Pin1促進(jìn)腫瘤發(fā)展相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展

歐潔 ，吳紅艷 *

（三峽大學(xué)1醫(yī)學(xué)院 免疫系，2感染與損傷研究所，宜昌443002）

脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶1（peptidyl-prolyl cis-trans isomerase NIMA-interacting 1，Pin1）是腫瘤中關(guān)鍵的信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白，普遍在侵襲性腫瘤中高表達(dá)，并與腫瘤的發(fā)展和預(yù)后密切相關(guān)[1-3]。因此，Pin1促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的相關(guān)機(jī)制成為腫瘤防治的重要研究領(lǐng)域。

1 Pin1在腫瘤中的基本特征

Pin1是含有N末端WW結(jié)構(gòu)域和C末端PPIase結(jié)構(gòu)域的雙結(jié)構(gòu)域小蛋白，主要通過(guò)WW和PPIase結(jié)構(gòu)域參與含P Ser/Thr-Pro底物的識(shí)別與結(jié)合和異構(gòu)化P Ser/Thr-Pro酰胺鍵，引起蛋白質(zhì)磷酸化并參與細(xì)胞代謝和增殖分化等多種信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)節(jié)，廣泛參與器官發(fā)育和代謝的調(diào)節(jié)[4]。Pin1定位在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核，主要依靠絲氨酸磷酸化在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間穿梭而達(dá)到快速的平衡[4]，但是其在腫瘤細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間的表達(dá)量與平衡機(jī)制出現(xiàn)異常，表現(xiàn)為Pin1高表達(dá)并且在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間的分布具有一定的特異性，比如Pin1在肝癌中主要集中于細(xì)胞核，而在結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）中主要偏向于在細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)[5,6]等，但其中的機(jī)制大多為信號(hào)通路誘導(dǎo)的Pin1在細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核之間的穿梭，目前尚未系統(tǒng)闡述不同腫瘤中Pin1在不同的亞細(xì)胞部位表達(dá)的量和機(jī)制。

2 Pin1促進(jìn)腫瘤進(jìn)展

2.1 Pin1亞細(xì)胞定位與腫瘤進(jìn)展

Pin1在不同的亞細(xì)胞定位表達(dá)對(duì)腫瘤的影響和預(yù)后不盡相同。Pyo J等統(tǒng)計(jì)了臨床265位CRC患者癌組織的Pin1在細(xì)胞中不同亞細(xì)胞定位表達(dá)與患者預(yù)后的情況，其中51.7%的CRC組織中Pin1表達(dá)于細(xì)胞質(zhì)，26.8%在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核表達(dá)。在血管侵犯和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的患者中，細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)Pin1的患者具有更高比例，表現(xiàn)出Pin1在細(xì)胞質(zhì)的表達(dá)與CRC患者的預(yù)后呈負(fù)相關(guān)性；并且，在細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)Pin1時(shí)，細(xì)胞核中同時(shí)具有Pin1表達(dá)的患者預(yù)后更差。但是在沒(méi)有細(xì)胞質(zhì)Pin1表達(dá)的患者中，細(xì)胞核中無(wú)論P(yáng)in1表達(dá)與否，患者的預(yù)后并沒(méi)有差異[5]；由此說(shuō)明Pin1在不同的腫瘤細(xì)胞亞定位表達(dá)與腫瘤的進(jìn)展具有一定的相關(guān)性，但是目前缺乏更多關(guān)于Pin1在不同腫瘤的臨床患者的腫瘤細(xì)胞中亞細(xì)胞定位表達(dá)的差異與預(yù)后和腫瘤進(jìn)展的關(guān)系。雖然，目前也有部分關(guān)于Pin1輔助核異位的研究以及籠統(tǒng)的細(xì)胞內(nèi)Pin1表達(dá)的研究[7]，但大多也只是關(guān)于部分分子機(jī)制轉(zhuǎn)運(yùn)的研究，缺乏具體統(tǒng)計(jì)Pin1在不同腫瘤中的不同亞細(xì)胞定位和表達(dá)量的差異。

