人類PTTG1基因與腫瘤的研究進(jìn)展*

藍(lán)培基, 吳良銀

1韶關(guān)學(xué)院醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部生理生物教研室(廣東韶關(guān) 512026)；2粵北人民醫(yī)院檢驗(yàn)科(廣東韶關(guān) 512026)

垂體腫瘤轉(zhuǎn)化基因1(pituitary tumor transforming gene 1，PTTG1)是一種新近發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)致癌基因，惡性腫瘤的潛在生物標(biāo)志物[1]。它參與維持染色體穩(wěn)定性，監(jiān)控細(xì)胞周期的有序進(jìn)行，保障有絲分裂的忠實(shí)性和遺傳的穩(wěn)定性，并且參與惡性轉(zhuǎn)化和誘導(dǎo)腫瘤增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移。大量研究證實(shí)，PTTG1在各種內(nèi)分泌相關(guān)腫瘤和多種非內(nèi)分泌侵襲性實(shí)體腫瘤中顯著高表達(dá)，如膠質(zhì)瘤[2]、乳腺癌[3]、前列腺癌[4]、肝癌[5]、胃腺癌[6]、食管鱗狀細(xì)胞癌[7]、腸癌[8]、喉癌[9]等。我們對PTTG1基因的分子結(jié)構(gòu)、生物學(xué)特性、促癌機(jī)制和靶向治療作簡要綜述。

1 PTTG1基因分子結(jié)構(gòu)及生物學(xué)特性

人PTTG1基因位于5q33.3，全長超過10 kb, 包含5個(gè)外顯子和4個(gè)內(nèi)含子[1]。其轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)(TSS)位于翻譯起始點(diǎn)(ATG)上游約37bPs處，在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-35bP附近未發(fā)現(xiàn)經(jīng)典的TATA box序列，而在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游-474bp處發(fā)現(xiàn)了一個(gè)CAAT box序列[10]。人PTTG1存在3個(gè)SP1/GC盒、3個(gè)AP1、1個(gè)AP2結(jié)合序列、一個(gè)環(huán)腺苷酸反應(yīng)元件cAMP(CRE)序列、一個(gè)胰島素反應(yīng)元件(IRE)序列和一個(gè)核因子1(NF1)結(jié)合序列(圖1)[11]。SP1是一種廣泛表達(dá)的反式激活因子，它與GC盒序列結(jié)合，并調(diào)節(jié)多種管家基因的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄，SP1通過影響活性轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物的形成來介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄起始。研究人員把上游的2個(gè)SP1或3個(gè)SP1結(jié)合位點(diǎn)破壞后導(dǎo)致啟動(dòng)子活性顯著降低。這表明SP1結(jié)合位點(diǎn)可能在調(diào)節(jié)PTTG啟動(dòng)子活性中起重要作用。

圖1 PTTG1基因轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子區(qū)和編碼區(qū)的結(jié)構(gòu)

人PTTG1基因的cDNA序列全長為787 bp, 含有一個(gè)609 bp的完整開放閱讀框(cORF),編碼一條含202個(gè)氨基酸殘基的癌蛋白[1]。PTTG1蛋白也被稱為分離酶抑制蛋白或人類安全素，分子量為22.024 kDa，缺乏穩(wěn)定的三級結(jié)構(gòu)和最小的二級結(jié)構(gòu)，呈天然無折疊狀態(tài)[12]。PTTG1蛋白高度親水，部分位于細(xì)胞核內(nèi)，具有堿性N端部分和酸性C端部分，在其C-末端含有兩個(gè)保守的富含脯氨酸的PXXP區(qū)域(Pro163-Pro164-Ser165-Pro166，Pro170-Ser171-Pro172-Pro173)(圖2)[13]。PXXP基序能與SH3(Src同源3)結(jié)構(gòu)域結(jié)合，而SH3結(jié)構(gòu)域是細(xì)胞通訊的重要傳遞體，是細(xì)胞內(nèi)小G蛋白重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)介質(zhì)。這些富含脯氨酸的C末端基序發(fā)生突變可導(dǎo)致PTTG細(xì)胞轉(zhuǎn)化能力減弱、致瘤能力的喪失及堿性成纖維生長因子(bFGF)表達(dá)的下降。Hamid等[14]研究提示PTTG1蛋白致瘤功能的喪失不是由于表達(dá)的喪失，而是由于其誘導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的能力的喪失，PTTG可能通過SH3介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑發(fā)揮作用。因此，富含脯氨酸的C-末端基序在介導(dǎo)PTTG1致癌功能中是非常重要的。PTTG1蛋白N-末端51～54位氨基酸基序(Asp51-Ala52-Pro53-Pro54)也是一個(gè)潛在的SH3結(jié)合位點(diǎn)[13]。PTTG1蛋白的降解依賴于自身的KEN-box(Lys9-Glu10-Asn11)和D-box(Arg61-Lys62-Ala63-Leu64)兩個(gè)保守序列，以及TEK-box1(Thr71-Glu72-Lys73)和TEK-box2(Thr94-Glu95-Lys96)[15]。TEK-box是“Lys11”泛素化必需的，并能促進(jìn)泛素鏈成核，引導(dǎo)UBE2C/UBCH10泛素硫酯與受體賴氨酸殘基的催化活性的方向。這些保守基序能與許多后期促進(jìn)復(fù)合物或環(huán)體(APC/C)底物的破壞元件識別結(jié)合[12]。位于C-末端的123～154號氨基酸殘基之間含有一個(gè)能和PBF(PTTG1交互蛋白)特異性結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，兩者結(jié)合能促進(jìn)PTTG1從細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞核易位[16]。

