LKB1的低表達(dá)與食管鱗癌的浸潤、轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。黃約翰等[31]研究證實(shí)LKB1的表達(dá)與肝細(xì)胞性肝癌的分化程度，TNM分期，門靜脈侵襲有關(guān)(P<0.05)。LKB1陽性表達(dá)的肝細(xì)胞性肝癌患者生存時(shí)間比陰性表達(dá)的顯著延長(P<0.05)。

4　結(jié)語和前景

LKB1作為一個(gè)重要的抑癌基因參與的信號(hào)通路和調(diào)節(jié)靶點(diǎn)被逐漸發(fā)現(xiàn)和分析，但是目前對LKB1的研究還處于起步階段，其生物學(xué)功能、LKB1相關(guān)蛋白的相互作用以及蛋白的磷酸化作用尚未得到全面的揭示。應(yīng)用不斷更新的生物醫(yī)學(xué)技術(shù)和方法，并結(jié)合現(xiàn)有的科研成果以及臨床樣本分析，相信對LKB1抑癌機(jī)制的研究會(huì)不斷加深，LKB1作為抑癌基因中的一員，可能為基因治療腫瘤提供一個(gè)重要的選擇。

[1]Green AS, Chapuis N, Lacombe C, et al. LKB1/AMPK/mTOR signaling pathway in hematological malignancies: from metabolism to cancer cell biology[J]. Cell Cycle, 2011,10(13):2115-2120.

[2]Feng Y, Wang Y, Wang Z, et al. The CRTC1-NEDD9 signaling axis mediates lung cancer progression caused by LKB1 loss[J]. Cancer Res, 2012,72(24):6502-6511.

[3]Osoegawa A, Kometani T, Nosaki K, et al．LKBl mutations frequently detected in mucinous bronchioloalveolar carcinoma[J]．Jpn J Clin Oncol, 2011, 41(9):1132-1137.

[4]Van Veelen W, Korsse SE, van de Laar L, et al. The long and winding road to rational treatment of cancer associated with LKB1，AMPK/TSC/mTORCl signaling[J]．Oncogene, 2011, 30(20):2289-2303.

[5]Mehellou Y, Alessi DR, Macartney TJ, et al.Structural insights into the activation of MST3 by MO25[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2013,431(3): 604-609.

[6]EkmanS，Wynes MW，Hirsch FR. The mTOR pathway in lung cancer and implications for therapy and biomarker analysis[J]. Thorac Oncol, 2012,7(6)：947-953.

[7]Grewe M, Gansauge F, Schmid RM, et al. Regulation of cell growth and cyclin D1 expression by the constitutively active FPAP-p70s6K pathway in human pancreatic cancer cells[J].Cancer Res, 1999,59(15):3581-8587.

[8]Nanjundan M, Byers LA, Carey MS, et al. Proteomic profiling identifies pathways dysregulated in non-small cell lung cancer and an inverse association of AMPK and adhesion pathways with recurrence[J]. Thorac Oncol, 2010, 5(12):1894-1904．

[9]Gwinn DM, Shackelford DB, Egan DF, et al. AMPK phosphorylation of raptor mediates a metabolic checkpoint[J]. Mol Cell, 2008, 30(2):214-226.

[10]Tanwar PS, Kaneko arui T, Zhang L, et al. Altered LKB1/AMPK/TSC1/TSC2/mTOR signaling causes disruption of Sertoli cell polarity and spermatogenesis[J]. Hum Mol Genet, 2012, 21(20):4394-4405.

[11]Chan CH, Jo U. Posttranslational regulation of Akt in human cancer[J]．Cell Biosci, 2014,4(1):59-67.

[12]Boudeau J, Sapkota G, Alessi DR. LKBl, a protein kinase regulating cell proliferation and polarity[J]. FEBS Lett, 2003, 546(1):159-165．

[13]Jimenez AI, Fernandez P, Dominguez O, et al. Growth and molecular profile of lung cancer cells expressing ectopic LKBl：down-regulation of the phosphatidylinositol 3"-phosphate kinase/PTEN pathway[J]. Cancer Res, 2003, 63(6):1382-1388．

[14]Shorning BY, Griffiths D, Clarke AR. Lkb1 and Ptensynergise to suppress mTOR-mediated tumorigenesis and epithelial-mesenchymal transition in the mouse bladder[J]. PLoS One, 2011, 6(1):e16209.

