P21、P27蛋白在腫瘤中的表達(dá)研究進(jìn)展

汪美容(綜述)，舒寬勇(審校)

(1.南昌大學(xué)研究生院醫(yī)學(xué)部2014級(jí)； 2.江西省婦幼保健院腫瘤科，南昌 330006)

眾所周知細(xì)胞周期由G1期、S期、G2期、M期組成，DNA的擴(kuò)增即DNA合成期(S期)之前稱為G1期，之后稱為G2期。G1/S、G2/M是細(xì)胞周期中2個(gè)重要的轉(zhuǎn)換點(diǎn)，以G1期轉(zhuǎn)換點(diǎn)更為重要，在這個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)上，細(xì)胞可進(jìn)入DNA合成期或進(jìn)入非增殖的靜息期[1]。影響G1期細(xì)胞增殖分化的調(diào)控因素中主要有細(xì)胞周期蛋白(cyclin)、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin dependent kinase,CDK)、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子(cyclin dependent kinase inhibitor,CDKI)[2]。CDKIs分為2大家族:一是特異性抑制Cyclin D-CDK4/CDK6活性的INK4家族，有P15、P16、P18和P19；二是更為廣譜的CIP/KIP家族，包括P21、P27和P57。同屬細(xì)胞周期抑制蛋白P21和P27在氨基末端的結(jié)構(gòu)及功能高度相似，都有一個(gè)保守的80個(gè)氨基酸序。Cyclin、CDK和CDKI相互作用、相互制約形成的細(xì)胞周期調(diào)控系統(tǒng)保持著一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)CDKI P21和P27及與其相關(guān)的Cyclin和CDK動(dòng)態(tài)平衡被打破，細(xì)胞就可能發(fā)生異常的增殖或生長抑制，P21和P27蛋白表達(dá)量上的異常在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中具有重要作用。有研究[3]證實(shí)P21、P27蛋白的陽性表達(dá)率同腫瘤浸潤深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，這對(duì)判斷的腫瘤進(jìn)展及患者生存預(yù)后起到一定的幫助。但P21、P27蛋白在不同細(xì)胞株或腫瘤中的表達(dá)又有不同之處。本文對(duì)P21和P27蛋白的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能及其與腫瘤的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 P21蛋白與腫瘤

1.1 P21蛋白的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能

P21基因是參與細(xì)胞周期負(fù)調(diào)控CDKI家庭中的一員，屬于細(xì)胞周期素依賴性激酶抑制因子，位于P53基因下游的第六號(hào)染色體短臂上。P21基因的表達(dá)產(chǎn)物P21蛋白于1993年11月首次克隆出，P21蛋白因其蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量為21 kDa，故又稱P21，其由164個(gè)氨基酸構(gòu)成，富含精氨酸。P21蛋白在正常細(xì)胞的存在形式為四聚體復(fù)合物，其中包括細(xì)胞周期依賴性激酶(CDK)，細(xì)胞周期素(cylin)以及增殖細(xì)胞核抗原(PCNA)[4]。P21蛋白可抑制CDK和PCNA，而P53或細(xì)胞有絲分裂原可刺激誘導(dǎo)P21轉(zhuǎn)錄，使RB蛋白的磷酸化過程受到破壞，細(xì)胞周期停滯在G1期直至受損的DNA得以修復(fù)。P21蛋白的作用與DNA損傷的發(fā)生時(shí)間有關(guān)，如發(fā)生在Gl期，P21蛋白通過抑制CDK活性而阻滯細(xì)胞進(jìn)入S期；如果發(fā)生在S期,P21則通過使PCNA失活停止DNA的合成，使細(xì)胞修復(fù)。P21cip1存在一個(gè)單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)(SNP)，核苷酸出現(xiàn)C-T改變，P21基因轉(zhuǎn)錄翻譯的蛋白也發(fā)生異常，導(dǎo)致P21蛋白低表達(dá)或過表達(dá)。

