新型致癌蛋白：Gankyrin

謝芳芳，陳杰，胡蝶，黃德發(fā)，鐘田雨，2

（1.贛南醫(yī)學院第一臨床醫(yī)學院，江西 贛州 341000；2.贛南醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院精準醫(yī)學中心，江西 贛州 341000）

癌癥是體內(nèi)異常細胞出現(xiàn)異常增殖并侵襲臨近部位和擴散到其他器官的現(xiàn)象。截止至2018年全球癌癥亡人數(shù)將達到990 萬人[1]。以肺癌、肝癌、結(jié)直腸癌、胃癌和乳腺癌為主。早期診斷可以提高癌癥的治愈率以及腫瘤患者的生存時間，因此尋找和發(fā)現(xiàn)早期診斷標志物在癌癥早期診斷中至關重要。研究發(fā)現(xiàn)gankyrin在許多腫瘤中存在高表達現(xiàn)象，并且其表達水平與腫瘤的進展密切相關[2,3]。與低表達或不表達gankyrin的腫瘤相比，高表達gankyrin的腫瘤惡性程度較高且與組織學分級相關[4-6]。因此，可以將gankyrin 作為早期診斷和評估癌癥惡性程度的指標。腫瘤細胞中高水平Gankyrin一定程度上與腫瘤的轉(zhuǎn)移和不良預后密切相關[7]，同時gankyrin 還參與腫瘤耐藥表型的形成[8-10]。因此，靶向gankyrin 療法將成為臨床上治療化療耐藥患者新的有效手段。

1 Gankyrin與癌癥

Gankyrin基因編碼的Gankyrin 又稱PSMD10，是一種由7 個錨蛋白重復序列（ARs）組成的重復連接蛋白。該序列最初發(fā)現(xiàn)于人連接蛋白中，參與蛋白-蛋白相互作用，在細胞周期進展、凋亡和腫瘤發(fā)生中發(fā)揮重要作用。作為蛋白酶體復合體的亞基，gankyrin通過與26S蛋白酶體中的S6b ATP酶相互作用，實現(xiàn)蛋白酶體介導的降解[11-13]。

Gankyrin 最初發(fā)現(xiàn)于原發(fā)性肝癌（HCC），且在正常組織和癌組織間存在差異表達[14]，被認為是H CC 病理診斷和肝癌發(fā)生的重要生物學標志物。Gankyrin通過調(diào)控腫瘤抑制蛋白P53和pRB 活性，打破腫瘤細胞的增殖凋亡穩(wěn)態(tài)，發(fā)揮促癌作用[15]。TP53和RB1 抑癌基因是腫瘤發(fā)生過程中常見的突變靶點。TP53 編碼的P53通過誘導細胞周期阻滯和細胞凋亡，下調(diào)癌基因表達；視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白（pRB）則通過調(diào)節(jié)細胞凋亡，維持細胞生長與凋亡的穩(wěn)態(tài)[16]。P53和pRB 兩者協(xié)調(diào)共同維持機體穩(wěn)態(tài)。Gankyrin的C 端環(huán)指結(jié)構(gòu)域通過結(jié)合E3泛素連接酶MDM2 增加P53 泛素化和降解[17]，178LxCxE182 保守基序結(jié)合pRB 并誘導其磷酸化后經(jīng)蛋白酶體途徑降解[18,19]，最終導致細胞增殖失控，引發(fā)惡性腫瘤（圖1）。Gankyrin 不僅能夠加速癌細胞的增殖和擴散，促進癌變和轉(zhuǎn)移[20-22]；同時可以作為非小細胞型肺癌p-TNM 分期和淋巴轉(zhuǎn)移的預后因素[23,24]。Gankyrin在多種腫瘤中高表達的特性以及高相關性使其越來越受研究人員的關注。

