PFN2基因在惡性腫瘤中的研究進(jìn)展*

侯曉貞 綜述，任鐵軍 審校

(1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院研究生院，河南新鄉(xiāng) 453000；2.河南省洛陽市中心醫(yī)院腫瘤內(nèi)科 471000)

肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白(Profilin)分子量為12～15×103，最初從小牛胸腺中分離出來，隨后在阿米巴、酵母、蒼蠅和植物中均被發(fā)現(xiàn)[1]。盡管Profilin最初被鑒定為G-肌動(dòng)蛋白(G-actin)隔離蛋白，但近來研究表明，Profilin既可通過隔離G-actin來抑制肌動(dòng)蛋白細(xì)絲的自發(fā)成核/聚合，并通過與EnA/VASP、Formins和依賴Arp2/3的WASP/WAVE家族相互作用來促進(jìn)肌動(dòng)蛋白細(xì)絲的成核和伸長(zhǎng)，與多種肌動(dòng)結(jié)合蛋白相互作用，成為肌動(dòng)蛋白動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[2]。另一方面，Profilin還可通過催化二磷酸腺苷(ADP)到三磷酸腺苷-G肌動(dòng)蛋白(ATP-G-actin)的交換，將G-actin上的ADP-ATP交換加速1 000倍，從而補(bǔ)充細(xì)胞中的三磷酸腺苷-肌動(dòng)蛋白(ATP-actin)池[3]。除了加速肌動(dòng)蛋白單體上的核苷酸交換外，在封閉蛋白解離后，Profilin還可以促進(jìn)自由端的細(xì)絲伸長(zhǎng)，游離的細(xì)絲末端與肌動(dòng)蛋白結(jié)合域締合，而與其結(jié)合的肌動(dòng)蛋白被釋放并添加到細(xì)絲中，通過這種機(jī)制，Profilin可以使肌動(dòng)蛋白單體轉(zhuǎn)移到細(xì)絲中，并促進(jìn)肌動(dòng)蛋白聚合[1]。除了肌動(dòng)蛋白、多聚脯氨酸和磷脂酰肌醇結(jié)合結(jié)構(gòu)域之外，Profilin還可能影響微管動(dòng)力學(xué)，從而在調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架整合方面發(fā)揮重要作用[3]。

雖然Profilin家族在進(jìn)化上高度保守的，但不同物種之間和來自同一生物體的不同Profilin之間的序列同源性卻很低。Profilin-1(PFN1)和Profilin-2(PFN2)作為哺乳動(dòng)物細(xì)胞中最常見的Profilin，顯示出相似的肌動(dòng)蛋白單體結(jié)合特性。細(xì)胞的生命活動(dòng)，如運(yùn)動(dòng)、分裂和內(nèi)吞都依賴于肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)重塑，PFN2作為一種肌動(dòng)蛋白單體，可以調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白的聚合動(dòng)力學(xué)，導(dǎo)致細(xì)胞骨架發(fā)生變化，從而積極參與多種生物體的發(fā)育的早期階段、細(xì)胞生長(zhǎng)和運(yùn)動(dòng)等幾個(gè)生物學(xué)過程[4]。近年來的腫瘤學(xué)研究表明，異常表達(dá)的PFN2基因參與人體多種器官、組織腫瘤的形成和發(fā)展過程，可能參與了惡性腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡、侵襲、轉(zhuǎn)移及腫瘤血管生成過程，并因所在組織和器官的不同而可能表現(xiàn)出癌基因或抑癌基因這兩種截然相反的作用。

1 Profilin家族的組成與主要功能

大多數(shù)低級(jí)真核生物，如酵母，只有1個(gè)編碼Profilin的基因。PFN1首先在牛非肌肉肌動(dòng)蛋白的純化提取物中被鑒定為G-肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白[3]。目前為止，在哺乳動(dòng)物中，Profilin家族由普遍表達(dá)的PFN1、腦特異的PFN2、睪丸特異的Profilin-3(PFN3)和Profilin-4(PFN4)組成,其中PFN1和PFN2是其主要亞型[5]。

PFN1在哺乳動(dòng)物的所有胚胎階段均表達(dá)，存在于成年小鼠除骨骼肌之外的所有類型的細(xì)胞中，其可以調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架重塑，是施萬(Schwann)細(xì)胞中板狀偽足形成所必需的，也是髓鞘形成的關(guān)鍵，從而在動(dòng)作電位的傳播和神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能中起重要作用，而大腦中PFN1的失調(diào)可能導(dǎo)致精神異常[6]。最近的研究表明PFN1在肝細(xì)胞癌[7]、乳腺癌[8]中具有促凋亡作用，例如，PFN1通過抑制NF-κB和上調(diào)p53而使乳腺癌細(xì)胞對(duì)阿霉素、長(zhǎng)春新堿和紫杉醇誘導(dǎo)的凋亡敏感[8]。