圖2 人PTTG1蛋白結(jié)構(gòu)示意圖

2 PTTG1在惡性腫瘤中的表達(dá)

研究表明[1-2]PTTG1在多種腫瘤中顯著高表達(dá)，在睪丸及胸腺組織中也大量表達(dá)呈高活性，但在其他人體正常組織中低表達(dá)或不表達(dá)(圖3)。這提示PTTG1在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中有十分重要的作用。

注：數(shù)據(jù)來源：美國國家生物信息中心(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/?term=+9232)

2.1 PTTG1與膠質(zhì)瘤 PTTG最初是從大鼠 GH4 垂體瘤中分離的一種新型原癌基因。智通樂[2]博士研究發(fā)現(xiàn)，PTTG1在人膠質(zhì)瘤內(nèi)高表達(dá)，加速瘤細(xì)胞的增殖轉(zhuǎn)化，誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤的發(fā)生、發(fā)展。PTTG1蛋白在高級別星形細(xì)胞瘤中表達(dá)明顯高于低級別星形細(xì)胞瘤，提示PTTG1表達(dá)與膠質(zhì)瘤病理級別相關(guān)。后來實(shí)驗(yàn)[17]表明PTTG1高表達(dá)是由于PTTG1受到ECT2即上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化序列2的調(diào)控，ECT2激發(fā)去泛素化酶PSMD14，抑制轉(zhuǎn)錄因子E2F1的去泛素化，最終導(dǎo)致膠質(zhì)瘤細(xì)胞快速增殖。崔立山等[18]抑制PTTG1表達(dá)導(dǎo)致p-AKT、CyclinD1和C-myc表達(dá)顯著降低，因此推測PTTG1是通過AKT/C-myc/CyclinD1信號通路影響膠質(zhì)瘤細(xì)胞SHG44的增殖周期。

2.2 PTTG1與乳腺癌 清華大學(xué)車帆等[3]研究593個(gè)乳腺癌樣本，發(fā)現(xiàn)PTTG1在浸潤性乳腺癌中的表達(dá)顯著高于正常乳腺樣本。高表達(dá)的PTTG與雌激素受體、孕激素受體、細(xì)胞間質(zhì)分布及患者的生存時(shí)間密切相關(guān)。周樹偉等[19]利用生物信息學(xué)方法對乳腺癌基因組圖譜、蛋白組圖譜統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)乳腺癌樣本的PTTG1表達(dá)顯著高于正常乳腺組織，活動(dòng)期患者顯著高于早期患者。乳腺癌中的PTTG1高表達(dá)受多因素影響，包括自然殺傷細(xì)胞介導(dǎo)細(xì)胞毒性、細(xì)胞周期、趨化因子信號通路、細(xì)胞因子受體相互作用、Toll樣受體信號通路和T細(xì)胞受體信號通路。PTTG1越來越被認(rèn)為是乳腺癌預(yù)后評估的標(biāo)志物。