1.2 P21蛋白在腫瘤中的表達(dá)

P21蛋白的異常表達(dá)，會(huì)對(duì)Cyclin、CDK及其激酶活性調(diào)節(jié)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響細(xì)胞增殖與分化，最終導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生[5]。如劉芳芳等[6]認(rèn)為P21蛋白可抑制腫瘤，可以促進(jìn)某些腫瘤細(xì)胞的凋亡，相反P21蛋缺失白會(huì)引發(fā)腫瘤，它與腫瘤發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系。有研究[7]還表明P21與腫瘤的分化、浸潤、深度、增生和轉(zhuǎn)移有關(guān)，具有預(yù)后價(jià)值。如Cnop等[8-9]研究表明P21蛋白能夠作為一項(xiàng)判斷腫瘤的分化程度和預(yù)后好壞的參考指標(biāo)。Ficher等[10]研究發(fā)現(xiàn)P21陽性表達(dá)是頭頸鱗狀細(xì)胞癌預(yù)后較差的重要標(biāo)記物。甘偉平等[11]在結(jié)腸癌中的研究中發(fā)現(xiàn)P21在有淋巴轉(zhuǎn)移癌中表達(dá)明顯升高，可作為結(jié)腸癌等惡性腫瘤的診斷標(biāo)記物，并可作為治療靶點(diǎn)抑制腫瘤生長。在宮頸癌中的一些研究[12-15]表明P21的高表達(dá)和高危型HPV感染、淋巴轉(zhuǎn)移、宮頸病變級(jí)別的升高呈正相關(guān)，提示P21蛋白的表達(dá)增加與宮頸病變的惡性程度及侵襲性有一定關(guān)系?？墒窍嚓P(guān)研究[16-17]卻發(fā)現(xiàn)在P21被轉(zhuǎn)染入人宮頸癌Hela細(xì)胞后對(duì)宮頸癌細(xì)胞的作用是抑制的，可促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞的凋亡，這為宮頸癌的基因治療提供了方向。P21的表達(dá)在不同組織差異較大，說明P21除了受P53刺激誘導(dǎo)外，也可能受其他途徑而激活或抑制。也有學(xué)者[18]認(rèn)為這種在細(xì)胞分裂周期中促進(jìn)或抑制的雙重作用取決于細(xì)胞蛋白質(zhì)的豐度。其原因及作用機(jī)制尚未能有一個(gè)明確的答案。P21在腫瘤組織中表達(dá)的不一致證明了細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制的復(fù)雜性。

2 P27蛋白與腫瘤

2.1 P27蛋白的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能

P27kip1(kinase inhibiting protein1)也是CIP/KIP家族中的一員。P27基因定位于人染色體12p12-13.1，含2個(gè)外顯子和1個(gè)無功能外顯子及1個(gè)內(nèi)含子[19]。人類P27cDNA具有594 bp，編碼198個(gè)氨基酸，具有高度的保守性。P27kip1簡稱P27，屬于熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量為27 kDa。P27基因C端有核定位信號(hào)序列，與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)，其N端28～87位約有60個(gè)氨基酸區(qū)與CDKI家族中P21具有42%的同源性，與P57有47%的同源性。與P21不同的是P27N端有鋅指結(jié)構(gòu)，C端有Thr磷酸化位點(diǎn)，與抑制H1組蛋白磷酸化有關(guān)。P27與CyclinD-CDK4或CyclinE-CDK2復(fù)合物結(jié)合，在靜止細(xì)胞和G1期細(xì)胞中均有重要作用。P27通過抑制CDK4的第172位氨基酸和CDK2的第160位氨基酸的磷酸化過程而抑制其活性。這樣細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期的過程得到抑制，使得其分裂增殖受到影響，導(dǎo)致細(xì)胞生長周期無法正常進(jìn)行。P27 kip1第109位密碼子存在V-G的轉(zhuǎn)換，(纈氨酸向甘氨酸的改變)即氨基酸呈現(xiàn)的Vall09Gly多態(tài)性。具有此多態(tài)性的P27可能更容易降解從而使細(xì)胞周期發(fā)生異常調(diào)控導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生[20]。P27在腫瘤組織中存在量的減少或缺失但是基因卻很少突變，所以認(rèn)為P27對(duì)于細(xì)胞周期產(chǎn)生影響并不是在基因水平而是在蛋白表達(dá)水平，并且主要是通過P27的降解來實(shí)現(xiàn)。P27蛋白降解的主要機(jī)制是Skp2依耐的泛素-蛋白水解途徑[21]，也可以通過激活Ras/Raf-1/ERK的途徑使其異常定位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)行降解。細(xì)胞內(nèi)P27蛋白水解增加，含量減少，從而無法抑制CDK的作用下Rb蛋白的磷酸化，不能阻止Rb引起的核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子E2F的釋放，導(dǎo)致細(xì)胞周期失調(diào)，G1期細(xì)胞減少，S期細(xì)胞增多，DNA合成增強(qiáng)，細(xì)胞過度增生，致使腫瘤發(fā)生。