[15]Gill RK, Yang SH, Meerzaman D, et al．Frequent homozygous deletion of the LKB1/STK11 gene in non-small cell lung cancer[J]．Oncogene, 2011, 30(35):3784-3791.

[16]田勝國, 董景珍, 于錦萍，等. LKB1和VEGFR在不同分期非小細(xì)胞肺癌中的表達(dá)[J].臨床肺科雜志，2014,19(10): 1883-1884.

[17]王國臣,李作生,侯靜樸,等. LKB1和VEGFR2評價(jià)肺腺癌預(yù)后的意義[J]. 臨床肺科雜志,2013,18(6):1096-1097.

[18]池菲, 張新, 才虹美，等. LKB1在非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的表達(dá)及其與Survinin相關(guān)性的研究[J].臨床和實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志,2016,15(10):972-975.

[19]Liang X，Li ZL，Jiang LL，et al．Suppression of lung cancer cell invasion by Lkb1 is due to the downregulation of tissue factor and vascular endothelial growth factor，partly dependent on SP1[J]．Int J Oncol, 2014, 44(6):1989-1997.

[20]梁璇,南克俊, 徐勤技，等. 絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1基因沉默對肺癌細(xì)胞生物學(xué)行為的影響[J].南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27(9): 1303-1306.

[21]Safe S, Abdelrahim M．Sp transcription factor family and its role in cancer[J]．Eur J Cancer, 2005,41(16):2438-2448.

[22]李利義，羅越，周玲玲，等. 胃癌組織中LKBl和VEGF-C的表達(dá)及其意義[J]. 醫(yī)學(xué)研究雜志，2015，44(9):81-84.

[23]徐新宇，夏雷莫，莫伏根，等.肝激酶B1和p53在胃癌組織中的表達(dá)及其臨床意義[J].腫瘤研究與臨床，2014,26(7):451-453.

[24]孫俊杰. 肝激酶B1(LKB1)mRNA 表達(dá)與胃癌預(yù)后的相關(guān)性研究[J].世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘，2014,14(35):11-14.

[25]沈贊, 吳晴，岳麓，等. 抑癌基因LKB1在乳腺癌組織中的表達(dá)及其臨床意義[J].中華醫(yī)學(xué)雜志，2005,85(1):15-18.

[26]莊志剛，蔣蓓琦，李正東，等. LKBl基因沉默對乳腺癌細(xì)胞生物學(xué)行為的影響[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版), 2010,31(6):11-12.

[27]莊志剛, 狄根紅,侯意，等. LKBl基因與乳腺癌細(xì)胞侵襲性相關(guān)因子的研究[J]. 中華醫(yī)學(xué)雜志，2007,87(2):81-84.

[28]莊志剛，賀其志，蔣蓓琦，等.LKBl基因在不同基因亞型乳腺癌中表達(dá)的意義[J].現(xiàn)代腫瘤醫(yī)學(xué)，2010,18(12):2363-2366.

[29]張志強(qiáng), 王梓瑛, 王曉舟，等.LKB1 對胰腺癌細(xì)胞遷移侵襲及上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響及機(jī)制研究[J].實(shí)用癌癥雜志，2016,31(3):362-365.

[30]Gu Y, Lin S, Li JL, et al. Altered LKB1/CREB-regulated transcription co-activator(CRTC)signaling axis promotes esophageal cancer cell migration and invasion[J]. Oncogene,2012,31(4):469-479．

[31]黃約翰，何彬，李鵬，等.LKB1在肝細(xì)胞癌中的表達(dá)及其對預(yù)后的影響[J].肝膽胰外科雜志，2013,25(6):467-470.

(本文編輯：黃攸生)

1. 200052上海，解放軍85醫(yī)院口腔科； 2. 100048北京，解放軍海軍總醫(yī)院肝膽外科

陳貴敏，E-mail：chengm196009@sina.com

R730.2;Q754

A

10.3969/j.issn.1672-271X.2016.04.022

2016-06-12；

2016-06-24)

引用格式：柏書博,王敬晗,陳貴敏.抑癌基因LKB1與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展[J].東南國防醫(yī)藥，2016,18(4):408-410,414.