抑癌基因PTEN的研究進(jìn)展

孫健瑋 鄭立民

[摘要]抑癌基因PTEN具有雙重特異性磷酸酶活性，其表達(dá)缺失可見于多種散發(fā)性腫瘤。PTEN基因主要通過對過磷脂酰肌醇3激酶（Pl3K）/蛋白激酶B（AKT）和絲裂原激活蛋白激酶（MAPK）等信號通路平衡的調(diào)節(jié)發(fā)揮抑癌機制。轉(zhuǎn)錄前（如基因突變、甲基化、表達(dá)缺失）以及轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控是PTEN基因表達(dá)的重要影響因素。本文就PTEN基因結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能、與信號通路作用機制及其調(diào)控的研究進(jìn)展作一綜述。

[關(guān)鍵詞]PTEN；基因；腫瘤；進(jìn)展

[中圖分類號] R737.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-4721（2019）5（a）-0019-04

[Abstract] The tumor suppressor gene PTEN has dual specific phosphatase activity， and its expression loss can be found in a variety of sporadic tumors. The PTEN gene acts as a tumor suppressor by regulating the balance of signaling pathways such as phosphatidylinositol 3 kinase （Pl3K） /protein kinase B （AKT） and mitogen activated protein kinase （MAPK）. The regulation and control on pre-transcription （such as gene mutation， methylation and loss of expression） and transcriptional level and post-transcription are important factors in the expression of PTEN. This review summarizes the research progress of PTEN′s gene structure， biological function， mechanism on signal pathway and the regulation.

[Key words] PTEN； Gene； Tumor； Progress

張力蛋白同源的第10號染色體缺失的磷酸酶（phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten，PTEN），即PTEN基因，是繼p53以后被發(fā)現(xiàn)的一個具有雙重特異性磷酸酶活性的抑癌基因。過磷脂酰肌醇3激酶（Pl3K）/蛋白激酶B（AKT）和絲裂原激活蛋白激酶（MAPK）信號通路的平衡是PTEN基因主要調(diào)控的關(guān)鍵，繼而通過細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期阻滯、細(xì)胞遷移等發(fā)揮抑癌功能。PTEN基因的甲基化、突變、缺失以及轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等因素導(dǎo)致的PTEN表達(dá)水平降低或丟失，與多種惡性腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)[1]，PTEN基因已成為多種惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展機制研究中的關(guān)注點。

1 PTEN基因及其蛋白的結(jié)構(gòu)

PTEN基因全長200 kb，具有9個外顯子和8個內(nèi)含子，其cDNA5′端富含ATG和多個CGG重復(fù)序列，是甲基化的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。PTEN基因第5外顯子的編碼蛋白具有雙特異性磷酸酶功能，與蛋白質(zhì)絲氨酸/蘇氨酸酶和蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶催化中心同源的結(jié)構(gòu)位于第122～132位氨基酸序列，該區(qū)域的突變將直接影響PTEN蛋白的脂質(zhì)磷酸酶活性。PTEN蛋白氨基端與神經(jīng)突觸泡轉(zhuǎn)運相關(guān)蛋白auxilin以及細(xì)胞骨架蛋白中的張力蛋白tensin高度同源，與細(xì)胞周期蛋白Cdc14以及絲/蘇氨酸激酶GAK不同程度同源。PTEN序列高度保守，但也同時存在PTEN相關(guān)基因如PTENR1和TPTE以及假基因PTENP1[2]，在腫瘤發(fā)生發(fā)展中所發(fā)揮的作用有待進(jìn)一步研究。

PTEN蛋白定位于細(xì)胞漿，其N端功能區(qū)可促進(jìn)酪氨酸、絲氨酸/蘇氨酸的殘基脫磷酸化，參與細(xì)胞生長調(diào)節(jié)，并影響腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移、侵襲、血管發(fā)生等過程，最終發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)胞生長的作用。C端則由50個氨基酸組成的羧基端區(qū)域和一個與脂質(zhì)結(jié)合的C2區(qū)域構(gòu)成，促進(jìn)和介導(dǎo)重要的細(xì)胞內(nèi)過程，如第二信使的產(chǎn)生、膜運輸、GTPase活化、蛋白磷酸化調(diào)控等。PTEN蛋白的羧基端區(qū)域富含絲/蘇氨酸殘基的PEST結(jié)構(gòu)域序列通過CK2的磷酸化有助于蛋白的折疊而確保PTEN蛋白的穩(wěn)定性和與細(xì)胞膜的錨定作用，完成信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)以及PTEN在細(xì)胞膜上的移位，進(jìn)而調(diào)節(jié)自身酶的活性、參與PTEN蛋白穩(wěn)定性的維持。