圖1 Cankyrin通過調(diào)控P53和pRB 活性促進癌細胞增殖。A.DNA 損傷后，p53 陽礙細胞周期的進展,迫使細胞停留在G1 阻滯狀態(tài)，直到DNA 得以修復；當損傷范圍擴大，細胞就會進入凋亡狀態(tài)。Gankyrin通過MDM2和26S蛋白酶體的S6B 亞基結(jié)合，將泛素化的p53 傳遞到蛋白酶體降解，P53 經(jīng)降解后癌細胞從G1阻滯狀態(tài)進入細胞周期的S 期。B.Gankyrin與pRB 結(jié)合并使其發(fā)生磷酸化，隨后經(jīng)蛋白酶體途徑降解。pRB的降解會使E2F（一種激活細胞周期蛋白依賴性激酶（CDKs）的轉(zhuǎn)錄因子）釋放。后者激活CDKs，導致癌結(jié)胞進入結(jié)胞周期的S 期。

2 Gankyrin 促進腫瘤細胞增殖、轉(zhuǎn)移和耐藥

Gankyrin通過激活PI3K/AKT/HIF-1α通路促進肝癌發(fā)展[14]。PI3K/AKT 信號通路是細胞調(diào)節(jié)網(wǎng)絡的核心，影響細胞的生長、分化和代謝。Gankyrin調(diào)節(jié)PI3K/AKT通路，激活HIF-1α，從而調(diào)控twist相關蛋白（Twist1）、血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）和基質(zhì)金屬蛋白酶2（MMP-2）等腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移相關蛋白的表達[25]。過表達的gankyrin 上調(diào)胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白5（IGFBP-5）促進Huh-7 肝癌細胞的增殖[26]。此外還包括上調(diào)Ras 同源基因家族成員A（RhoA）抑制PTEN 增加PIP3 磷酸化?；罨腜I3K/AKT 信號通路，進一步增強gankyrin和cyclin D1的表達。該機制已經(jīng)在子宮內(nèi)膜癌和卵巢癌中得到了驗證[27,28]。值得注意的是，下調(diào)gankyrin 除了抑制癌細胞的生長和增殖外，還能增強腫瘤細胞對化療藥物的敏感性（詳見下文），可作為臨床治療腫瘤的潛在靶點[29]。

Wnt/β-catenin通路是一種保守的信號通路，在調(diào)節(jié)細胞生長、增殖和腫瘤發(fā)生中發(fā)揮重要作用[30,31]。其中β-連環(huán)蛋白（β-catenin）通過調(diào)控c-Myc和cyclin D1 調(diào)節(jié)細胞生長，糖原合成酶激酶-3（GSK3）輔助過量的β-catenin 降解以保證其穩(wěn)態(tài)。過度激活的Wnt 信號抑制GSK3，導致βcatenin 積累，最終引發(fā)細胞增殖失控[32]。一項關于HCC的研究發(fā)現(xiàn)，gankyrin 能夠上調(diào)c-Myc 影響肝癌細胞的增殖，增強肝癌細胞的糖酵解和谷氨酰胺的分解，促進肝癌的發(fā)生、轉(zhuǎn)移和耐藥[33]。Gankyrin與β-catenin 存在正反饋回路，gankyrin上調(diào)β-catenin 轉(zhuǎn)錄活性使β-catenin的表達增加；同時過表達的β-catenin 也增強了gankyrin的表達，兩者相互作用，促進腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移[34]。Gankyrin與IL-6/STAT3 信號通路也存在正反饋激活。Gankyrin通過促進RB 磷酸化調(diào)節(jié)IL-6的表達，同時IL-6 經(jīng)IL-6/STAT3 正反饋上調(diào)gankyrin表達，促進cyclin D1和VEGF以及MMP-2和MMP-9表達，促進癌細胞的增殖和血管的生成[35]。同樣的作用在非小細胞型肺癌上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化上也得到了證實，提示gankyrin 可作為臨床腫瘤惡性程度的參考指標[36]。

