TRB 3在代謝障礙與腫瘤間的橋梁作用

張葉飛，李楊，錢波，徐敏,3#

1南京醫(yī)科大學(xué)上海市第一人民醫(yī)院消化科，上海200080

2南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)鏡中心，南京210000

3上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院消化科，上海2000800

Tribbles同源蛋白 3（tribble homolog 3，TRB3）是一種哺乳動物三聚體同系物，最初在黑腹果蠅中被發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為是一種調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化和凋亡的進(jìn)化保守蛋白[1]。TRB3位于第20號染色體（20p13-p12.2），編碼358個氨基酸，相對分子質(zhì)量約為65 kD[2]。蛋白序列分析顯示，TRB3蛋白有3個有功能的超2級結(jié)構(gòu)，即中心激酶樣結(jié)構(gòu)域，結(jié)構(gòu)域具有不同功能的N端和C端蛋白。分子機(jī)制研究顯示，TRB3過度表達(dá)，可以通過加強(qiáng)蛋白酶的水解調(diào)控細(xì)胞周期，在細(xì)胞的增殖和分化中起關(guān)鍵作用[3-5]。TRB3與代謝障礙、腫瘤之間存在重要的聯(lián)系。

1 TRB3與代謝障礙

當(dāng)人體內(nèi)的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等物質(zhì)發(fā)生代謝紊亂時，會出現(xiàn)高血糖、高血壓、高尿酸血癥、血脂異常等代謝性疾病，這一系列癥候群即為代謝綜合征。眾所周知，代謝綜合征是心血管疾病和腫瘤等的重要危險因素。研究認(rèn)為，胰島素受體功能失調(diào)和胰腺β細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激所導(dǎo)致的胰島素抵抗是代謝綜合征發(fā)生的重要因素[6]。

葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 4（glucose transporter 4，GLUT4）表達(dá)于對胰島素敏感的肌細(xì)胞和脂肪細(xì)胞中，是鑲嵌于細(xì)胞膜內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的載體蛋白。GLUT4在基礎(chǔ)狀態(tài)下儲存在細(xì)胞囊泡中，胰島素信號的刺激使其易位到細(xì)胞膜上，進(jìn)而轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖進(jìn)入肌細(xì)胞和脂肪細(xì)胞內(nèi)并儲存起來。胰島素受體激活下游的磷脂酰肌醇-3-羥激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）后釋放磷脂酰肌醇 3，4，5-三磷酸（phosphatidylinositol 3，4，5-bisphosphate，PIP3），使蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB/AKT）磷酸化后被激活[7]。AKT激活多種下游的細(xì)胞生物學(xué)過程，例如葡萄糖代謝及細(xì)胞的增殖、遷移、凋亡[8-9]。AKT的磷酸化進(jìn)一步引起下游的GLUT4從細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞外易位，從而增強(qiáng)細(xì)胞對葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)功能。而TRB3在PI3K/AKT信號通路中的主要靶點是AKT，其主要作用是抑制AKT的2個關(guān)鍵位點thr308和ser473的磷酸化，從而抑制AKT對下游基因GSK3的磷酸化，導(dǎo)致GLUT4從細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞外的易位水平降低，細(xì)胞對葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)功能減弱[10]。TRB3作為AKT活性的負(fù)調(diào)節(jié)劑的第1個證據(jù)由Du等[2]于2003年發(fā)現(xiàn)。該研究表明，TRB3在空腹條件下在肝臟中被誘導(dǎo)表達(dá)，TRB3通過直接結(jié)合AKT并阻斷激酶激活而破壞胰島素信號傳導(dǎo)；實驗中db/db糖尿病小鼠與野生型小鼠相比，肝臟中TRB3 RNA和蛋白質(zhì)的相對分子質(zhì)量明顯增加。因此，TRB3通過干擾AKT激活，有助于2型糖尿病易感性的個體產(chǎn)生胰島素抵抗。TRB3的AKT抑制作用還可以阻斷胰島素誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞釋放一氧化氮和抑制環(huán)鳥苷酸（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）的產(chǎn)生、基礎(chǔ)平滑肌細(xì)胞的松弛，在糖尿病小鼠中TRB3的沉默可以抑制動脈粥樣硬化和穩(wěn)定斑塊[11]。

