鳥(niǎo)苷酸結(jié)合蛋白4在多種腫瘤中的作用及分子機(jī)制研究進(jìn)展

張枝倩 王娟 王偉

由于全球人口的增長(zhǎng)和老齡化，以及社會(huì)發(fā)展伴隨而來(lái)的既定危險(xiǎn)因素如環(huán)境污染、肥胖、感染等，惡性腫瘤逐漸成為危害人類(lèi)生命健康的一大頑疾，并對(duì)社會(huì)產(chǎn)生了巨大的負(fù)擔(dān)[1]。近年來(lái)，分子靶向治療基于其特異性優(yōu)勢(shì)逐漸成為抗腫瘤領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。鳥(niǎo)苷酸結(jié)合蛋白（GTP-binding proteins，GTPBP）4作為 GTPBP 家族成員之一，近年來(lái)因與某些特定腫瘤的發(fā)生、預(yù)后等密切相關(guān)而受到廣泛關(guān)注。本文將對(duì)GTPBP4基因的分子特征，及其蛋白產(chǎn)物在多種腫瘤發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中的作用和分子機(jī)制作一綜述。

1 GTPBP4簡(jiǎn)介

GTPBP又稱G蛋白，具有GTP水解酶活性，為一種分子開(kāi)關(guān)，由 α亞基（45kDa）、β 亞基（35kDa）和 γ亞基（7kDa）三個(gè)亞基組成[2-3]。其中，α亞基是決定G蛋白功能的主要亞基，具有GTP水解酶活性。G蛋白存在兩種構(gòu)象：當(dāng)與二磷酸鳥(niǎo)苷（GDP）結(jié)合時(shí)，α和βγ二聚體結(jié)合形成異源三聚體，此時(shí)G蛋白呈失活狀態(tài)；而當(dāng)一個(gè)細(xì)胞外配體與G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs）結(jié)合，受體就會(huì)改變構(gòu)象，打開(kāi)G蛋白三聚體，使α亞基與βγ二聚體解離，進(jìn)而釋放GDP，結(jié)合GTP，同時(shí)激活下游信號(hào)通路，見(jiàn)圖1[4-6]。此外，α亞基上存在內(nèi)源性GTP酶可分解GTP生成GDP，使活化的G蛋白再次失活，并與上述G蛋白的兩種構(gòu)象改變過(guò)程共同構(gòu)成G蛋白循環(huán)[4]。G蛋白在通常意義上主要分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是異三聚體G蛋白，另一類(lèi)則是小G蛋白[7-8]。GTPBP從其分子量、蛋白結(jié)構(gòu)、生物學(xué)性狀等角度比較分析發(fā)現(xiàn)不屬于上述兩大類(lèi)，但該蛋白在GTP結(jié)合區(qū)域和序列與Obg、DRG蛋白相似，故又命名為一種新的G蛋白亞家族，即ODN家族[9]。

GTPBP4又被稱為慢性腎功能衰竭基因（CRFG）、核仁G蛋白-1基因（NOG1）、神經(jīng)纖維瘤病2型（neurofibromatosis type 2，NF2）相關(guān) GTP 結(jié)合蛋白基因（NGB），是一種新的GTPase，屬于鳥(niǎo)苷酸結(jié)合蛋白家族[9-11]。人類(lèi)GTPBP4基因，主要位于細(xì)胞核內(nèi)，定位于染色體10p15-14，與核糖體60S亞基的生物合成密切相關(guān)，并可影響腎病末期患者的病勢(shì)走向[12-14]。研究顯示，GTPBP4為一種分子開(kāi)關(guān)，可調(diào)控蛋白質(zhì)合成，細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等多種生物學(xué)過(guò)程[10，15]。GTPBP4表達(dá)的蛋白產(chǎn)物還可作為中心樞紐蛋白與多種遠(yuǎn)端重塑因子和核糖體RNA序列相結(jié)合，在核糖體結(jié)構(gòu)重塑和核孔輸出中起著關(guān)鍵作用[16]。

2 GTPBP4基因在多種腫瘤中的表達(dá)變化及分子機(jī)制

2.1 GTPBP4基因在肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）中的表達(dá)及分子機(jī)制 肝癌是我國(guó)常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，又以HCC為主。研究發(fā)現(xiàn)，GTPBP4基因在HCC腫瘤組織中的表達(dá)水平明顯高于配對(duì)的癌旁組織[17]。通過(guò)RNA干擾（RNAi）等技術(shù)沉默腫瘤細(xì)胞如人肝癌HepG2細(xì)胞中GTPBP4基因的表達(dá)后發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞的增殖能力明顯下降、集落形成能力受損，細(xì)胞周期延長(zhǎng)，并停滯于G2/M期[18]。研究顯示，GTPBP4基因表達(dá)水平與HCC患者的病理分級(jí)有關(guān)[19]。此外，還發(fā)現(xiàn)GTPBP4基因的表達(dá)水平和患者預(yù)后密切相關(guān)，GTPBP4基因高表達(dá)的患者生存期較短[18]。所以GTPBP4可成為用于HCC患者病理分級(jí)、預(yù)后判斷的一個(gè)指標(biāo)，并可能成為HCC治療的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。