2 PTEN基因的生物學(xué)功能

2.1調(diào)控細(xì)胞周期，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡

PTEN基因編碼產(chǎn)物特異性誘導(dǎo)細(xì)胞周期素依賴激酶（CDKs）抑制因子p21、p27和p51參與細(xì)胞周期的調(diào)控。其中，p21干擾DNA復(fù)制導(dǎo)致細(xì)胞G1晚期停滯，p27和p51抑制細(xì)胞周期蛋白（cyclin）中的cyclinA/CDK2、cyclinE/CDK2和cyclins/CDK誘導(dǎo)細(xì)胞周期的阻滯。與此同時，PTEN蛋白可降解cyclinD1阻滯細(xì)胞周期的進(jìn)程，也可通過拮抗AKT信號通路增強BAD和forkhead活性、抑制核轉(zhuǎn)錄因子（NF-κB）活性以及激活半胱天冬酶3（caspase-3）和半胱天冬酶8（caspase-8）誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或增強細(xì)胞對凋亡刺激作用的敏感性[3-4]。

2.2抑制細(xì)胞的黏附與侵襲

PTEN蛋白通過粘著斑激酶（FAK）和Shc的去磷酸化而選擇性抑制整合蛋白和生長因子介導(dǎo)的細(xì)胞黏附和遷移，并通過NF-κB和AP-1下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶2/9（MMP-2/9）抑制腫瘤細(xì)胞的浸潤和轉(zhuǎn)移[5]。

2.3抑制新生血管的形成

PTEN蛋白可抑制血小板源性生長因子（PDGF）刺激所致的血管平滑肌細(xì)胞的生長與增殖從而調(diào)控非腫瘤性的血管新生[6]，也可通過多種途徑改變血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）、血管生成素（Ang）、缺氧誘導(dǎo)因子1α（HIF-1α）和環(huán)氧合酶2（Cox-2）等多種血管生成因子的表達(dá)而抑制腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖[7]，對Pl3K/AKT信號通路中AKT的調(diào)控也具有抑制腫瘤新生血管生成的作用[8]。

2.4對腫瘤藥物耐藥性的調(diào)控

PTEN蛋白對天冬氨酸蛋白水解酶和B淋巴細(xì)胞瘤-2基因的調(diào)節(jié)進(jìn)而影響抗腫瘤藥物如順鉑的作用[9]，也可調(diào)控多藥耐藥相關(guān)蛋白1（MRP-1）的表達(dá)導(dǎo)致抗腫瘤藥物以及糖皮質(zhì)激素的耐藥[10]。此外，分布與細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運蛋白多藥耐藥有關(guān)蛋白ABC（ATP-binding cassette）超家族也可能成為PTEN蛋白進(jìn)行抗腫瘤藥耐藥調(diào)節(jié)的關(guān)鍵點[11]。

3 PTEN基因的作用機制

3.1 Pl3K/AKT信號通路

PTEN基因編碼蛋白主要通過肌醇-3磷酸酶活性催化PIP3轉(zhuǎn)化為PIP2繼而負(fù)調(diào)控AKT，也可經(jīng)由Pl3K/AKT通路內(nèi)部或與其他信號通路（如MAPK）間的相互作用等機制對Pl3K/AKT信號通路進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而經(jīng)由mTOR影響mRNA逆轉(zhuǎn)錄、p21/p27抑制細(xì)胞周期蛋白cyclin D1-CDK復(fù)合物形成、抑制GSK3β激酶活性阻礙細(xì)胞周期蛋白cyclinD1降解等誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯，促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)程，導(dǎo)致細(xì)胞異常增殖[12]。促進(jìn)抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)、調(diào)節(jié)FoxO家族并活化原癌蛋白NF-κB、抑制細(xì)胞色素C釋放并激活caspase家族，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的抑制[13]。通過金屬基質(zhì)酶MMP、經(jīng)由NF-κB的肌動蛋白細(xì)絲重構(gòu)以及E鈣黏素的調(diào)節(jié)對細(xì)胞遷移和侵襲發(fā)揮作用[14]。

3.2 MAPK信號通路

PTEN基因的表達(dá)可選擇性地抑制胞外信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激酶ERK1/2的活化、抑制SH2包含蛋白Shc和Ras的磷酸化以及相關(guān)聯(lián)局部突觸的形成和細(xì)胞擴散；負(fù)調(diào)控Raf1的磷酸化水平[15]；促進(jìn)PIP3的去磷酸化抑制下游信號蛋白ERK1/2的轉(zhuǎn)導(dǎo)、調(diào)節(jié)胰島素受體-1（IRS-1）磷酸化水平而抑制IRS-1/Grb/SOS復(fù)合物形成并下調(diào)MAPK（ERK1/2）磷酸化進(jìn)而減少細(xì)胞周期蛋白cyclinD1的表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞周期的阻滯以及細(xì)胞分化的抑制[3]。也可通過JNK/SAPK途徑介導(dǎo)前凋亡蛋白參與抗凋亡、細(xì)胞增生以及炎癥反應(yīng)[16]。此外，PTEN蛋白可抑制ERK1/2對肌漿球蛋白磷酸化和肌漿球蛋白輕鏈酶（MLCK）活性導(dǎo)致細(xì)胞運動降低而影響腫瘤細(xì)胞的侵襲能力[17]。p38/MAPK則通過直接或間接活化caspase家族成員誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，或通過磷酸化p53、參與FAS-FasL介導(dǎo)或直接作用于抗凋亡蛋白Bc1-2家族成員而誘發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡[18]。在促進(jìn)腫瘤新生血管形成方面，主要借VEGF、堿性纖維母細(xì)胞生長因子（bFGF）、表皮生長因子（EGF）、白介素-6（IL-6）和其他促血管形成因子的調(diào)控發(fā)揮重要作用[19]。