2.2 P27蛋白在腫瘤中的表達(dá)

有研究[22]表示，在良性病變及正常組織中的P27蛋白的表達(dá)明顯高于惡性，P27蛋白表達(dá)的減少將導(dǎo)致細(xì)胞的異常增生。如馬海濃等[23]報(bào)道P27在正常宮頸、CIN和宮頸癌組的陽性表達(dá)逐漸降低，高分化組明顯高于中低分化組，在無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組中表達(dá)明顯高于有淋巴轉(zhuǎn)移組。柴大敏等[24]發(fā)現(xiàn)相對(duì)正常組織喉鱗狀細(xì)胞癌中P27呈低水平表達(dá)，并且與其臨床分期和淋巴轉(zhuǎn)移相關(guān)。研究也已證明P27表達(dá)下降或缺失也發(fā)生于結(jié)腸癌、乳腺癌、胃癌、肺癌、膠質(zhì)瘤等腫瘤組織中，甚至影響預(yù)后。還有報(bào)道顯示P27低表達(dá)還與卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌等婦科惡性腫瘤有關(guān)，在宮頸癌中的P27表達(dá)明顯低于正常的宮頸組織，且與腫瘤的分化周期有關(guān)，P27可作為晚期婦科惡性腫瘤的生物學(xué)標(biāo)志物[25]。多數(shù)研究都已表明P27表達(dá)程度降低參與了惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展，但其與腫瘤病理因素、生存時(shí)間長短的相關(guān)性存在有不一致的研究。治療方面，程璽等[26]發(fā)現(xiàn)在宮頸癌的化療中，P27表達(dá)陽性者治療效果優(yōu)于表達(dá)陰性者。尤程程等[27]發(fā)現(xiàn)提高宮頸癌Hela細(xì)胞中P27基因的表達(dá)可以使細(xì)胞增殖受到抑制。P27的表達(dá)增強(qiáng)能夠促進(jìn)宮頸腫瘤細(xì)胞調(diào)亡，還能調(diào)節(jié)腫瘤耐藥性。這為腫瘤治療提供了新的想法和思路。

3 P21、P27蛋白在腫瘤中的聯(lián)合檢測

在P21和P27的聯(lián)合檢測中，Mark等[28-29]發(fā)現(xiàn)P21與P27蛋白表達(dá)呈正相關(guān)，并認(rèn)為聯(lián)合檢測P21和P27蛋白表達(dá)對(duì)卵巢癌的預(yù)后評(píng)估和指導(dǎo)治療有積極的意義。賀紅艷[30]也發(fā)現(xiàn)在喉鱗狀細(xì)胞癌中P21與P27蛋白表達(dá)起協(xié)同作用，并隨著腫瘤惡性程度的增加，表達(dá)均降低，認(rèn)為它們共同參與G1期生長限制性位點(diǎn)調(diào)控。這與劉曉姣等[31]在皮脂腺腺癌中P21、P27的研究觀點(diǎn)一致。劉宏俠等[32]研究表示喉癌復(fù)發(fā)與P27呈負(fù)相關(guān)，預(yù)后與P21呈正相關(guān)，二者聯(lián)合檢測可為早期喉癌術(shù)后復(fù)發(fā)高危患者監(jiān)測提供有價(jià)值的參考。趙楊等[33]研究發(fā)現(xiàn)P21、P27表達(dá)增強(qiáng)是宮頸病變進(jìn)展的預(yù)警信號(hào)。

4 展望

當(dāng)前腫瘤相關(guān)分子標(biāo)志物是研究熱點(diǎn)，它們與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后的關(guān)系可以用于有效評(píng)估腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)，指導(dǎo)臨床治療。雖然在不同腫瘤組織中的CDKI P21、P27蛋白與腫瘤的關(guān)系存在著的爭議甚至矛盾的結(jié)果，但P21、P27蛋白在腫瘤組織中不同于正常組織的表達(dá)及聯(lián)合檢測有助于判斷腫瘤的惡性侵襲性和為預(yù)后提供有意義的指導(dǎo)是被大部分認(rèn)同的。今后需要開展更大樣本研究，將其與細(xì)胞周期、信號(hào)通路、基因表達(dá)等結(jié)合起來分析，探討在不同腫瘤中各自發(fā)生發(fā)展的機(jī)制，為腫瘤的靶向基因治療提供參考價(jià)值。