FAM83蛋白調(diào)控腫瘤發(fā)生機制及臨床應用研究進展

劉南茜, 陳興珍 , 周策凡, 唐景峰

(1.湖北工業(yè)大學 生物工程與食品學院，武漢 430068；2.湖北工業(yè)大學 國家外專局/教育部細胞調(diào)控與分子藥物學科創(chuàng)新“111”引智基地，武漢 430068)

1 FAM83蛋白家族成員及結(jié)構(gòu)特點

FAM83蛋白家族(序列相似性家族83)有8個基因成員，它們位于染色體不同的基因組位點，根據(jù)其N末端--未知功能域(DUF1669)的保守性進行分類(圖 1)，命名為FAM83A-H。在DUF1669結(jié)構(gòu)域之外，家族成員之間沒有檢測到相似的序列，且每個FAM83家族成員的C端由非球形無序序列組成[1]。

圖1 DUF1669結(jié)構(gòu)域晶體結(jié)構(gòu)圖(10.2210/pdb4URJ/pdb)

從進化上講，原始生物(如果蠅、釀酒酵母和秀麗隱桿線蟲)中沒有FAM83基因的同源物或直系同源物，但所有有顎的脊椎動物都編碼FAM83基因[2]。雖然所有FAM83成員在DUF1669之外沒有任何重要的同源性，并且大小差異很大，介于434～1 187個氨基酸之間(圖 2)，但它們在癌癥中的表達均顯著增加。Fulcher等[3]報道所有FAM83蛋白通過DUF1669結(jié)構(gòu)域與CK1(酪蛋白激酶1)結(jié)合，并參與同工酶調(diào)節(jié)。FAM83A、FAM83B、FAM83D和FAM83F過度表達能夠激活MAPK信號，同時DUF1669結(jié)構(gòu)域?qū)τ贔AM83A，F(xiàn)AM83B和FAM83F與RAF1的相互作用是必需的[4-7]，提示FAM83蛋白家族極有可能通過DUF1699結(jié)構(gòu)域發(fā)揮細胞調(diào)控作用。

圖 2 FAM83A-H結(jié)構(gòu)示意圖

腫瘤細胞的共同特征之一是通過調(diào)節(jié)細胞骨架成分來進行侵略性遷移，從而促進惡性腫瘤細胞遷移和侵襲，而FAM83家族成員中大多能促進腫瘤的發(fā)生。最近有文獻報道，在乳腺癌細胞中FAM83A過表達并促進細胞增殖、遷移和侵襲[6, 8]。李景攀等[9]報道沉默F(xiàn)AM83A可抑制非小細胞肺癌細胞的增殖、遷移和侵襲, 并抑制裸鼠體內(nèi)腫瘤的生長。朱宏濤[10]團隊發(fā)現(xiàn)FAM83D在卵巢癌組織中高表達且影響細胞自噬、增殖和侵襲能力。Wang等[7]報道FAM83D能夠激活MEK/ERK 信號通路并促進細胞周期進程進入S期從而促進肝癌細胞增殖。Kim等[11]報道MYC(致癌基因)可以與FAM83H的啟動子結(jié)合并促進FAM83H的轉(zhuǎn)錄，使FAM83H表達增加，從而促進肝癌細胞的遷移和侵襲。Cummins等[12]報道FAM83G與CD2AP相互作用可以調(diào)節(jié)細胞骨架機制和細胞遷移。Cipriano等[13]報道在膀胱癌和卵巢癌中FAM83C和E表達升高，并且促進人乳腺上皮細胞轉(zhuǎn)化。

本文重點闡述FAM83蛋白在腫瘤細胞內(nèi)異常表達的調(diào)控因素、促成腫瘤發(fā)生的潛在機制及其在癌癥臨床治療中的作用。

2 FAM83異常表達及功能活性調(diào)控

2.1 非編碼微小RNA(MicroRNA，miRNA)

