Rab蛋白及其對膠質(zhì)瘤的作用

葛 劍，王 龍，劉寶輝 綜述 聶善化 審校

細胞生命活動的實現(xiàn)依賴于生物膜體系，主要通過生物膜的動態(tài)變化調(diào)控能量轉(zhuǎn)換、信號識別及物質(zhì)運輸?shù)葘崿F(xiàn)基本的生命過程。通過細胞膜的動態(tài)變化進行平衡，體內(nèi)各類蛋白質(zhì)在各種細胞之間不斷轉(zhuǎn)運，準確到達發(fā)揮功能的位置，保證人體各項生理功能正常運轉(zhuǎn)[1，2]。囊泡運輸是體內(nèi)蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運的方式[3]。近來研究表明，Rab 蛋白對囊泡的形成、轉(zhuǎn)運、錨定及融合進行精確調(diào)控，起到了分子開關(guān)的作用[4]，所以囊泡運輸?shù)母鳝h(huán)節(jié)都至關(guān)重要。Rab蛋白是屬于Ras超家族成員的小GTP酶，也叫小G蛋白。Ras于1982年被發(fā)現(xiàn)[5]，是人類發(fā)現(xiàn)的第一個原癌基因，其對許多細胞生理過程的調(diào)控有很大的影響[6]，與人類腫瘤的發(fā)病也密切相關(guān)。越來越多的研究表明， Rab參與了人類多種腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，在膠質(zhì)瘤中作用尤為重要。現(xiàn)就Rab蛋白與膠質(zhì)瘤的關(guān)系進行綜述。

1 Rab蛋白

Rab蛋白在進化上是保守的，幾乎在所有的真核生物中存在。大概由200個氨基酸組成，相對分子量為20 000～30 000。Rab蛋白結(jié)構(gòu)含G結(jié)構(gòu)域和N端與C端，G結(jié)構(gòu)域高度保守，N端與C端高度可變。G結(jié)構(gòu)域包含 6個β片、5 個α螺旋及5個多肽環(huán)，存在兩個分子開關(guān)，是Rab 蛋白與效應(yīng)分子相互作用的位點。1983 年Novick 等發(fā)現(xiàn)首個Rab蛋白，Rab蛋白最初是在酵母中發(fā)現(xiàn)Rab 蛋白，目前在人體中有超過70個Rab 蛋白被發(fā)現(xiàn)[6]。在真核細胞中，幾乎所有細胞膜相關(guān)的細胞器中，都有Rab的存在，遍及細胞內(nèi)各類細胞器和運輸囊泡，其主要功能是調(diào)節(jié)囊泡運輸[7-9]。Rab參與蛋白胞吐、胞吞的運輸過程，該過程主要以囊泡運輸?shù)姆绞竭M行。

Rab蛋白最主要的功能是調(diào)控細胞內(nèi)吞，使細胞膜再循環(huán)及增加其的分泌途徑[10]。GTP酶相關(guān)的Ras 超家族有個共同的特點，就是作為GTP的分子開關(guān)。Rab蛋白與其他Ras 超家族成員一樣，活性受到鳥甘酸激活蛋白(GTPase activating protein，GAPs)and鳥苷酸交換因子(GDP/GTP exchange factor，GEFs)調(diào)控[11]。GAPs含有 Tre2-Bub2-Cdc16 (TBC)結(jié)構(gòu)域，TBC結(jié)構(gòu)域可以使Rab蛋白失活，某些GAPs 作用于特定的Rab蛋白，而有的GAPs可以作用于多個Rab蛋白。如TBC1D4使Rab2A、Rab8、Rab10和Rab14失活，而TBC1D30只能失活Rab8。GAPs也與其他亞家族的小GTPase相互作用，從而介導(dǎo)不同GTPases之間的信號傳遞。GEF可以使Rab激活，GEF被分解成幾個具有特定域特征的組，例如，Sec2p域、Denn域或Vps9p域激活的過程包括Ypt32/Rab11招募Sec2/Rabin8 到細胞膜，進一步激活 Sec4/Rab8。Denn結(jié)構(gòu)域激活Rab9、Rab10、Rab27、Rab28、Rab35和Rab39，Vps9結(jié)構(gòu)域GEFs激活Rab5、Rab21和Rab24。在GEF調(diào)節(jié)下，GTP 替代 GDP，激活Rab 蛋白。激活的Rab 蛋白插入到細胞器的膜上，召集下游效應(yīng)蛋白，調(diào)控囊泡轉(zhuǎn)運[12]。在完成囊泡轉(zhuǎn)運調(diào)控后，在GAP的作用下，GTP 被水解成 GDP，Rab 蛋白失活。Rab與其效應(yīng)因子相互作用，不斷發(fā)揮囊泡調(diào)控的作用[13]，起到了囊泡運輸分子開關(guān)的作用。Rab蛋白在所有真核生物細胞中都有，在人體細胞中的分布也非常廣泛，絕大多數(shù)細胞器中都含有多種 Rab 蛋白，以維持細胞器膜的完整性和蛋白轉(zhuǎn)運的連續(xù)性。Rab及其效應(yīng)因子具有多樣的特點，決定了其在多種生物學(xué)功能上的重要作用。考慮到Rab對膜轉(zhuǎn)運的重要性及膜轉(zhuǎn)運對人體正常生理功能運轉(zhuǎn)的重要性，當Rab蛋白表達異常、與GTP/ GDP結(jié)合障礙、與下游效應(yīng)因子結(jié)合異常等任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常，囊泡調(diào)節(jié)的動態(tài)平衡便被打破，物質(zhì)的運輸出現(xiàn)錯誤，由細胞膜介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)通路出現(xiàn)障礙，從而導(dǎo)致疾病的發(fā)生[14]。