核轉(zhuǎn)錄因子ReIA/NF-κB 控制機體許多重要的生物學功能,包括DNA 轉(zhuǎn)錄、細胞增殖及凋亡[37]。NF-κB與細胞的凋亡密切相關，通過調(diào)節(jié)促凋亡基因和抗凋亡基因的表達，影響腫瘤細胞凋亡[38]。腫瘤細胞中過度活化的NF-κB 激活下游基因CyclinD1和c-Myc 刺激細胞生長，導致增殖失控；同時NF-κB 能夠促進腫瘤轉(zhuǎn)移相關基因ICAM-1、MMP-9 等的表達，加速腫瘤的轉(zhuǎn)移。然而在正常肝細胞中，低活性的NF-κB 抑制其下游的抗凋亡基因的表達，促進腫瘤的產(chǎn)生。肝細胞中高表達的gnakyrin與ReIA 結(jié)合并通過SIRT1調(diào)節(jié)ReIA 乙?；?，從而抑制NF-κB 轉(zhuǎn)錄活性[39]。Gankyrin的上述致瘤作用可能與減弱NF-κB 抑制抗凋亡基因的表達有關，包括MDM2 介導的泛素化和蛋白酶體介導的p53 降解的增加，通過抑制NF-κB 活性，進一步促進肝癌的發(fā)生[17,40]。

Gankyrin 參與腫瘤細胞的增殖侵襲和轉(zhuǎn)移，并且與腫瘤細胞的化療敏感性密切相關。傳統(tǒng)化療藥物誘導的細胞凋亡主要是通過TP53 依賴途徑介導的[41]。研究發(fā)現(xiàn)HCC 耐藥的可能與TP53基因的缺陷或者丟失相關[42]。抑制gankyrin 介導的P53泛素化降解，可以從根源提高腫瘤細胞的凋亡水平，實現(xiàn)抗癌藥物敏感化[43]。下調(diào)的gankyrin 可以增強胃癌細胞對5-氟尿嘧啶和順鉑的化療敏感性[44]。此外，gankyrin 能夠結(jié)合熱休克轉(zhuǎn)錄因子(HSF1)促進ATG7表達,增強自噬通量以抵抗HCC患者索拉非尼治療[45]；抑制gankyrin 介導的P53 泛素化可以改善腫瘤細胞化療不敏感性[19]。有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)在TP53 陰性的肝癌細胞株Hep3B 中同樣存在敲低gankyrin 誘導腫瘤細胞凋亡的現(xiàn)象。表明gankyrin 調(diào)節(jié)腫瘤細胞凋亡存在不依賴P53的通路[46]。Gankyrin 調(diào)節(jié)腫瘤細胞凋亡的相關通路還有待進行深入的研究。

3 基于Gankyrin蛋白的腫瘤治療

一項關于gankyrin與腫瘤預后相關性的薈萃分析結(jié)果顯示gankyrin 可作為新的預測生物標志物和新型治療靶標[21,47-49]。該結(jié)果引起了研究者對“gankyrin 抑制”治療的興趣，即對gankyrin基因進行不同水平的調(diào)控，包括基因水平、轉(zhuǎn)錄水平、翻譯水平、和翻譯后水平的調(diào)控實現(xiàn)gankyrin 抑制，改善腫瘤預后。

小干擾RNA（siRNAs）又稱作非編碼雙鏈RNA，通過RNA 干擾機制特異性抑制mRNA表達[50,51]。利用siRNA 下調(diào)gankyrin表達，通過誘導pRB 去磷酸化抑制細胞周期G1-S 期相關基因表達，使肝癌細胞增殖受阻，從而抑制腫瘤細胞的生長[43]。Gankyrin的轉(zhuǎn)錄后水平受miRNA 調(diào)控。miR-214通過下調(diào)gankyrin 抑制骨髓瘤細胞生長[52]。miR-605 可直接結(jié)合gankyrin的3’UTR 區(qū)域，降低其在肝內(nèi)膽管癌（ICC）中的表達，通過P53/miR-605/PSMD10/MDM2 正反饋環(huán)抑制ICC細胞的增殖和侵襲[53]。miR-532-3p通過Gankyrin/AKT 信號通路調(diào)控肝細胞癌的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移[54]?；趍iRNA 轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控gankyrin表達對腫瘤表型影響的結(jié)果表明，下調(diào)gankyrin 可以作為臨床上治療癌癥的有效手段，研究和開發(fā)能夠結(jié)合gankyrin 并抑制與之相關的促癌通路成為今后研究的重點。