蛋白水解系統(tǒng)可以識別和破壞錯誤折疊或損傷的蛋白質(zhì)，在包括細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)和第二信使的信號通路轉(zhuǎn)導(dǎo)在內(nèi)的基本細(xì)胞生物學(xué)過程中是必需的。盡管在生理條件下內(nèi)環(huán)境是可以保持平衡的，但當(dāng)未折疊和錯誤折疊的蛋白質(zhì)積累時，平衡受到嚴(yán)重的影響[12]。細(xì)胞發(fā)生代謝障礙（如缺氧和缺少營養(yǎng)物質(zhì)等）會導(dǎo)致未折疊蛋白和錯誤折疊蛋白的積累。因此，一種稱為未折疊蛋白反應(yīng)（unfolded protein response，UPR）的自適應(yīng)信號通路在經(jīng)歷應(yīng)激的細(xì)胞中被啟動，進(jìn)而重建蛋白質(zhì)平衡[13]。當(dāng)細(xì)胞不能維持UPR時內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)被破壞，程序性細(xì)胞死亡被啟動。TRB3在調(diào)節(jié)細(xì)胞維持UPR并促進(jìn)體內(nèi)蛋白質(zhì)平衡或向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)展，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡的過程中具有關(guān)鍵的作用[14]。蛋白毒性應(yīng)激后3條UPR途徑被啟動，包括轉(zhuǎn)錄激活因子 6（activating transcription factor 6，ATF6）途徑、肌醇需要酶1（inositol-requiring enzyme 1，IRE1）途徑和PERK途徑[15-16]。UPR的前2條途徑主要具有促進(jìn)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的功能，而第3條途徑負(fù)責(zé)控制細(xì)胞的應(yīng)激適應(yīng)和應(yīng)激敏感性，直接參與從UPR到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的進(jìn)展[16-17]。第3條途徑主要刺激產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄激活因子4（activating transcription factor 4，ATF4）和CHOP轉(zhuǎn)錄因子，這兩種因子均可以上調(diào)TRB3基因的表達(dá)，TRB3也可以調(diào)節(jié)自身的降解以及CHOP和ATF4的降解。延長ERS、ATF4和CHOP積累時間，TRB3過度表達(dá)，并且通過其他蛋白質(zhì)和TRB3介導(dǎo)的AKT抑制，進(jìn)一步增加胰島素抵抗。因此，TRB3表達(dá)的精確調(diào)節(jié)及其下游效應(yīng)對胰島素抵抗和糖尿病的進(jìn)展具有重要的作用。

2 TRB3與腫瘤

TRB3的過度表達(dá)在肺癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌和卵巢癌腫瘤模型中均被發(fā)現(xiàn)[18]。Wennemers等[19]在247例乳腺癌患者的腫瘤組織中測量TRB3mRNA表達(dá)，結(jié)合臨床病理報告和臨床結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)TRB3表達(dá)與乳腺癌患者預(yù)后有關(guān)。Miyoshi等[20]對22例源自人胃腸腫瘤的細(xì)胞系進(jìn)行基因檢測，共有20個（90.9%）腫瘤細(xì)胞株有TRB3基因表達(dá)。手術(shù)標(biāo)本的評估表明腫瘤組織中該基因表達(dá)水平高于邊緣非腫瘤組織。TRB3表達(dá)高的患者易患胃腸道腫瘤并易復(fù)發(fā)，并且總體生存情況比TRB3表達(dá)低的患者差（P＜0.05）。2013年，Zhou等[21]證實，TRB3的表達(dá)在非小細(xì)胞肺癌（nonsmall cell lung carcinoma，NSCLC）中上調(diào)，與腫瘤轉(zhuǎn)移、疾病復(fù)發(fā)、患者生存狀況差相關(guān)。在侵襲性肺癌細(xì)胞系中敲除TRB3基因，可明顯抑制體外侵襲和細(xì)胞增殖，以及體內(nèi)轉(zhuǎn)移和腫瘤生長。因此，TRB3與腫瘤有密切的關(guān)系。