圖1 配體誘導(dǎo)的G蛋白活化型/非活化型構(gòu)象變化示意圖

為進(jìn)一步研究GTPBP4基因高表達(dá)促進(jìn)HCC發(fā)展進(jìn)程的作用機(jī)制，研究人員對(duì)其相關(guān)通路和下游基因表達(dá)情況做了深入分析。在通路富集分析中發(fā)現(xiàn)，GTPBP4基因的異常表達(dá)使得與腫瘤發(fā)生、細(xì)胞生存相關(guān)的ErbB信號(hào)通路有顯著改變且關(guān)系最為密切[18，20]。對(duì)一些與細(xì)胞凋亡、增殖相關(guān)的關(guān)鍵性基因如CDKN1A、CDKN1B和MDM2進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在用GTPBP4小干擾RNA重組慢病毒沉默腫瘤細(xì)胞GTPBP4基因后，CDKN1A和CDKN1B基因的表達(dá)水平增加，MDM2的表達(dá)水平降低[18]。CDKN1A受抑癌基因p53的嚴(yán)密調(diào)控，并介導(dǎo)依賴p53的細(xì)胞周期G1期阻滯，進(jìn)而引發(fā)各種應(yīng)激刺激[21]。CDKN1B則編碼結(jié)合蛋白來(lái)阻止cyclin ECDK2或cyclin D-CDK復(fù)合物的激活，從而控制細(xì)胞周期進(jìn)程[22]。而MDM2可介導(dǎo)p53/TP53泛素化，通過(guò)蛋白酶體抑制p53/TP53和p73/TP73介導(dǎo)的細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞凋亡，進(jìn)而使細(xì)胞降解[23]。此外，研究還證實(shí)了，沉默GTPBP4可在核仁未破裂的情況下引起p53的積累和激活[11]。因此，GTPBP4可能通過(guò)介導(dǎo)ErbB信號(hào)通路異常及凋亡相關(guān)基因如CDKN1A、CDKN1B、MDM2、p53等的異常表達(dá)，從而使HCC腫瘤細(xì)胞發(fā)生異常增殖，最終影響患者疾病發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后。

2.2 GTPBP4 基因在結(jié)腸癌（colon cancer，CC）中的表達(dá)及及分子機(jī)制 CC是消化系統(tǒng)好發(fā)的惡性腫瘤之一，臨床上對(duì)CC的治療多以手術(shù)聯(lián)合放化療為主，但一些患者在確診時(shí)已無(wú)手術(shù)指征，靶向基因治療有望成為CC治療的突破點(diǎn)，靶向基因檢測(cè)可以提高CC早期檢出率及準(zhǔn)確性[24]。有研究發(fā)現(xiàn)，在CC細(xì)胞株RKO中，沉默GTPBP4基因后，細(xì)胞周期顯著抑制，并停滯于S期[25]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，GTPBP4能結(jié)合p53，從而抑制p53的功能。而當(dāng)GTPBP4基因被沉默后，p53基因表達(dá)水平和轉(zhuǎn)錄活性均顯著升高，其下游靶基因p21、Hdm2和Puma mRNA的表達(dá)水平也明顯升高[11，25]。p53為重要的抑癌基因，GTPBP4為p53的負(fù)性調(diào)控因子，故而GTPBP4基因可能為促癌基因，通過(guò)調(diào)節(jié)p53信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡來(lái)促進(jìn)CC的發(fā)生、發(fā)展。

唐丹等[12]在對(duì)CC細(xì)胞株HT29的研究中，同樣發(fā)現(xiàn)了GTPBP4基因具有負(fù)向調(diào)控p53因子的功能，可使p53的抑癌功能減弱。在沉默GTPBP4基因后，發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞克隆增殖能力減低、細(xì)胞周期阻滯，凋亡率增加，p53表達(dá)上調(diào)。除此之外，還發(fā)現(xiàn)GTPBP4基因沉默后腫瘤細(xì)胞的侵襲能力減弱，Survivin蛋白表達(dá)降低。Survivin屬于凋亡抑制蛋白家族成員之一，具有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、血管生成、抗凋亡等多種功能[26]。故此，CC的發(fā)生、發(fā)展可能是GTPBP4與p53、Survivin存在相互作用的結(jié)果。