2 對膠質(zhì)瘤的作用

RAS屬于細胞內(nèi)信號傳導(dǎo)蛋白類原癌基因，在大多數(shù)人類細胞中都表達，且具有組織特異性。RAS基因廣泛參與了細胞的生長、增殖及分化，在被激活后就具有致癌性[15]。Ras基因所編碼的Ras蛋白以軟脂酸共價鍵形式固定于細胞膜的內(nèi)表面，一般處于非活化狀態(tài)，但是如果受到外界因子刺激，GDP變成GTP， Ras蛋白會發(fā)生構(gòu)象改變，呈現(xiàn)激活狀態(tài)。活化的Ras蛋白與效應(yīng)分子相互作用，可發(fā)揮其對正常生長信號的傳遞和調(diào)節(jié)功能。在接觸致癌物質(zhì)后，Ras基因發(fā)生突變，導(dǎo)致Ras蛋白處于異?；罨癄顟B(tài)，Ras蛋白不能有效分解GTP，影響細胞信號傳導(dǎo)，導(dǎo)致細胞不斷增殖，從而誘發(fā)腫瘤的發(fā)生。RAS與膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切[16]。而Rab蛋白是RAS家族中的最大亞種，其機制很可能是直接或者間接調(diào)控了細胞信號的傳導(dǎo)，并對細胞的分化、增殖、凋亡侵襲產(chǎn)生影響[17-19]，因此導(dǎo)致了膠質(zhì)瘤的發(fā)生和發(fā)展。膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展涉及細胞生長增殖及分化的調(diào)節(jié)，有多種基因參與、存在多細胞通路紊亂、細胞調(diào)亡障礙等復(fù)雜過程。近年來研究發(fā)現(xiàn)，Rab蛋白對膠質(zhì)瘤的增殖、侵襲和預(yù)后都產(chǎn)生了重要的影響[16]。

2.1 對膠質(zhì)瘤細胞增殖的影響 Rab是重要的細胞膜蛋白，許多信號通路調(diào)節(jié)因子需通過細胞膜蛋白的介導(dǎo)進入細胞內(nèi)，從而激活下游通路，對腫瘤生長進行調(diào)控。Sonic Hedgehog (Shh) 信號通路在動物胚胎發(fā)育過程中調(diào)節(jié)細胞間相互作用,Hedgehog 蛋白的表達增高，可以促進膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展[20],Rab23 是該信號通路負調(diào)控因子，研究表明Rab23 在膠質(zhì)瘤組織中的表達強度較正常組織明顯增高。同時，高級別膠質(zhì)瘤組織中 Rab23 蛋白及 mRNA 表達均明顯高于低級別膠質(zhì)瘤[21]。有學(xué)者對73例神經(jīng)膠質(zhì)瘤樣本與30例正常的腦組織樣本進行比較，發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中，Rab23的表達明顯高于正常的腦組織[22]。Rab3a的高表達使膠質(zhì)瘤細胞中的細胞周期蛋白D1表達增加，膠質(zhì)瘤細胞增殖速度加快并對抗癌藥物產(chǎn)生耐受[23]。Rab3a的過度表達增加了膠質(zhì)瘤細胞和p53 -/- 星形膠質(zhì)細胞的腫瘤球形成能力并增加了各種干細胞標記物的表達水平，表明Rab3a是一種參與膠質(zhì)瘤發(fā)生和發(fā)展的新癌基因。文獻[24]研究發(fā)現(xiàn) Rab27A 在膠質(zhì)瘤細胞中表達升高，促進膠質(zhì)瘤細胞的增殖和細胞周期改變并影響細胞凋亡，其作用機制可能是通過促進組織蛋白酶D的分泌和受miR-124的調(diào)控來發(fā)揮作用。Let-7f可以對Rab40C進行靶向調(diào)控，從而抑制膠質(zhì)瘤細胞的增殖并影響細胞周期進程[25]，表明Rab40C參與了膠質(zhì)瘤的信號傳導(dǎo)通路。敲除Rab21可抑制膠質(zhì)瘤細胞的增殖、阻滯細胞周期進程并誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤細胞凋亡，Rab21高表達的膠質(zhì)瘤患者預(yù)后差于低表達的患者[26]。近年研究發(fā)現(xiàn)，Rab21可以促進細胞表面EGFR 內(nèi)吞并促進EGFR降解，從而抑制EGF激活的MAPK信號通路[27]。文獻[28]研究報道，在膠質(zhì)瘤等中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤中，RAB27A、 RAB38等與患者臨床病理學(xué)指標及惡性表型標志物存在相關(guān)性。