miRNAs是一類由內(nèi)源基因編碼的長度為21～28個核苷酸的非編碼單鏈RNA，通過轉(zhuǎn)錄后降解或抑制靶基因的表達而參與組織細胞的多種病理及生理過程[14]。近年來，越來越多的miRNAs在FAM83蛋白家族的異常表達調(diào)控中起重要作用。Yang等[15]研究發(fā)現(xiàn)miR-455-3p能夠通過下調(diào)FAM83F而發(fā)揮抑癌作用，低miR-455-3p表達的患者比高miR-455-3p表達的患者生存時間更短。在肺腺癌細胞中，miR-1827靶向FAM83F和MYC從而抑制肺腺癌的發(fā)生發(fā)展[16]。與FAM83F相似，F(xiàn)AM83D的轉(zhuǎn)錄受miR-210調(diào)節(jié)[17]。在缺氧條件下，miR-210能夠與一組有絲分裂相關基因(PLK1、CDC25B、BUB1B和Cyclin-F)一起協(xié)同減少FAM83D的表達[18]。劉志為等[19]報道m(xù)iR-495能與FAM83D的3′-UTR特異性結(jié)合，調(diào)控FAM83D的表達，從而抑制結(jié)直腸癌細胞的增殖和遷移。于鳳芹等[20]報道過表達MiR-3182或抑制FAM83A表達能夠減少Bcl-2(B淋巴細胞瘤-2基因)的表達，增加Bax(Bcl-2基因家族中細胞凋亡促進基因)的表達，進而增強細胞放射敏感性。這說明miRNAs通過調(diào)控FAM83蛋白表達從而影響腫瘤細胞的功能。

2.2 蛋白質(zhì)修飾作用

蛋白質(zhì)修飾(蛋白質(zhì)的翻譯后修飾)是前體蛋白具有生物活性的重要步驟。在細胞中存在著多種翻譯后修飾，如蛋白質(zhì)的糖基化、甲基化、磷酸化、泛素化、棕櫚?；鸵阴；萚21]。Weimann等[22]研究發(fā)現(xiàn)FAM83D受PRMT-1(I型精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶)翻譯后調(diào)控，該酶以FAM83D精氨酸甲基化為靶標，并增加FAM83D蛋白的表達或促進FAM83D與其他蛋白的相互作用。Bozatzi等[23]報道CK1α通過磷酸化FAM83G來增加它的蛋白水平。同時，F(xiàn)AM83G與CK1α存在相互作用并協(xié)同影響Wnt信號通路[23]。另一個與CK1α蛋白相關的FAM83家族成員是FAM83H，通過免疫共聚焦發(fā)現(xiàn)FAM83H和CK1α都定位在細胞核上，CK1的蛋白質(zhì)水平受FAM83H調(diào)節(jié)。在結(jié)直腸癌細胞中穩(wěn)定表達FAM83H，CK1α、δ和ε的蛋白質(zhì)水平均增加，但CK1α的mRNA水平?jīng)]有增加，這表明CK1的表達增加是通過轉(zhuǎn)錄后機制。這些結(jié)果表明CK1通過與FAM83H結(jié)合而穩(wěn)定[24]?？梢奀K1參與FAM83蛋白家族蛋白質(zhì)的翻譯后修飾機制。

3 FAM83家族與信號調(diào)控

信號通路是復雜和相互聯(lián)系的網(wǎng)絡，它們共同作用以調(diào)控細胞功能。FAM83蛋白家族成員被證實與C-RAF和CK1α等直接結(jié)合，通過一系列信號傳遞，最終影響MAPK信號通路、Wnt信號通路和TGF-β信號通路等。

3.1 FAM83調(diào)控MAPK信號通路

MAPKs是一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。最早發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的 RAS/RAF/MAPK信號通路參與各種生長因子、細胞因子、絲裂原，以及激素受體活化后的信號轉(zhuǎn)導，促進血管內(nèi)皮細胞增殖和新血管生成，新血管生成后可為腫瘤提供更多的營養(yǎng)，加速腫瘤的生長，促進癌細胞的擴散[25]。

最近有文獻報道，F(xiàn)AM83A能促進RAS/RAF/MEK/ERK和PI3K/AKT/mTOR等信號通路，并作用于MAPK上游以及EGFR下游，可以與C-RAF和PI3K p85亞基發(fā)生相互作用并促進其磷酸化水平[6]。干擾FAM83A導致p-ERK和p-AKT磷酸化水平的降低，并抑制PI3K信號傳導，進而影響乳腺癌細胞的生長，增加細胞凋亡[8]。Cipriano等[4, 13, 26]報道FAM83A-E可以驅(qū)動人乳腺上皮細胞轉(zhuǎn)化，并且FAM83A和FAM83B是通過激活MAPK和PI3K/AKT信號實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。與FAM83A一樣，F(xiàn)AM83B也位于MEK的上游發(fā)揮功能，它可以與C-RAF結(jié)合并增加C-RAF在細胞膜上的定位來刺激MAPK信號[4]。FAM83B表達升高導致MAPK和mTOR信號異常，同時能夠賦予TKI(EGFR酪氨酸激酶抑制劑)抗性并且降低AG1478(RAF激酶抑制劑I)的敏感性[4]。干擾FAM83B后，C-RAF、PI3K和AKT定位到細胞膜的能力降低，同時，減弱ERK1/2和AKT磷酸化水平，從而抑制細胞生長[4]。同樣，F(xiàn)AM83D被報道也可以激活MEK/ERK信號通路[7]。它能夠通過與FBXW7(腫瘤抑制因子)相互作用并影響其表達，F(xiàn)BXW7是c-Myc、mTOR和C-Jun表達的抑制劑[27]，因此，過表達FAM83D能促進這些下游癌基因的表達，有助于其驅(qū)動轉(zhuǎn)化的能力。同時，干擾FAM83A或FAM83D，抑制ERK磷酸化水平。因此，F(xiàn)AM83A、FAM83B和FAM83D是腫瘤細胞中維持異常C-RAF/MAPK活化的重要中介[13]。以上結(jié)果表明FAM83蛋白家族在MAPK和PI3K/AKT信號通路中發(fā)揮重要的作用(圖 3)。