2013年，Izrailit等[22]利用高通量激酶抑制藥篩選識別notch激活因子，對51個乳腺癌細(xì)胞株的基因組進(jìn)行基因集合富集分析，顯示MAPK-ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是主要的Jagged1（JAG1）/notch調(diào)節(jié)因子。已經(jīng)有研究提出TRB3是MAPK-ERK信號通路的重要調(diào)節(jié)因子[23]。

實驗已經(jīng)證明，notch配體JAG1的表達(dá)和notch的活化預(yù)示乳腺癌的預(yù)后不良[24]。Hua等[25]稱TRB3是TGF-β-SMAD3信號通路的正調(diào)控因子。該研究證明了TRB3的表達(dá)增強(qiáng)SMAD3的轉(zhuǎn)錄活性，而敲除內(nèi)源性TRB3會降低SMAD3的轉(zhuǎn)錄活性。TRB3的激酶樣結(jié)構(gòu)域可以與SMAD3相互作用，調(diào)節(jié)SMAD3的轉(zhuǎn)錄活性。此外，TGF-β1的刺激或SMAD3的過表達(dá)增強(qiáng)了TRB3啟動子的活性和表達(dá)，表明在TGF-β-SMAD3與TRB3之間存在正反饋調(diào)節(jié)。SMAD3的MH2結(jié)構(gòu)域與TRB3的相互作用還可以促進(jìn)SMAD3的核定位。

這些研究結(jié)果表明，TRB3對MAPK-ERK、JAG1/notch及TGF-β這些重要的腫瘤信號通路均有調(diào)控作用。

3 代謝障礙與腫瘤

代謝綜合征的主要始發(fā)因素是肥胖，肥胖可以誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生胰島素抵抗；同時代謝綜合征的核心環(huán)節(jié)就是胰島素抵抗，繼而機(jī)體出現(xiàn)葡萄糖耐受不良、血脂異常、高血壓等一系列癥候群。代謝綜合征與不同惡性腫瘤的發(fā)病率和病死率增加有關(guān)[26]。

1995年，Steenland等[27]發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者發(fā)生結(jié)腸癌、直腸癌和前列腺癌的風(fēng)險高出健康人39%。2002年，國際癌癥研究機(jī)構(gòu)（International Agency for Research on Cancer，IARC）利用流行病學(xué)、臨床和實驗數(shù)據(jù)評估體重與腫瘤的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌、絕經(jīng)后乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、腎癌和食道腺癌可以通過避免體重增加來預(yù)防[28]。自IARC報告以來，許多觀察性研究調(diào)查了肥胖與腫瘤的關(guān)系。2007年，Reeves等[29]報道了英國的一項大型前瞻性隊列研究（百萬婦女研究），評估了體重指數(shù)（body mass index，BMI）與腫瘤發(fā)病率、病死率的關(guān)系。該研究結(jié)果與IARC調(diào)查一致，BMI增加與絕經(jīng)后乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、腎癌和食道腺癌的發(fā)病率增加有關(guān)[29]。同時，該研究還提到，BMI增加也與白血病、多發(fā)性骨髓瘤、非霍奇金淋巴瘤、胰腺癌和卵巢癌的風(fēng)險升高明顯相關(guān)[29]。2016年，Hope等[30]報道，高BMI的患者罹患侵襲性胰腺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、直腸癌的風(fēng)險高，并且與非糖尿病個體相比，多個關(guān)于糖尿病患者的Meta分析顯示高BMI的腫瘤患者病死率更高。2015年，Casadei Gardini等[31]評估了在索拉非尼治療期間接受與未接受二甲雙胍治療晚期肝細(xì)胞癌患者的療效，結(jié)果顯示聯(lián)合二甲雙胍治療可以提高合并糖尿病的晚期肝細(xì)胞癌患者的療效。