3.3 FAK/p130cas信號通路

PTEN蛋白可抑制FAK活性并降低p130cas的磷酸化水平而抑制細(xì)胞生長、細(xì)胞遷移和浸潤，抑制生長因子結(jié)合蛋白2（Grb2）以及隨后的MAPK的級聯(lián)反應(yīng)[20]。

3.4其他信號通路

PTEN蛋白能抑制PIP3以及AKT的活性進(jìn)而抑制p53蛋白的降解，并與p53形成復(fù)合物抵抗蛋白酶體的降解并延長p53的半衰期，通過細(xì)胞周期的負(fù)調(diào)控實現(xiàn)生長抑制或細(xì)胞凋亡[21]。此外，細(xì)胞周期蛋白既是多個信號通路的生物學(xué)效應(yīng)點，也是PTEN蛋白的重要作用環(huán)節(jié)之一。PTEN蛋白通過上述信號通路也可直接誘導(dǎo)細(xì)胞周期依賴性激酶（CDK）調(diào)控細(xì)胞周期。PTEN基因的表達(dá)導(dǎo)致CDK失活、底物pRb去磷酸化并與轉(zhuǎn)錄因子E2F結(jié)合，進(jìn)而抑制細(xì)胞的增殖[22]。

4 PTEN基因表達(dá)的調(diào)控

4.1轉(zhuǎn)錄前的調(diào)控

PTEN基因突變類型包括突變（無義突變、錯義突變、移碼突變）、缺失和插入以及拼接體突變等，以第5外顯子的磷酸酯合成酶核心基序列以及第7、8外顯子的磷酸化酶區(qū)這三個重要的功能區(qū)為主。其中，第5和第6外顯子多發(fā)生錯義突變，第7外顯子多發(fā)生無義突變，而移碼突變則頻繁出現(xiàn)在多腺苷尾（A）的第6、7外顯子特別是第8外顯子。此外，PTEN基因雜合性缺失、啟動子區(qū)的高度甲基化改變以及微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（microsatellite instability，MSI）所導(dǎo)致的腫瘤基因組遺傳不穩(wěn)定等，可能是PTEN基因表達(dá)缺失的重要機制[23-24]。

4.2轉(zhuǎn)錄中的調(diào)控

PTEN基因的轉(zhuǎn)錄過程受多因素調(diào)控，其中通過轉(zhuǎn)錄環(huán)節(jié)上調(diào)其表達(dá)的包括p53、EGR1、過氧化物酶增殖體激活受體（PPARγ）、轉(zhuǎn)錄因子GRHL-3等，而下調(diào)其表達(dá)的因素則有SNAIL、c-JUN以及NF-κB；而MYC和CBF-1因子結(jié)合具有活性的NOTCH1對PTEN基因的轉(zhuǎn)錄可進(jìn)行雙向調(diào)控[25]。

4.3轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控

PTEN基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控主要集中在微小RNA（miRNA）的研究。miR-29b通過對轉(zhuǎn)錄因子Spl（specificity protein 1）的靶向錨定調(diào)控PTEN/AKT信號通路進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移和侵襲[26]。多項實驗研究表明，miR-21、miR-22、miR-24以及miR-106b-25均可直接或間接作用于PTEN基因并負(fù)調(diào)控其表達(dá)從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長[27-28]。活化的ERK、致癌基因MYC與miRNA中miR-19、miR-25的相互關(guān)聯(lián)也將通過PTEN基因表達(dá)的調(diào)控影響腫瘤細(xì)胞的生長[29]。miRNA作為假PTEN基因1（PTENP1）的靶目標(biāo)通過延長PTEN miRNA半衰期而達(dá)到增加PTEN表達(dá)量的目的[30]。除miRNA以外，PTEN基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控還可見于直接或間接發(fā)生于功能活性區(qū)的磷酸化、乙?；头核鼗瑥墓δ苌蠈TEN基因進(jìn)行負(fù)調(diào)控。

5展望

PTEN基因及其相關(guān)的信號通路作用機制已成為腫瘤病因?qū)W研究的熱點。隨著PTEN基因基本結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能以及相關(guān)作用機制研究的深入，將為腫瘤的診斷與治療提供更多分子生物學(xué)的理論基礎(chǔ)，PTEN基因信號通路的進(jìn)一步研究也將為腫瘤在基因水平上的診治提供更多全新的思路和依據(jù)。

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（收稿日期：2018-11-05 本文編輯：任秀蘭）