2.2 Pin1與腫瘤耐藥性

在腫瘤中，Pin1的表達(dá)與腫瘤（比如HeLa細(xì)胞、Huh-7細(xì)胞和乳腺癌細(xì)胞等）耐藥程度呈正相關(guān)。在抗微管蛋白藥物的抗性中，Pin1參與多種機(jī)制誘導(dǎo)的腫瘤耐藥，比如通過(guò)Cdk1-LATS(large tumor suppressor, LATS)-Pin1信號(hào)軸、抑制miRNA的成熟和Wnt/β-連環(huán)蛋白通路等?？鼓[瘤藥物的刺激使得在腫瘤耐藥中起關(guān)鍵作用的LATS表達(dá)增加并被細(xì)胞內(nèi)的Cdk1通過(guò)與細(xì)胞周期蛋白B（cyclin B）結(jié)合而磷酸化LATS上識(shí)別和結(jié)合Pin1所必需的S157、S342、T349、S598和S1027位點(diǎn)，從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞耐藥；雖然沒(méi)有明確Pin1與LATS引起腫瘤抗藥作用的具體下游信號(hào)通路，但是在下調(diào)Pin1表達(dá)時(shí)，LATS的誘導(dǎo)藥物抗性作用消失，說(shuō)明Pin1是Cdk1-LATS-Pin1信號(hào)軸中誘導(dǎo)耐藥所必需[8]。在肝癌細(xì)胞核內(nèi)，Pin1的pS-P基序特異性識(shí)別ERK在T345、S416和S497磷酸化的出口蛋白-5（exportin-5，XPO5），并改變XPO5的螺旋結(jié)構(gòu)，減少XPO5的pre-miRNA裝載量，進(jìn)一步減少pre-miRNA從細(xì)胞核至細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而全面抑制pre-miRNA的成熟。其中miR-122的表達(dá)抑制能上調(diào)胞裂蛋白9（Septin-9），Septin-9引起支架微管相關(guān)蛋白（MAP）和微管親和調(diào)節(jié)激酶（MARK）增加微管動(dòng)力學(xué)[9]；另外，Pin1通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)叉頭盒蛋白M1（forkhead box protein M1，F(xiàn)oxM1）的表達(dá)，進(jìn)而增加Wnt下游信號(hào)β-連環(huán)蛋白和FoxM1的下游靶基因細(xì)胞周期蛋白D1（ cyclin D1）和原癌基因（c-myc）的蛋白表達(dá)等，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞對(duì)抗微管蛋白藥物的抗性，并且Pin1的表達(dá)與細(xì)胞耐藥性呈正相關(guān)性[10]。Pin1能通過(guò)自身的半胱氨酸113與甾體內(nèi)脂抗腫瘤藥物withaferin A（WA）的共價(jià)相互作用，減弱cyclin B1的穩(wěn)定，增加促凋亡胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白（glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase，IGFBP）（包括IGFBP-3，IGFBP-4，IGFBP-5和IGFBP-6），使得由WA暴露導(dǎo)致的MCF-7細(xì)胞有絲分裂停滯消除、減弱細(xì)胞G2/M期細(xì)胞周期停滯和減少細(xì)胞的凋亡，從而逆轉(zhuǎn)WA引起的細(xì)胞凋亡[11]；Pin1還能與R-2-羥基戊二酸（R-2HG）誘導(dǎo)的活性氧（reactive oxygen species，ROS）依賴性ERK活化的磷酸化p65結(jié)合和相互作用，增加p65蛋白穩(wěn)定性從而增加骨髓StromaNKtert細(xì)胞中環(huán)氧合酶（cyclooxygenase-2, COX-2）、白介素-6（interleukin-6, IL-6）、白細(xì)胞介素-8 (interleukin-8,IL-8)和血管細(xì)胞粘附分子1（vascular cell adhesion molecule 1, VCAM-1）mRNA，降低腫瘤細(xì)胞對(duì)舒尼替尼的敏感性[12]；Pin1參與表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor, EGFR）突變型肺癌組織的EMT（epithelial-mesenchymal transition），并獲得對(duì)酪氨酸激酶抑制劑的抗性等[13]。因此，Pin1參與廣泛的信號(hào)調(diào)節(jié)參與腫瘤耐藥，并處于耐藥信號(hào)調(diào)節(jié)的中心點(diǎn)。但是Pin1引起耐藥的下游信號(hào)調(diào)節(jié)仍未闡明，以上這些機(jī)制是否具有腫瘤特異性等還有待進(jìn)一步研究。