圖3 FAM83蛋白與MAPK信號通路調(diào)控關系

3.2 FAM83調(diào)控Wnt/β-catenin和TGF-β信號通路

Wnt信號通路是動物細胞內(nèi)高度保守的信號通路，其中，包含β-catenin的 Wnt通路被稱為經(jīng)典Wnt信號通路，又叫Wnt/β-catenin信號通路，它參與調(diào)控胚胎早期發(fā)育、成體組織穩(wěn)態(tài)維持、干細胞自我更新、細胞分裂，以及腫瘤發(fā)生發(fā)展等多種生物學過程[28]。接下來，探討FAM83蛋白家族對經(jīng)典Wnt信號通路的調(diào)控作用。

FAM83B不僅可以激活MAPK和PI3K/AKT/mTOR信號，而且也能參與癌癥相關的Wnt信號通路。Hilger等[29]報道FAM83B是Axin1和APC的新型相互作用伴侶，這種相互作用可能與Wnt信號通路相關。Bozatzi等[23]報道Fam83G是Wnt信號通路的新型介體，它可以和β-catenin降解復合體中的Axin1、CK1α和GSK3β形成堅固的復合物，促進CK1α和GSK3β磷酸化并積累活性β-catenin，進而激活Wnt信號。所有FAM83家族成員都可以與CK1α發(fā)生相互作用，這表明其他FAM83家族成員可以與CK1復合物一起發(fā)揮作用，并以協(xié)同方式調(diào)控Wnt/β-catenin信號通路[3, 23]。Wnt和TGF-β信號通路對癌癥的發(fā)展具有協(xié)同促進作用。TGF-β信號通路根據(jù)配體分子激活不同的信號分子可以分為TGF-β/Activin/Nodal和BMP/GDF/MIS兩個亞家族通路，調(diào)節(jié)細胞的生長、發(fā)育和凋亡，在腫瘤的發(fā)展期會促進惡性腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[30]。通過質(zhì)譜分析，Brown等[31]發(fā)現(xiàn)FAM83G是Smad2和Smad3相互作用蛋白，并證明FAM83G能夠參與TGF-β信號通路的調(diào)控。與FAM83G相似，干擾FAM83A不僅可以抑制Wnt/β-catenin，還能夠阻止TGF-β信號通路的激活，進而降低腫瘤細胞的致瘤性。過表達FAM83A，細胞核內(nèi)β-catenin數(shù)量和磷酸化的Smad3表達量顯著升高，說明FAM83A能夠同時調(diào)控Wnt/β-catenin和TGF-β信號通路[32](圖 4)。

圖4 FAM83蛋白與Wnt信號通路調(diào)控關系

4 FAM83家族在腫瘤診斷與治療方面的應用

4.1 分子marker診斷

對人類腫瘤樣本分析表明，多數(shù)FAM83家族成員在癌癥中高表達，并與特定的癌癥亞型相關，這表明FAM83蛋白成員能夠成為某種特定癌癥治療的新靶標。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AM83A是一類腫瘤特異性抗原，在肺癌、乳腺癌、胰腺癌、膀胱癌和卵巢癌中均高表達，而在正常組織中不表達，并且其表達量高低與癌癥患者總體生存率和無病生存率顯著相關[13, 32]。已發(fā)表的臨床數(shù)據(jù)表明，F(xiàn)AM83A表達越高，乳腺癌患者預后越差[6]。同樣，F(xiàn)AM83B在乳腺癌、膀胱癌、睪丸癌、卵巢癌、甲狀腺癌和肺癌中高表達[4]，且FAM83B的高表達與肺鱗癌患者的無病生存期差有關[33]。Cai等[34]對362例患者樣本進行qPCR 定量分析FAM83A和FAM83B表達，研究發(fā)現(xiàn)FAM83A和FAM83B可以作為非小細胞肺癌的預后生物標志物和潛在的新治療靶標。同時FAM83D被報道與乳腺癌和肝癌預后不良有關[7, 27]。Huang等[18]報道在胃癌細胞中FAM83D過表達可以增強細胞的增殖、循環(huán)進程、遷移、侵襲，可以說FAM83D是胃癌的預后生物標志物。在肺腺癌中，MYC和FAM83F均過表達，其高表達與肺腺癌的進展及患者預后不良顯著相關[16]。Kim等[11]報道FAM83H在肝癌細胞中高表達，并且它的高表達預示肝癌患者的較短生存期，它能誘導CCND1(細胞周期蛋白D1)和CCNE1(細胞周期蛋白E1)的表達，并抑制P53(人體抑癌基因)的表達，從而影響肝癌細胞的增殖和侵襲。因此，F(xiàn)AM83H可能是肝癌患者不良的預后指標。