2.3 PTTG1與食管鱗狀細(xì)胞癌 馬晶[7]通過免疫組化和實(shí)時(shí)定量PCR技術(shù)檢測61例食管鱗狀細(xì)胞癌(ESCC)標(biāo)本，證實(shí)ESCC組織PTTG1表達(dá)顯著高于正常食管黏膜組織。最近研究[20]發(fā)現(xiàn)ESCC中PTTG1高表達(dá)與腫瘤的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)密切相關(guān)，PTTG1的減少導(dǎo)致EMT過程的抑制。PTTG1水平的下降抑制了ESCC細(xì)胞的入侵、遷移、增殖能力和體外結(jié)腸形成。抑制了體內(nèi)ESCC細(xì)胞小鼠異種移植模型的生長。Chen等[21]研究發(fā)現(xiàn)ESCC中過度表達(dá)的PTTG1通過調(diào)節(jié)下游目標(biāo)基因SLC25A17和ERH來完成ESCC、入侵和轉(zhuǎn)移。并且與分化、腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移(TNM)階段、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和入侵深度顯著相關(guān)。ESCC中PTTG蛋白的免疫活性主要位于細(xì)胞核中，偶爾位于腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。推測核PTTG參與信號轉(zhuǎn)換，并作為轉(zhuǎn)錄激活器來調(diào)節(jié)與ESCC生長和轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄。PTTG1可以作為ESCC的關(guān)鍵預(yù)測基因。

2.4 PTTG1與肝癌 李慶賀等[5]研究顯示肝癌組織中PTTG1蛋白表達(dá)率顯著高于癌旁組織，并且與衛(wèi)星結(jié)節(jié)、Ed-mondson病理分級密切相關(guān)。PTTG1是預(yù)測肝癌患者進(jìn)行診斷和根治性切除治療預(yù)后的潛在生物學(xué)標(biāo)志物。也有研究[22]發(fā)現(xiàn)PTTG1在肝癌中表達(dá)上調(diào)，并通過c-myc誘導(dǎo)參與了TNF-α的表達(dá)，促進(jìn)肝癌細(xì)胞的增殖和遷移，下調(diào)PTTG1能抑制肝癌細(xì)胞的增殖和遷移。PTTG1表達(dá)水平與肝癌患者生存率成反比，PTTG1可能是肝癌的潛在治療靶點(diǎn)。陶恒等[23]對腫瘤生存和肝細(xì)胞癌整合分子數(shù)據(jù)庫(HCCDB)作生物信息學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)PTTG1在肝癌組織中顯著過表達(dá)，存在多位點(diǎn)的突變，并通過p53信號通路和人類嗜T 細(xì)胞病毒感染通路來干擾細(xì)胞分裂。禤婕瀅等[24]研究發(fā)現(xiàn)PTTG1在肝癌組織中高表達(dá),且PTTG1蛋白表達(dá)與肝癌患者α-L-巖藻糖苷酶水平、腫瘤大小、分化程度等相關(guān)。

2.5 PTTG1與前列腺癌 趙明君等[4]采用QRT-PCR測定前列腺癌患者組織PTTG1高表達(dá)且與臨床分期、術(shù)后復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移和3年生存期相關(guān)。董振陽[25]通過體內(nèi)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和體外細(xì)胞功能學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了PTTG1能促進(jìn)前列腺的增殖、遷移侵襲，并發(fā)現(xiàn)其中的DDR-PLK1/FOXM1-PTTG1信號通路。Fraune等[26]對12 000多份前列腺癌樣本篩查，發(fā)現(xiàn)PTTG1表達(dá)與前列腺癌的晚期、Gleason分級、腫瘤細(xì)胞高增殖等特征密切相關(guān)，過度表達(dá)的PTTG1使得前列腺癌患者存活率下降。提示PTTG1在前列腺癌中具有重要的生物學(xué)意義。

2.6 PTTG1與腸癌 Ren等[8]研究發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌組織中PTTG1表達(dá)較正常結(jié)腸組織和結(jié)腸上皮細(xì)胞系增加，是結(jié)腸直腸癌的腫瘤基因。PTTG1過度表達(dá)是結(jié)腸直腸癌患者的一個(gè)獨(dú)立的不良預(yù)后因素，與臨床分期、T分型、N分型、M分型及分化程度呈正相關(guān)。體外實(shí)驗(yàn)表明，敲除PTTG1基因可抑制結(jié)直腸癌的生長和轉(zhuǎn)移。劉恒山[27]的研究顯示結(jié)直腸癌組織 PTTG1基因啟動(dòng)子區(qū)CpG島(-1～-400 bp區(qū)域，共有32個(gè)甲基化位點(diǎn))的甲基化率低于癌旁組織，并且甲基化率與腫瘤的浸潤深度、分化程度相關(guān)，與直腸癌患者的年齡、性別、淋巴轉(zhuǎn)移等無關(guān)。