2.2 對膠質(zhì)瘤細胞遷移和侵襲的影響 臨床上膠質(zhì)瘤切除率低、術(shù)后易復(fù)發(fā)，患者預(yù)后不佳，與膠質(zhì)瘤高侵襲性相關(guān)。上皮細胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)是膠質(zhì)瘤發(fā)生侵襲的重要過程。膠質(zhì)瘤細胞沿患者的腦Scherer結(jié)構(gòu)遷徙和侵襲，這些結(jié)構(gòu)包括灰質(zhì)、血管、白質(zhì)纖維束及蛛網(wǎng)膜下腔。EMT是指上皮細胞轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型的細胞生物學(xué)過程，細胞發(fā)生EMT后與周圍細胞的連接能力降低?；|(zhì)金屬蛋白酶分子家族(matrix metalloproteinases, MMPs)在腫瘤細胞向細胞外基質(zhì)侵襲的過程中起到關(guān)鍵作用[29]。MMP的分泌有助于細胞裂解基底膜遷移到遠處組織器官。其中，MMP-2、MMP-9在腫瘤細胞運動及基膜Ⅳ型膠原蛋白水解過程中發(fā)揮了重要角色。目前已發(fā)現(xiàn)多條腫瘤相關(guān)信號通路如TGFβ/Smad信號、PI3K/AKT信號、MAPK通路等均與EMT相關(guān)[30]，而Rab蛋白家族可能在其中起到重要作用。Rab21 通過癌癥相關(guān)的成纖維細胞(cancer associated fibroblast,CAF)形成的基質(zhì)膠原纖維收縮促進侵襲性鱗狀細胞轉(zhuǎn)移；雌激素受體表達陽性乳腺癌細胞中，Rab27b 可以促進 Hsp90α的分泌從而活化胞外MMP2 來促進癌細胞轉(zhuǎn)移；Rab25在卵巢癌細胞中可激活下游信號 Akt，從而促進腫瘤細胞遷移等。在對膠質(zhì)瘤遷徙和侵襲的研究中發(fā)現(xiàn)，Rab27b 在高級別的膠質(zhì)瘤細胞中表達顯著增高，并且能導(dǎo)致MMP-9的表達增加，從而提高了膠質(zhì)瘤細胞的侵襲力[31]。文獻[32]研究發(fā)現(xiàn)，Rab43在腦膠質(zhì)瘤組織中高表達，且其表達水平與病理分級相關(guān)，并影響患者預(yù)后，并且腫瘤組織中MMP-2、MMP-9表達增加。RAB22A表達在膠質(zhì)瘤細胞中也是上調(diào)的，靶向下調(diào)RAB22A的表達后，膠質(zhì)瘤細胞的增殖、侵襲與轉(zhuǎn)移能力明顯下降，顯示了RAB22A可能是膠質(zhì)瘤發(fā)病的一個癌基因[33]。Rab23被認為是轉(zhuǎn)移性或致瘤性生物標志物，因為它可以顯示在腫瘤細胞中的差異表達，并已被證明是介導(dǎo)的增殖和侵襲腫瘤細胞，其在腦膠質(zhì)瘤中表達升高，且影響患者生存預(yù)后。Rab38和Rab34在腦膠質(zhì)瘤的表達增高，并且表達越高，患者的預(yù)后越差。

總之，膠質(zhì)瘤是人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的顱內(nèi)惡性腫瘤，惡性程度極高，臨床影像學(xué)缺乏特異性[34]，也缺乏特異性的基因進行早期診斷，患者往往預(yù)后不佳。近年來，隨著對Rab蛋白研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)多種Rab蛋白影響膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展及預(yù)后，提示Rab蛋白與膠質(zhì)瘤的關(guān)系相當密切，雖然目前對Rab蛋白作用的研究取得了一些進展，但是在對膠質(zhì)瘤發(fā)生的具體機制上，還需要進一步的研究探討。我們相信，在不久的將來，Rab蛋白在膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展中的作用機制會被進一步探明，并可用于膠質(zhì)瘤早期診斷、靶向治療基因及預(yù)后判斷的指標。