4.2 腫瘤耐藥

腫瘤耐藥對癌癥發(fā)病率和死亡率具有相當重要的意義，它有許多藥物類別(如細胞毒性、免疫調(diào)節(jié)劑和激素藥物)[35]。FAM83A除了可以作為生物標志物外，還是TKI的抑制劑。FAM83A可以抑制TKI活性，使腫瘤細胞即使存在EGFR-TKI，激活EGFR下游MAPK和PI3K/AKT/mTOR信號，保持腫瘤細胞惡性表型[36]。將過表達EGFR的腫瘤細胞注入小鼠體內(nèi)并用EGFR抑制劑治療，內(nèi)源性FAM83A表達和DNA拷貝數(shù)均增加，使存活的腫瘤細胞具有抗性。FAM83A除了在TKI抗藥性中發(fā)揮作用，還賦予對曲妥珠單抗的抗性。曲妥珠單抗是用于治療乳腺癌的單克隆抗體[2]。干擾FAM83A后使這些細胞對曲妥珠單抗重新敏感[7]。FAM83A還賦予對拉帕替尼和吉西他濱的抗性，表明FAM83A在腫瘤耐藥性起重要作用。類似FAM83A，在乳腺癌細胞中FAM83B可以促進異常信號傳導和對EGFR-TKI的耐藥性[4]。此外，F(xiàn)AM83B轉(zhuǎn)化的細胞對PI3K、AKT和mTOR靶向療法的敏感性較低[26]。與之前確定FAM83A和FAM83B在腫瘤耐藥中的作用相似，在胰腺癌中插入誘變篩選埃洛替尼耐藥性基因，發(fā)現(xiàn)一個與FAM83H共享染色體的位點LOC100128338，這表明FAM83H可能在胰腺癌靶向治療中存在耐藥性[37]。Fuziwara等[5]報道，與對照組相比，高表達FAM83F的細胞對阿霉素的細胞毒性作用具有更強的抗性，凋亡細胞的數(shù)量更少。同時鑒于FAM83D能夠通過激活mTOR來調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)生，因此FAM83D可以作為靶標預測患者對雷帕霉素的反應[35]。

5 結(jié)論與展望

雖然我們還不能確定每個FAM83成員的DUF1669結(jié)構(gòu)域和它們不同的C端序列的功能，但未來的工作應結(jié)合使用FAM83蛋白C端交換/缺失突變體細胞進行詳細的生物信息學分析。雖然尚不清楚多種FAM83蛋白在腫瘤細胞中上調(diào)的原因，但每種FAM83蛋白在致癌信號中可能起不同的作用。未來的研究將鑒定每個FAM83蛋白的獨特功能，以及開發(fā)新的策略來靶向治療。

大多數(shù)人類蛋白質(zhì)組分析表明，相對于其他原癌基因(如EGFR和RAS)，F(xiàn)AM83成員在體內(nèi)的表達水平較高。迄今為止，已發(fā)表的發(fā)現(xiàn)主要使用非轉(zhuǎn)化和癌細胞系的過表達和RNAi方法。目前，僅存在一種敲除FAM83H基因的C57BL/6小鼠，但在出生后兩周死亡[38]。未來研究重點可能是開發(fā)其他FAM83蛋白的基因敲除或轉(zhuǎn)基因模型。這樣的動物模型將為每個FAM83成員在正常發(fā)育和體內(nèi)平衡提供實用的遺傳證據(jù)。

FAM83蛋白是某些癌癥的潛在生物標志物，并且FAM83成員的表達可以為治療策略提供參考[36]，并預測癌癥患者存活時長[1]。未來將探究每個FAM83蛋白的獨特功能，以及開發(fā)新的策略來治療靶向FAM83蛋白的保守和獨特致癌性。