另外，有研究者發(fā)現(xiàn)，GTPBP4基因高表達(dá)可促使CC的遷移、侵襲及轉(zhuǎn)移能力增加，對(duì)應(yīng)患者預(yù)后較差，用K-M分析和多線性Cox回歸分析表明，GTPBP4基因是CC的一個(gè)獨(dú)立預(yù)后因子[27]。其中，GTPBP4誘導(dǎo)CC細(xì)胞轉(zhuǎn)移主要通過(guò)抑制RhoA信號(hào)來(lái)破壞激動(dòng)蛋白的細(xì)胞骨架，沉默GTPBP4基因則顯示可以減少裸鼠模型肺轉(zhuǎn)移灶的大小和數(shù)量，以及絲狀激動(dòng)蛋白的皮層定位。

2.3 GTPBP4 基因在胃癌（gastric cancer，GC）中的表達(dá)及分子機(jī)制 GC具有高發(fā)病率、高死亡率及高復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)[28-29]。早期診斷和治療對(duì)GC患者來(lái)說(shuō)非常重要，故尋找一種可靠的預(yù)測(cè)和治療靶點(diǎn)具有重大意義。

有研究比較了正常胃上皮細(xì)胞GES-1和4種不同的 GC 細(xì)胞：MKN-45、AGS、BGC-823 和 MGC-803 中GTPBP4基因的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)這4種GC細(xì)胞均較正常胃上皮細(xì)胞GTPBP4蛋白高表達(dá)，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[30]。將GC組織和癌旁組織進(jìn)行對(duì)比研究則發(fā)現(xiàn)，GC組織中不僅GTPBP4的表達(dá)量較癌旁組織明顯增加，更有其它20種基因如ATP1B3、MLLT11、CHN1等顯示表達(dá)量明顯增加[31]。進(jìn)一步深入分析GTPBP4基因在GC發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中的作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)GTPBP4和p53基因存在相互作用關(guān)系，即GTPBP4與p53可互相結(jié)合作用，從而抑制p53發(fā)揮其凋亡保護(hù)功能，更甚有發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)的GTPBP4可誘導(dǎo)GC細(xì)胞順鉑（cisplatin)耐藥。此外，還發(fā)現(xiàn)GTPBP4的表達(dá)水平與游離型p53及其下游因子 PTEN、CDKN1AV、TNFRSF10B、MDM2、Fas、Bax 等的表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)，與因子Bcl-2、CCND1表達(dá)呈正相關(guān)。依據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，CCND1基因可促進(jìn)細(xì)胞增殖，CCND1基因異常則可影響正常的細(xì)胞周期和增殖，是多種腫瘤發(fā)生的原因[32]。MDM2是一原癌基因，參與細(xì)胞生長(zhǎng)、抑制、凋亡等多種生物學(xué)過(guò)程，野生型p53與其存在相互反式激活循環(huán)并反饋抑制的作用，MDM2/p53之間比率平衡是維持細(xì)胞正常生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，MDM2基因異常則將導(dǎo)致細(xì)胞轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生[33-34]。Fas及其配體FasL是細(xì)胞凋亡相關(guān)的一種膜表面分子，生理狀態(tài)下在維持臟器免疫自穩(wěn)、免疫特赦等中發(fā)揮重要作用，異常表達(dá)時(shí)還與腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸和免疫耐受密切相關(guān)[35]。

因此，GC的發(fā)生、發(fā)展一部分可能是由于過(guò)表達(dá)的GTPBP4直接結(jié)合p53因子從而抑制其凋亡保護(hù)功能；也可能是作用于p53因子的下游信號(hào)通路，并通過(guò)下游相關(guān)因子來(lái)影響GC的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。

2.4 GTPBP4在乳腺癌（breast cancer，BC）中的表達(dá)及及分子機(jī)制 BC是影響女性生命健康的惡性腫瘤之一，具有高死亡率和發(fā)病率[36]。研究發(fā)現(xiàn)，在BC中以p53基因突變最為常見(jiàn)[37-39]，突變的頻率則與該BC的生化特征、組織學(xué)特性相關(guān)，并決定了其分子亞型，如三陰性BC患者p53基因的突變率為80%[40]。此外，研究發(fā)現(xiàn)p53的表達(dá)與特定型別如管腔A/B型BC和三陰性BC的無(wú)病生存期和總生存期存在對(duì)應(yīng)關(guān)系[41]，即可通過(guò)患者體內(nèi)p53含量來(lái)預(yù)測(cè)一些特定型別BC患者的預(yù)后。Lunardi等[11]對(duì)人類(lèi)p53網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行探索發(fā)現(xiàn)，BC細(xì)胞經(jīng)GTPBP4 siRNA轉(zhuǎn)染后能夠在未破壞核仁的前提下引起p53的聚集和激活，并可使p53的靶基因p21、Hdm2和Puma的表達(dá)水平升高。在對(duì)NKI、Pawitian和Miller三大數(shù)據(jù)庫(kù)中BC患者相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行Cox單因素回歸分析發(fā)現(xiàn)，GTPBP4表達(dá)增加與患者生存率降低有關(guān)，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（PNKI=0.00025，PPawitian=0.00024，PMiller=0.0015）[42-44]。