在羊膜動(dòng)物中,已經(jīng)鑒定了兩種可變剪接的PFN2變體(PFN2a和PFN2b),PFN2a是在神經(jīng)元中表達(dá)的主要同種型，在小鼠海馬神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)PFN2a通過調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白的穩(wěn)定性來調(diào)節(jié)神經(jīng)的發(fā)生，在大腦的發(fā)育中發(fā)揮了重要作用[6]。LI等[9]發(fā)現(xiàn)PFN2a也可通過p53途徑在肌原發(fā)育中起調(diào)控作用。JUNEJA等[10]研究提示PFN2在2型腓骨肌萎縮癥(Charcot-Marie-Tooth type 2 ，CMT2)發(fā)病機(jī)制和疾病進(jìn)展中的作用，可作為CMT2的新生物標(biāo)志物。LUSCIETI等[11]在小鼠腦中鑒定了PFN2 mRNA有1個(gè)功能保守的3′UTR鐵反應(yīng)元件,PFN2蛋白是1種新的鐵調(diào)蛋白鐵相互作用轉(zhuǎn)錄本,改變膜運(yùn)輸和內(nèi)吞途徑的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子(如PFN2)的表達(dá)會(huì)改變細(xì)胞水平的鐵代謝，并影響身體鐵的動(dòng)態(tài)平衡。PFN2最近被證明在來自不同組織(包括肺[12]、結(jié)直腸[13]和食管[14])的癌細(xì)胞遷移和增殖中起重要作用，PFN2的這些不同作用表明，它的表達(dá)不限于神經(jīng)系統(tǒng)，還參與多種細(xì)胞生物學(xué)過程和細(xì)胞骨架的調(diào)節(jié)。PFN2b是一種罕見的亞型，其mRNA可在有限數(shù)量的成人組織(主要位于腎臟)中檢測(cè)到[6]。

2 PFN2在腫瘤中表達(dá)的臨床意義

PFN2蛋白的高表達(dá)與食管鱗狀細(xì)胞癌的浸潤(rùn)深度和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，且是獨(dú)立的不良預(yù)后因素，提示PFN2可作為預(yù)后標(biāo)志物的潛在價(jià)值[14]。JIANG等[15]發(fā)現(xiàn)PFN2在乳腺癌中表達(dá)上調(diào)，PFN2的上調(diào)可以增強(qiáng)體內(nèi)和體外乳腺癌細(xì)胞的侵襲，且與不良預(yù)后相關(guān)。ZHAO等[16]研究發(fā)現(xiàn)敲除PFN2能夠抑制骨肉瘤細(xì)胞的遷移和侵襲能力。LIU等[17]通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)PFN2的高表達(dá)可能是頭頸部鱗癌總體生存率較差的有價(jià)值的預(yù)測(cè)指標(biāo)。綜合看來，PFN2在腫瘤中的表達(dá)狀態(tài)與多種臨床病理因素具有明顯的相關(guān)性，這有望成為腫瘤治療和預(yù)后判斷的生物標(biāo)志物。

3 PFN2基因在惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用

PFN2基因定位于第3號(hào)染色體25.1區(qū)域，KEGG數(shù)據(jù)庫(https://www.kegg.jp)分析表明，PFN2通過促進(jìn)肌動(dòng)蛋白聚合、應(yīng)力纖維和板狀偽足的形成，從而促進(jìn)細(xì)胞遷移。PFN2可能參與不同信號(hào)通路的調(diào)節(jié)，例如PI3K/Akt[18]和TGF-β/Smad[12]信號(hào)傳導(dǎo)通路，從而導(dǎo)致不同的生物學(xué)后果。其中，PFN2的表達(dá)在頭頸部鱗癌[18]、非小細(xì)胞肺癌[12]、乳腺癌[15]、食管癌[14]和骨肉瘤[16]中上調(diào)，與促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移相關(guān)。KIM等[13]研究表明，PFN2過表達(dá)可以誘導(dǎo)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)換(epithelial mesenchymal transition，EMT)從而增強(qiáng)HT29人結(jié)直腸干細(xì)胞的侵襲和遷移能力。然而ZHANG等[19]在轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌中的研究卻發(fā)發(fā)現(xiàn)了相反的結(jié)果，即PFN2的低表達(dá)與結(jié)直腸癌中增強(qiáng)的EMT過程相關(guān)。PFN2在惡性腫瘤進(jìn)展中主要發(fā)揮以下3方面作用。