2.7 PTTG1與胃腺癌 馮盼盼等[6]應(yīng)用原位雜交和免疫組織化學(xué)鏈霉菌抗生物素蛋白-過氧化物酶法檢測197例胃腺癌組織及65例正常胃黏膜組織，發(fā)現(xiàn)胃腺癌組織中PTTG1的mRNA和蛋白均過度表達(dá),其過表達(dá)可能與胃腺癌發(fā)生有關(guān)。PTTG1是胃癌的獨(dú)立預(yù)后生物標(biāo)志物。姚寧華等[28]通過GEO數(shù)據(jù)庫對70例胃腺癌組織統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)PTTG1在胃腺癌組織中顯著高表達(dá),是胃腺癌形成的關(guān)鍵基因，PTTG1可能通過調(diào)控細(xì)胞周期參與胃腺癌的發(fā)生、發(fā)展。

2.8 PTTG1與喉癌 Ma等[9]發(fā)現(xiàn)PTTG1在喉癌組織中的表達(dá)明顯高于癌旁正常喉組織，并與腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、分期、惡性程度密切相關(guān)。張志軒等[29]研究結(jié)論血清PTTG1的表達(dá)水平與喉癌患者的臨床病理特征密切相關(guān)，MMP-2和MMP-9水平呈正相關(guān)。PTTG1表達(dá)水平可用作評估喉癌預(yù)后的指標(biāo)。PTTG1的高表達(dá)是喉癌患者預(yù)后不佳的因素之一。

3 PTTG1參與調(diào)控腫瘤發(fā)生、發(fā)展的作用機(jī)制

PTTG1蛋白又稱securin,與脊椎動(dòng)物的酵母安全蛋白Pds1和Cut2相類似[12]。PTTG1致增殖、致癌機(jī)制目前仍知之甚少。

3.1 PTTG1阻礙姐妹染色單體分離 PTTG1高表達(dá)使得關(guān)鍵蛋白Mad/Bub被活化,引起Mad2、BubR1和Bub3三者聚合成蛋白復(fù)合體，并與Cdc20(Cell Division Cycle 20)蛋白結(jié)合，進(jìn)而抑制APC/C(Anaphase-Promoting Comples/Cyclosome)的活性[13]，造成泛素/26S蛋白酶體系統(tǒng)(Ubiquitin/26S Pro-teasome System，UPS)不能開啟，導(dǎo)致securin無法被26S-蛋白介導(dǎo)的泛素水解酶降解(securin的降解依賴于自身的D-box和KEN-box兩個(gè)保守序列[1])。大量的securin和Separin蛋白結(jié)合，直接抑制Separin蛋白蛋白的活性，造成Cohesin蛋白無法正常降解[30](Cohesin蛋白是姐妹染色單體的連接元件)，影響姐妹染色單體分離，導(dǎo)致子代細(xì)胞非整倍體形成和染色體不穩(wěn)定突變幾率增加，造成原癌基因數(shù)量增加和抑癌基因丟失的積累，細(xì)胞出現(xiàn)增殖-凋亡失衡，致使腫瘤發(fā)生。見圖4。

圖4 PTTG1干擾染色單體分離

3.2 PTTG1與腫瘤血管的生成 Ishikawa等[31]研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染PTTG1的NIH 3T3細(xì)胞培養(yǎng)液中bFGF的含量顯著高于對照組，并且，這種培養(yǎng)液在體外能誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞增生、遷移和毛細(xì)血管管腔形成，注入動(dòng)物模型體內(nèi)則能促進(jìn)雞絨毛膜、鳥囊膜呈車軸狀排列，這些都是血管新生的表現(xiàn)。Heaney等[32]通過大鼠GH細(xì)胞揭示了PTTG1可通過正反饋調(diào)節(jié)通路促進(jìn)bFGF的表達(dá)，參與腫瘤血管的生成。一種PTTG1交互蛋白(PBF)的C-末端含有核定位信號，能協(xié)助分布在細(xì)胞質(zhì)中的securin運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞核內(nèi)，激活bFGF的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)bFGF的表達(dá)。bFGF具有強(qiáng)烈的血管生成作用。PTTG1主要在基因轉(zhuǎn)錄水平激活bFGF、上調(diào)bFGF的表達(dá)。最近研究顯示垂體瘤患者在成功手術(shù)后，血清中bFGF水平明顯下降[33]。PTTG1還可以促進(jìn)VEGF的分泌，從而促進(jìn)腫瘤血管的生成。PTTG1對bFGF和VEGF因子的作用依賴于它C端SH3結(jié)構(gòu)域。此區(qū)域受到干擾破壞，則喪失上調(diào)bFGF和VEGF的能力。過度表達(dá)的PTTG1通過刺激bFGF和VEGF的表達(dá)，誘導(dǎo)腫瘤血管生長和發(fā)育[14]，從而加速腫瘤生長，并與腫瘤浸潤和轉(zhuǎn)移有關(guān)。這些作用可能與TGF-β/PI3K-AKT-mTOR通路有關(guān)[33]。