2.3 Pin1與病毒感染相關(guān)腫瘤

Pin1在病毒感染相關(guān)的腫瘤（比如鼻咽癌和肝癌等）發(fā)展中起到一定的促進(jìn)作用。Xu M等人的研究發(fā)現(xiàn)在鼻咽癌（nasopharyngeal carcinoma, NPC）中，EB病毒（Epstein-Barr virus，EBV）相關(guān)的NPC細(xì)胞中Pin1過(guò)表達(dá)，這種現(xiàn)象在EBV陰性的NPC上皮細(xì)胞中并沒(méi)有出現(xiàn)；在進(jìn)一步的檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，在NP69細(xì)胞系中Pin1通過(guò)MAPK/JNK（mitogen-activated protein kinase，MAPK）/（c-Jun N-terminal kinase，JNK）信號(hào)傳導(dǎo)途徑誘導(dǎo)細(xì)胞中的c-Jun和磷酸化-c-Jun（Ser63和Ser73）的上調(diào)進(jìn)而增加cyclin D1的表達(dá)[14]；而cyclin D1過(guò)表達(dá)的細(xì)胞中具有較高水平的潛伏EBV基因（EBER1 / 2和EBNA1）mRNA轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)，并且cyclin D1能有效抑制由EBV感染引起的癌前期NPC細(xì)胞的衰老和凋亡[15]。在肝癌中，Pin1識(shí)別和結(jié)合于由細(xì)胞核中CDK4介導(dǎo)Ser249磷酸化的p53-RS（p53-R249S）并介導(dǎo)p53-RS核轉(zhuǎn)運(yùn)；進(jìn)入細(xì)胞核的p53-RS與c-Myc的相互作用使其獲得新的功能。該作用給予c-Myc免受FBW7（F-box and WD repeat domain-containing 7）介導(dǎo)蛋白水解的保護(hù)而保持穩(wěn)定性和增加核內(nèi)轉(zhuǎn)錄翻譯，進(jìn)而通過(guò)c-Myc驅(qū)動(dòng)的核糖體生物合成和促進(jìn)細(xì)胞存活，參與誘導(dǎo)HBV感染的腫瘤細(xì)胞增殖和存活能力；這種作用在部分檢測(cè)HBV陽(yáng)性的患者中都存在p53-RS和Pin1的高表達(dá)進(jìn)一步證實(shí)[7]。但是以上的研究主要關(guān)于Pin1與病毒感染之間存在的相關(guān)性，以及如何參與信號(hào)調(diào)控從而維持和增加被病毒感染的腫瘤細(xì)胞的活性之間的間接作用，并沒(méi)有明確地證明病毒是否具有啟動(dòng)Pin1表達(dá)，或者Pin1調(diào)節(jié)何種具體機(jī)制促使病毒感染和對(duì)免疫殺傷的抵抗等。

2.4 Pin1與腫瘤代謝

大部分的腫瘤通過(guò)糖酵解快速產(chǎn)生所需能量，并通過(guò)乳酸發(fā)酵作用深度利用能量，這種作用稱為腫瘤特異性Warburg效應(yīng)[16]。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中，缺氧通過(guò)激活細(xì)胞質(zhì)中的EGFR活化ERK1/2，ERK1/2與磷酸甘油酸激酶1（phosphoglycerate kinase 1，PGK1）的V278 / I280 / L282的對(duì)接基序結(jié)合，并介導(dǎo)PGK1 S203磷酸化；之后，Pin1識(shí)別磷酸化的PGK1并依賴性順式-反式異構(gòu)化PGK1 pS203/ P204基序，從而暴露含有R39 / K41殘基的線粒體靶向信號(hào)使得轉(zhuǎn)運(yùn)體TOM復(fù)合物識(shí)別PGK1，促進(jìn)PGK1進(jìn)入線粒體。線粒體中的PGK1直接與PDHK1上的T338相互作用并磷酸化PDHK1。該磷酸化增強(qiáng)PDHK1活性和PDHK1介導(dǎo)的PDH磷酸化，導(dǎo)致PDH依賴性丙酮酸利用和線粒體中ROS產(chǎn)生的抑制以及丙酮酸和乳酸在胞質(zhì)產(chǎn)生增加，從而促進(jìn)缺氧條件下的腫瘤細(xì)胞增殖[17]。另外， Pin1在胞質(zhì)中結(jié)合于由EGFR激活誘導(dǎo)的ERK磷酸化的PKM2 S37，導(dǎo)致PKM2順式-反式構(gòu)象變化，誘導(dǎo)PKM2 S37核定位信號(hào)暴露和結(jié)合于輸入蛋白importin α5并引起核移位[28]。隨后細(xì)胞核內(nèi)的雙特異性磷酸酶Cdc25A（cell division cycle 25）去磷酸化PKM2 pS37，PKM2的去磷酸化誘導(dǎo)β-連環(huán)蛋白反式激活，增強(qiáng)葡萄糖消耗、乳酸產(chǎn)生和細(xì)胞增殖[18]。因此，Pin1對(duì)腫瘤在缺氧條件下促進(jìn)腫瘤細(xì)胞克服缺氧和營(yíng)養(yǎng)不足中做出一定的貢獻(xiàn)。目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要證明Pin1參與糖酵解相關(guān)蛋白的線粒體定位的方式，間接促進(jìn)糖酵解，它是否能直接作用于糖酵解，或者通過(guò)其他途徑進(jìn)入線粒體起作用等還不清楚。