3.1 影響腫瘤細(xì)胞增殖、凋亡及腫瘤干細(xì)胞的自我更新能力和干性

惡性腫瘤的發(fā)生是細(xì)胞過度增殖的結(jié)果。傳統(tǒng)的抗腫瘤藥物包括烷化劑、抗代謝類、鉑類及植物類藥物等則是基于細(xì)胞增殖周期中各時(shí)相(G1、S、G2、M期)的作用靶點(diǎn)不同來發(fā)揮抗腫瘤作用。TANG等[12]研究發(fā)現(xiàn)，PFN2過表達(dá)和敲低分別明顯增加和抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的集落形成能力，PFN2通過表觀遺傳機(jī)制增強(qiáng)Smad2和Smad3的轉(zhuǎn)錄激活，從而激活TGF-β/Smad信號(hào)傳通路，而Smad2和Smad3過表達(dá)則補(bǔ)救了PFN2敲低對(duì)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞軟瓊脂集落形成的抑制作用。在ZHOU等[18]對(duì)頭頸部鱗癌的研究中，通過CCK-8實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)PFN2的敲低明顯減慢了頭頸部鱗癌細(xì)胞的增殖，隨后又利用克隆形成實(shí)驗(yàn)對(duì)CCK-8實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了補(bǔ)充，即克隆形成實(shí)驗(yàn)顯示了在PFN2敲除的頭頸部鱗癌細(xì)胞中，其集落形成能力明顯較低。他們還發(fā)現(xiàn)PFN2的敲低抑制了其下游PI3K/Akt/β-catenin信號(hào)通路中Akt在Ser473和Thr308位點(diǎn)的磷酸化及β-catenin的表達(dá)，而在PFN2高表達(dá)的細(xì)胞頭頸部鱗癌中獲得了相反的結(jié)果；β-catenin在細(xì)胞質(zhì)中的積累促進(jìn)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄，這些基因在細(xì)胞增殖、遷移和侵襲中至關(guān)重要，表明PFN2可能通過PI3K/Akt/β-catenin信號(hào)通路潛在地調(diào)節(jié)頭頸部鱗癌細(xì)胞的增殖。ZHAO等[16]在骨肉瘤細(xì)胞中轉(zhuǎn)染si-PFN2后，PFN2的mRNA和蛋白水平明顯降低，隨后通過MTT實(shí)驗(yàn)探討了敲除PFN2對(duì)骨肉瘤細(xì)胞增殖的影響，結(jié)果顯示骨肉瘤細(xì)胞的增殖能力明顯減低。

細(xì)胞凋亡可以維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，保證了機(jī)體的健康，凋亡減弱與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。ZHOU等[18]使用RNA干擾技術(shù)，以shRNA干擾鱗癌頭頸部細(xì)胞中PFN2的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)PFN2低表達(dá)明顯抑制由順鉑誘導(dǎo)的頭頸部鱗癌細(xì)胞的凋亡，這與其調(diào)節(jié)頭頸部鱗癌細(xì)胞增殖的能力是一致的。

腫瘤干細(xì)胞具有自我更新并多向分化和極強(qiáng)的致瘤能力，對(duì)腫瘤生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)有著重要作用。KIM等[13]在人結(jié)直腸癌干細(xì)胞中通過干擾PFN2的表達(dá)，在球形成實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)PFN2的高表達(dá)增強(qiáng)了人結(jié)直腸癌干細(xì)胞球的形成能力，而PFN2的敲低則降低了細(xì)胞球的數(shù)量，表明PFN2直接參與了腫瘤干細(xì)胞的自我更新能力。Western blot結(jié)果表明PFN2的過表達(dá)和敲低分別增強(qiáng)和抑制人結(jié)直腸癌干細(xì)胞中干性標(biāo)志物CD133和β-catenin的表達(dá)，而干性標(biāo)志物SOX2的表達(dá)則受到PFN2敲低的影響。

3.2 影響腫瘤的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移

浸潤(rùn)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤的主要特征之一，腫瘤細(xì)胞獲得遷移表型通常與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架的破壞有關(guān)。EMT是實(shí)體惡性腫瘤浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移的重要途徑[20-21]，最近被發(fā)現(xiàn)在腫瘤免疫抑制和免疫逃逸中其重要作用[22]。細(xì)胞收縮性增強(qiáng)和肌動(dòng)蛋白應(yīng)力性纖維形成是EMT的特征。在EMT過程中，細(xì)胞表面上皮標(biāo)志物E-鈣黏蛋白和細(xì)胞角蛋白的表達(dá)降低，間質(zhì)性蛋白如波形蛋白、N-鈣黏蛋白、纖連蛋白等表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致上皮細(xì)胞失去極性，獲得轉(zhuǎn)移和侵襲的能力[23]。