4 PTTG1基因與靶向抗腫瘤治療

PTTG1基因作為一種強(qiáng)效癌基因，靶向下調(diào)或沉默其表達(dá)，能有效降低或阻止其對靶細(xì)胞或組織器官的破壞性。目前關(guān)于PTTG1基因的靶向治療均來自模式動(dòng)物或模式細(xì)胞實(shí)驗(yàn)。

崔立山等[18]使用PTTG1-siRNA轉(zhuǎn)染SHG44細(xì)胞24 h后，結(jié)果神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞SHG44呈現(xiàn)單克隆分布，細(xì)胞間彼此不形成相互連接成網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)通道，成功通過下調(diào)PTTG1表達(dá)抑制了SHG44細(xì)胞的血管生成擬態(tài)生成。魏洋洋等[34]利用PTTG1-siRNA轉(zhuǎn)染前列腺癌 LNCa P-AI細(xì)胞模型，結(jié)果有效抑制了PTTG1的表達(dá)，并發(fā)現(xiàn)下調(diào)PTTG1基因表達(dá)可促進(jìn)LNCa P-AI細(xì)胞衰老，可能和線粒體損傷有關(guān)。郝鑫賓等[35]研究發(fā)現(xiàn)PTTG1-siRNA能增加塞來昔布對骨肉瘤細(xì)胞生長的抑制作用，其作用機(jī)制可能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡有關(guān)。學(xué)者[36]通過miR-186下調(diào)PTTG1表達(dá)，成功抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖及侵襲并促進(jìn)細(xì)胞凋亡。陳井陽等[37]通過siRNA下調(diào)PTTG1表達(dá)，出現(xiàn)caspase-3活化，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。提示PTTG1可成為卵巢癌基因治療的潛在靶點(diǎn)。董振陽[25]在對小鼠荷瘤模型藥物治療時(shí)，發(fā)現(xiàn)奧拉帕尼聯(lián)合卡鉑能顯著抑制PTTG1的表達(dá)，并抑制前列腺癌增殖。Hu等[38]利用miR-329抑制PTTG1的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)MAPK信號通路失活，成功抑阻止了膽囊癌細(xì)胞增殖和腫瘤生長。Prabu等[39]成功開發(fā)出首個(gè)抗PTTG1的SECURA-3 RNA 試劑盒，并證實(shí)其在HeLa細(xì)胞系中PTTG1和CXCR2轉(zhuǎn)錄活性的拮抗作用。

5 展望

以上大量研究表明PTTG1在多種腫瘤中過度表達(dá)，通過多種途徑參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程，與腫瘤的分化、侵襲和轉(zhuǎn)移程度有關(guān)，對腫瘤治療的預(yù)后評估有重要的價(jià)值，可以作為惡性腫瘤的潛在生物標(biāo)志物。PTTG1的臨床意義越來越受到重視，但其臨床意義有待進(jìn)一步證實(shí)，其異常表達(dá)的機(jī)制尚未完全明白。PTTG1作為腫瘤治療的新靶點(diǎn)，可以利用強(qiáng)大生物信息學(xué)技術(shù)和臨床數(shù)據(jù)庫挖掘出PTTG1本身的功能結(jié)構(gòu)位點(diǎn)和下游作用蛋白，進(jìn)而找出它們之間的通訊方式和致癌機(jī)制。目前，PTTG1的靶向治療手段主要是RNA干擾技術(shù)，尚未發(fā)現(xiàn)利用基因編輯技術(shù)對其開展靶向治療和研究的文獻(xiàn)。嘗試?yán)帽环Q為“基因神剪”的CRISPR/Cas9 系統(tǒng)研究PTTG1的致增殖、致癌機(jī)制，將是我們努力的新方向。

利益相關(guān)聲明：所有作者共同認(rèn)可文章無相關(guān)利益沖突。

作者貢獻(xiàn)說明：藍(lán)培基負(fù)責(zé)論文撰寫、修改、定稿；吳良銀負(fù)責(zé)審校。