2.5 Pin1與G蛋白偶聯(lián)受體激酶2促腫瘤進(jìn)展

在某些特定的乳腺癌細(xì)胞系中，比如T47D和MCF7細(xì)胞中，過(guò)表達(dá)的G蛋白偶聯(lián)受體激酶2（G-protein-coupled receptor kinase 2，GRK2）與Pin1的表達(dá)和乙?；收嚓P(guān)。在這些細(xì)胞系中，它們通過(guò)自身的雌激素受體，如EGFR（MDAMB468）和HER2，響應(yīng)雌激素的刺激從而促進(jìn)GRK2的表達(dá)和活化；在未轉(zhuǎn)化的MCF10A（或184B5）細(xì)胞中，活化的GRK2促進(jìn)有絲分裂進(jìn)入標(biāo)志物pHis3以及Pin1（乳腺癌中HER2和ER介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑）的水平顯著增加。同時(shí)，ERK1/2通過(guò)EGFR誘導(dǎo)GRK2上S6K磷酸化介導(dǎo)GRK2與組蛋白去乙酰化酶6（histone deacetylase 6，HDAC6）結(jié)合和磷酸化；GRK2-HDAC6模塊通過(guò)觸發(fā)Pin1的乙?；饕稽c(diǎn)賴氨酸46殘基的去乙?；瘉?lái)刺激Pin1去乙?；蚉in1與HDAC6的內(nèi)源性締合；去乙?；腜in1正向調(diào)節(jié)其它下游因子的蛋白質(zhì)水平，比如cyclin D1，進(jìn)而增加GRK2促進(jìn)正常血清條件下MCF7和MDA-MB-231轉(zhuǎn)化細(xì)胞的生長(zhǎng)速率和對(duì)抗腫瘤藥物的能力。在檢測(cè)的部分臨床患者中，有41%的患者組織中GRK2高表達(dá)，并且GRK2的表達(dá)與Pin1呈正相關(guān)，而其中80%來(lái)自原發(fā)性腫瘤[19]。這進(jìn)一步說(shuō)明Pin1在GRK2促進(jìn)腫瘤進(jìn)展中起到一定的作用，但是Pin1是否參與GEK2誘導(dǎo)的原發(fā)性腫瘤的發(fā)生目前還不清楚。GEK2只是絲氨酸/色氨酸蛋白激酶家族中的一個(gè)成員，Pin1在其它腫瘤中如何參與GEK2促進(jìn)腫瘤進(jìn)展等還有待研究。

2.6 Pin1-HIF-1α和Notch3相互作用與腫瘤進(jìn)展

缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia inducible factor-1a,HIF-1a）為腫瘤微環(huán)境中常見(jiàn)的由缺氧誘導(dǎo)的促腫瘤發(fā)展先關(guān)蛋白質(zhì)，它與Pin1之間存在以磷酸化的方式相互作用共同誘導(dǎo)腫瘤的惡化的作用。Hyeong-jun等人證明的在人結(jié)腸癌（HCT116）細(xì)胞中Pin1通過(guò)與Ser641和Ser643磷酸化的HIF-1α在細(xì)胞核直接結(jié)合，穩(wěn)定HIF-1α進(jìn)而增加轉(zhuǎn)錄活性上調(diào)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)[20]。當(dāng)然，基于HIF-1α在腫瘤中參與多種途徑誘導(dǎo)腫瘤的進(jìn)展，包括誘導(dǎo)腫瘤耐藥和引起腫瘤難以根治的血管生成擬態(tài)、參與腫瘤相關(guān)淋巴細(xì)胞的調(diào)節(jié)和參與腫瘤代謝等[21,22]。其中值得注意的是腫瘤相關(guān)的淋巴細(xì)胞，因Pin1能夠結(jié)合于在Ser / Thr-Pro基序中發(fā)生磷酸化的Notch3蛋白從而通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（N3IC）蛋白表達(dá)，進(jìn)一步增加基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP9）mRNA的表達(dá)，從而有效促進(jìn)急性T淋巴細(xì)胞白血病的侵襲性[23]；目前也有研究證明Pin1與Notch3之間存在作用通路[24]。因此，Pin1、HIF-1α和Notch3之間是否存在共同的機(jī)制作用于腫瘤相關(guān)的淋巴細(xì)胞，還有待進(jìn)一步研究。針對(duì)HIF-1α參與途徑的廣泛性和常見(jiàn)性，Pin1與HIF-1α之間的作用通路具有一定的潛在臨床應(yīng)用研究?jī)r(jià)值。