4 TRB3連接代謝障礙與腫瘤

TRB3參與了人和嚙齒類動物的肝臟、骨骼肌、胰島細(xì)胞的胰島素抵抗。Du等[2]的實驗表明，db/db糖尿病小鼠肝臟中TRB3mRNA和蛋白水平明顯高于野生型小鼠；轉(zhuǎn)染TRB3腺病毒后的小鼠出現(xiàn)糖耐量受損和胰島素抵抗。因此，TRB3與糖代謝異常有重要的聯(lián)系。另外，當(dāng)細(xì)胞發(fā)生代謝障礙（如缺氧和缺少營養(yǎng)物質(zhì)等）時，大量的未折疊或錯誤折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)積聚，進(jìn)而出現(xiàn)UPR，該過程也伴隨TRB3表達(dá)上調(diào)。TRB3表達(dá)與代謝障礙息息相關(guān)。

TRB3對腫瘤信號通路TGF-β、MAPK-ERK和JAG1/notch途徑有著重要的調(diào)節(jié)作用。TRB3通過與SMAD3作用，在TGF-β信號調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。TGF-β1在腫瘤進(jìn)展中也起著非常重要的作用，TGF-β1水平的增加可以促進(jìn)腫瘤的侵襲。Kiss-Toth等[32]的研究表明，TRB3可以控制MAPK激酶激活的程度和特異性。大多數(shù)細(xì)胞內(nèi)存在MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，該通路將細(xì)胞外刺激信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞核內(nèi)，不僅與腫瘤細(xì)胞的增殖、分化有關(guān)，還與腫瘤細(xì)胞的凋亡、癌變等病理過程有緊密的關(guān)系。TRB3也是notch的調(diào)節(jié)因子，活化的notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和notch靶基因的生長促進(jìn)作用經(jīng)常見于侵襲性腫瘤細(xì)胞中。在侵襲性乳腺癌細(xì)胞中，高通量激酶抑制藥篩選結(jié)果顯示，TRB3和TGF-β均是notch的調(diào)節(jié)劑。因此，TRB3在代謝障礙與腫瘤之間起到了橋梁作用。

5 小結(jié)和展望

TRB3在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化和代謝中具有多種作用，是感測、整合和響應(yīng)多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵因子。TRB3是多個細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之間的轉(zhuǎn)換因子，其作用取決于應(yīng)激刺激的持續(xù)時間和量級。在代謝性疾病向腫瘤進(jìn)展的過程中，TRB3作為關(guān)鍵因子被識別，TRB3靶向藥物的應(yīng)用，為腫瘤的診斷和治療提供了新的方向。

全面了解TRB3對不同的細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)及實現(xiàn)其相關(guān)功能非常重要。此外，研究表明該家族的另外兩個成員（TRB1和TRB2）也可以調(diào)節(jié)多個信號通路[33]。然而這些哺乳動物的TRB蛋白在調(diào)節(jié)細(xì)胞功能中具有復(fù)雜的交互作用，因此可能找到更加精確的治療靶點。充分的證據(jù)表明，TRB3在代謝疾病和侵襲性腫瘤中具有重要的作用。正常細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞對感知、應(yīng)對環(huán)境應(yīng)激能力的差異，可能成為腫瘤治療的新方向。TRB3激活藥ABTL0812的發(fā)現(xiàn)為該方向研究提供了重要的動力。更多的以TRB3為中心的研究可能對阻斷代謝性疾病與腫瘤的關(guān)聯(lián)提供新的策略。