因此，GTPBP4可能通過(guò)抑制p53因子及其下游通路的活化，從而影響B(tài)C的疾病進(jìn)展，而檢測(cè)患者機(jī)體GTPBP4表達(dá)量可能為臨床對(duì)患者分型判斷、預(yù)后評(píng)估等提供可靠的理論依據(jù)，并有望通過(guò)調(diào)節(jié)患者體內(nèi)GTPBP4表達(dá)來(lái)治療BC，從而為廣大患者帶來(lái)福音。

2.5 GTPBP4基因在NF2中的表達(dá)及分子機(jī)制 NF2是一種典型的遺傳性疾病，特點(diǎn)是易發(fā)展為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多種良性腫瘤[45]。NGB屬于GTP結(jié)合蛋白的一種。研究發(fā)現(xiàn)，NGB與前述腫瘤患者體內(nèi)表達(dá)的GTPBP4有所不同，它可通過(guò)其賴氨酸-395/精氨酸-394位點(diǎn)與Merlin蛋白進(jìn)行結(jié)合，并通過(guò)調(diào)節(jié)Merlin從而抑制細(xì)胞周期蛋白D1（cyclin D1）的表達(dá)及其致瘤性，從而抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，即此類(lèi)GTP結(jié)合蛋白在患者體內(nèi)對(duì)腫瘤生長(zhǎng)、增殖起抑制作用[9]。而在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中，腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有賴于NGB及其與Merlin蛋白的結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生突變，喪失了抑癌活性。因此，NGB的正常表達(dá)和其與Merlin蛋白結(jié)合位點(diǎn)的修復(fù)可能成為該病的潛在治療靶點(diǎn)。

3 小結(jié)

總體而言，GTPBP4在大部分惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程起促進(jìn)作用。在HCC、GC、BC、CC中，研究發(fā)現(xiàn)GTPBP4在腫瘤組織中高表達(dá)，且患者體內(nèi)GTPBP4的高水平表達(dá)往往預(yù)示著疾病的較差預(yù)后，生存率相對(duì)低下。在腫瘤細(xì)胞中，轉(zhuǎn)染GTPBP4 siRNA后發(fā)現(xiàn)，在未破壞核仁的前提下，沉默GTPBP4基因可使p53發(fā)生聚集和激活，并使得細(xì)胞集落增殖能力減弱，細(xì)胞周期阻滯，侵襲、遷移能力降低，凋亡率上升，血管生成能力也明顯降低。我們猜測(cè)上述腫瘤的發(fā)生、發(fā)展可能是通過(guò)異常高表達(dá)的GTPBP4直接結(jié)合p53或通過(guò)影響p53間接影響其下游因子如MDM2、p21、Fas等，從而抑制細(xì)胞的凋亡保護(hù)作用；也可能是通過(guò)影響核糖體的生物合成進(jìn)而影響細(xì)胞的正常生物學(xué)過(guò)程發(fā)生的，其主要通過(guò)影響核糖體-Mdm2-p53途徑來(lái)阻礙MDM2與p53結(jié)合，致使p53泛素化降解，從而影響細(xì)胞的凋亡、自噬等能力[46]。然而，比較特殊的是，研究者發(fā)現(xiàn)該GTPBP4蛋白在神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中具有抑瘤特性。GTPBP4主要通過(guò)與Merlin蛋白結(jié)合，抑制cyclin D1的表達(dá)，從而抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和侵襲，以起到抑癌作用。該類(lèi)型腫瘤的發(fā)生、發(fā)展則有賴于GTPBP4的突變也即GTPBP4與Merlin蛋白結(jié)合位點(diǎn)的突變。

因此，GTPBP4作為相關(guān)惡性腫瘤治療的關(guān)鍵點(diǎn)尚待大量試驗(yàn)研究探索和驗(yàn)證，尤其對(duì)于該基因和它表達(dá)的蛋白在人體內(nèi)的抑癌或促癌作用亟待進(jìn)一步明確。GTPBP4及其表達(dá)的蛋白還與人體多種因子和通路有著網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，故而對(duì)上述涉及到的通路、因子也需進(jìn)一步探索。

綜上所述，GTPBP4在多種常見(jiàn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用，有望成為臨床上相關(guān)腫瘤診斷、治療及評(píng)估的潛在靶點(diǎn)或關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，可能為臨床靶向治療腫瘤提供新的思路。然而，目前GTPBP4相關(guān)的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)仍尚少，亟待研究人員進(jìn)一步深入探索以期獲取更多理論證據(jù)。