2.7 其他

在鼻咽癌中，Pin1參與在體外和體內(nèi)激活轉(zhuǎn)錄因子1（ATF1）的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)。Pin1與ATF1呈正性相關(guān)，通過(guò)與Thr184磷酸化的ATF1直接相互作用從而穩(wěn)定ATF1蛋白和增加其轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而增加ATF1的下游產(chǎn)物Bcl-2的表達(dá)，從而促進(jìn)NPC的集落形成[25]。在食管癌中高表達(dá)的Pin1與低表達(dá)miR-370的相互作用促進(jìn)腫瘤直徑增加、分化差、腫瘤侵襲和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)[26]。CDK2介導(dǎo)的Smad3磷酸化促進(jìn)Pin1-Smad3相互作用，導(dǎo)致Smad3蛋白酶體降解而增加致瘤性和促轉(zhuǎn)移性的Smad3 /TGFβ通路活性[27]；Pin1在Eμ-myc轉(zhuǎn)基因模型中參與Myc驅(qū)動(dòng)的B細(xì)胞淋巴瘤形成中起關(guān)鍵作用[28]，以及PIN1促進(jìn)鋅指蛋白1豐度，從而有助于Hedgehog信號(hào)的正調(diào)節(jié)而驅(qū)動(dòng)神經(jīng)管細(xì)胞腫瘤發(fā)生[29]等。因此，PIN1涉及廣泛的信號(hào)調(diào)節(jié)通路，但是其中的機(jī)制仍不清楚。

3 問(wèn)題與展望

Pin1常作為腫瘤信號(hào)調(diào)節(jié)通路的中間傳遞因子，介導(dǎo)和放大促腫瘤信號(hào)的調(diào)節(jié)作用。但是，其中的下游信號(hào)調(diào)控通路仍待闡明；各個(gè)信號(hào)通路之間是通過(guò)何種機(jī)制促使Pin1的表達(dá)增加，其具體的分子機(jī)制仍未闡明；另外，Pin1在不同的亞細(xì)胞定位中表達(dá)對(duì)腫瘤患者預(yù)后中的作用，進(jìn)一步的研究其機(jī)制并有效平衡Pin1在不同亞細(xì)胞定位表達(dá)，可能是控制腫瘤惡化的重要方式。目前也有人認(rèn)為Pin1有利于抑制腫瘤，比如在P53缺失的細(xì)胞中，Pin1特異性結(jié)合P-糖蛋白（P-gp）（一種ATP驅(qū)動(dòng)的外排泵）基因的陽(yáng)性轉(zhuǎn)錄因子FOXO3（forkhead box O3）并使其去穩(wěn)定化，降低P-gp的細(xì)胞內(nèi)水平并減少細(xì)胞將基因毒性藥物泵出，從而增加腫瘤細(xì)胞對(duì)抗腫瘤藥物的敏感性[30]。因此， Pin1過(guò)表達(dá)是起到抑制還是促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的機(jī)制仍存爭(zhēng)議；并且Pin1的表達(dá)量在促進(jìn)腫瘤進(jìn)展和抑制腫瘤上是否存在一個(gè)量點(diǎn)等還有待進(jìn)一步證實(shí)。目前針對(duì)Pin1的抑制劑研究也取得一定的進(jìn)步，但是臨床使用還存在一定的限制。盡管如此，基于以上Pin1對(duì)腫瘤的促進(jìn)作用機(jī)制，有效阻斷Pin1活性將存在一定的腫瘤防治意義。