表觀遺傳的異常改變在gankyrin 相關腫瘤的治療方面越來越受重視。甲基化和組蛋白修飾是兩種最常見的表觀遺傳修飾，通過影響相關基因的轉(zhuǎn)錄因子來調(diào)節(jié)該基因的表達[12]。長鏈非編碼RNA Linc-GALH通過泛素化降解DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs），使gankyrin 發(fā)生去甲基化[55]，組蛋白去乙?；福℉DAC）通過去除組蛋白上的乙?；?，改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)象使轉(zhuǎn)錄失活[56]。研究發(fā)現(xiàn)組蛋白去乙?；福℉DAC）在調(diào)節(jié)gankyrin表達方面存在多效應。廣譜組蛋白去乙?；敢种苿㎜BH589通過阻斷Gankyrin/STAT3/AKT 信號通路,改善HCCs的增殖和轉(zhuǎn)移[57]；然而,上調(diào)的HDAC同樣可以和gankyrin 啟動子區(qū)C/EBPb 轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，通過抑制C/EBP 依賴性啟動子發(fā)揮下調(diào)gankyrin表達的作用[58]。綜上，HDAC 可作為靶向gankyrin 治療癌癥的潛在靶點。

最近的研究側(cè)重于gankyrin蛋白表面的蛋白-蛋白相互作用（protein-protein interactions，PPI）。Gankyrin PPI 可以調(diào)節(jié)機體的腫瘤抑制蛋白P53和pRB，從而實現(xiàn)gankyrin的促癌作用。因此，破壞或抑制gankyrin蛋白表面PPIs 成為了gankyrin靶向治療癌癥的新策略。已有相關研究證明小分子合成蛋白Gankyrin binding protein (GBPs)能夠通過靶向gankyrin的PPI，調(diào)節(jié)gankyrin與S6 ATP 酶之間的相互作用，從而抑制Gankyrin/MDM2依賴的P53 泛素化[59]。同樣的作用在小分子cjoc42中也得到了證實[60]。雖然關于gankyrin PPI 抑制劑的研究已經(jīng)取得的了初步的進展，但是目前尚未發(fā)現(xiàn)能夠特異性結(jié)合gankyrin的PPI 抑制劑，該領域還有待進行深入的研究。

4 總結(jié)

Gankyrin 作為新型致癌蛋白，被認為是許多腫瘤的生物標志物[61]。Gankyrin通過調(diào)節(jié)腫瘤細胞內(nèi)抑癌基因P53和pRB的活性和數(shù)量，導致腫瘤細胞過度增殖，引發(fā)惡性腫瘤。除此之外，gankyrin 還能調(diào)節(jié)腫瘤細胞生長、增殖相關的信號通路，包括PI3K/AKT信號通路、Wnt/β-catenin通路、IL-6/STAT3、核轉(zhuǎn)錄因子ReIA/NF-κB 等促進腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。降低腫瘤細胞gankyrin水平能夠增強腫瘤細胞對化療藥物的敏感性，其作用機制包括gankyrin 介導的P53 降解減弱和自噬抑制。綜上，腫瘤組織中特異性表達的gankyrin 不僅可以作為臨床上多種腫瘤的診斷標志，同時還能作為治療和改善腫瘤化療耐藥的潛在靶點，見圖2。利用小干擾RNA（siRNA）、表觀遺傳修飾、轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控等方式調(diào)節(jié)機體內(nèi)gankyrin水平以及破壞gankyrin表面PPI 從而降低其生物學活性達到抑制腫瘤的作用，成為了gankyrin靶向治療的重要手段。小分子合成蛋白（GBPs）和cjoc42 正是基于上述作用機制實現(xiàn)腫瘤的治療。雖然關于gankyrin PPI的研究已經(jīng)有了很大的收獲，但是尚未發(fā)現(xiàn)直接的gankyrin 結(jié)合物能夠調(diào)節(jié)癌細胞內(nèi)的gankyrin蛋白，在這方面，仍然存在很大的空間和挑戰(zhàn)。

圖2 Gankyrin 相關功能模式圖