CUI等[14]證實(shí)在食管鱗狀細(xì)胞癌中，PFN2的表達(dá)與其淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和浸潤(rùn)深度呈正相關(guān)，在體外培養(yǎng)的PFN2-siRNA轉(zhuǎn)染的食管鱗癌細(xì)胞中，E-鈣黏蛋白的表達(dá)上調(diào)，波形蛋白的表達(dá)下降，從而削弱了EMT過程，導(dǎo)致細(xì)胞遷移和侵襲能力的減弱。

作為一種研究較多的信號(hào)通路，TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路對(duì)EMT的影響已經(jīng)得到廣泛證實(shí)[24-26]。TANG等[12]在非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，PFN2的高表達(dá)明顯增強(qiáng)了肺癌細(xì)胞中TGF-β1誘導(dǎo)的EMT的轉(zhuǎn)錄因子E盒結(jié)合鋅指蛋白1(ZEB1)和N-鈣黏蛋白的表達(dá)，同時(shí)減弱了E-鈣黏蛋白的表達(dá)；同樣，PFN2的敲低則明顯抑制了TGF-β誘導(dǎo)的N-鈣黏蛋白和ZEB1的表達(dá)，增強(qiáng)了E-鈣黏蛋白的表達(dá)。以上結(jié)果表明，PFN2通過激活TGF-β1誘導(dǎo)的EMT從而促進(jìn)肺癌細(xì)胞的遷移和侵襲。LING等[27]為了探索PFN2促腫瘤作用的分子機(jī)制，在三陰性乳腺癌細(xì)胞系中評(píng)估了隨PFN2表達(dá)狀態(tài)改變的EMT相關(guān)標(biāo)志物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在PFN2過表達(dá)的三陰性乳腺癌細(xì)胞系中，間充質(zhì)標(biāo)志物N-鈣黏蛋白、TGF-β1、Slug和Snail被上調(diào)，反之則相反，表明PFN2對(duì)三陰性乳腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力具有積極影響。因此，PFN2促進(jìn)腫瘤的浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移過程可能是通過促進(jìn)腫瘤的EMT來實(shí)現(xiàn)的。

LIU等[8]采用侵襲性導(dǎo)管癌組織芯片技術(shù)，發(fā)現(xiàn)PFN2在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的乳腺癌組織中表達(dá)明顯增加，雙熒光素酶報(bào)告基因檢測(cè)顯示PFN2 mRNA 30-UTR區(qū)域的UAGGG序列與hnRNPA2/B1結(jié)合后，PFN2 mRNA下調(diào)，敲除PFN2可明顯降低乳腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲。

3.3 影響腫瘤的血管生成

新血管的形成或血管生成是惡性腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移的重要組成部分。在非小細(xì)胞肺癌中發(fā)現(xiàn)，PFN2過表達(dá)或敲低分別明顯上調(diào)或降低血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)，從而影響腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[12]。CAO等[28]揭示了PFN2通過癌癥衍生的外泌體增加了腫瘤微環(huán)境中腫瘤血管的生成，從而促進(jìn)小細(xì)胞肺癌的生長(zhǎng)。

4 總 結(jié)

以往對(duì)于Profilin家族的研究主要集中在PFN1上，證實(shí)了其在腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移過程中的重要作用，這也為Profilin家族在腫瘤學(xué)領(lǐng)域的研究提供了切入點(diǎn)，而PFN2基因在惡性腫瘤的發(fā)展、轉(zhuǎn)移等方面均有著重要的作用。PFN2在不同的惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的作用也不完全相同，其在肺癌中的高表達(dá)可以促進(jìn)肺癌細(xì)胞的增殖及遷移，誘導(dǎo)腫瘤血管生成，增加腫瘤細(xì)胞所必需的營養(yǎng)成分，從而促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)；而在口腔鱗癌中卻抑制腫瘤細(xì)胞的侵襲等，引起這一差異的具體機(jī)制仍有待于進(jìn)一步研究。

綜上所述，腫瘤發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移是一個(gè)復(fù)雜的過程，加強(qiáng)對(duì)PFN2的深入研究，了解其在不同腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)情況，探索研究其對(duì)腫瘤細(xì)胞及其微環(huán)境的作用機(jī)制，將會(huì)為腫瘤的分子診斷標(biāo)準(zhǔn)和判斷疾病預(yù)后等提供更加重要的價(jià)值。隨著人們對(duì)PFN2的進(jìn)一步深入研究，會(huì)為腫瘤的早期預(yù)防、早期診斷及針對(duì)性的靶向治療提供新的思路和方法。