野生型p53誘導(dǎo)的磷酸酶1在常見(jiàn)慢性疾病中的作用及相關(guān)分子生物學(xué)機(jī)制

陸倩茹，孫雄山，楊永健

(1中國(guó)人民解放軍西部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院心血管內(nèi)科，成都 610083；2西南交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院，成都 610031)

野生型p53誘導(dǎo)的磷酸酶1(wild-type p53 induced phosphatase 1，Wip1)屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶，是2C型蛋白磷酸酶家族成員。Wip1蛋白由PPM1D基因編碼，該基因位于人類(lèi)染色體17q23及小鼠11號(hào)染色體，其活性依賴(lài)于二價(jià)陽(yáng)離子Mg2+/Mn2+[1]。Wip1最早是在機(jī)體遭受電離輻射后，作為p53的靶基因參與應(yīng)答被發(fā)現(xiàn)[2]。隨著研究范圍的擴(kuò)展，研究人員發(fā)現(xiàn)多種應(yīng)激狀態(tài)均可誘導(dǎo)Wip1的表達(dá)[3]。多種刺激因子(如血小板源性生長(zhǎng)因子等)誘導(dǎo)產(chǎn)生的Wip1可直接與相關(guān)信號(hào)通路中的關(guān)鍵信號(hào)分子結(jié)合并使其去磷酸化，從而在細(xì)胞增殖、遷移及凋亡，細(xì)胞周期停滯和DNA損傷修復(fù)中發(fā)揮作用，對(duì)機(jī)體免疫功能、衰老及炎癥等進(jìn)行調(diào)控[4,5]。本文將對(duì)Wip1在腫瘤、造血干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、神經(jīng)發(fā)生及心血管疾病等常見(jiàn)慢性疾病中的作用及相關(guān)分子生物學(xué)機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 Wip1在腫瘤發(fā)生中的作用

腫瘤作為威脅人類(lèi)健康的首要疾病，近年來(lái)對(duì)其作用機(jī)制的研究不斷深入。機(jī)體在各種因素的刺激下，會(huì)引起DNA損傷。部分學(xué)說(shuō)認(rèn)為細(xì)胞在進(jìn)化中逐步形成一個(gè)DNA損傷反應(yīng)系統(tǒng)，主要包括細(xì)胞周期檢查點(diǎn)、衰老和凋亡[6]。若該系統(tǒng)不能修復(fù)損傷的DNA，則可能造成基因突變和染色體重排或丟失，從而誘發(fā)腫瘤[7]。早期研究證實(shí)Wip1是一種原癌基因，通過(guò)抑制DNA損傷反應(yīng)系統(tǒng)，在多種類(lèi)型的人類(lèi)腫瘤發(fā)生、進(jìn)展、治療和預(yù)后中發(fā)揮重要作用[8]。有研究表明，Wip1通過(guò)去磷酸化DNA損傷反應(yīng)系統(tǒng)中的幾種關(guān)鍵蛋白，包括腫瘤抑制蛋白p53、共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變(ataxia telangiectasia mutation，ATM)、細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)激酶1(cell cycle checkpoint kinase 1，Chk1)、Chk2、鼠雙微體蛋白2(murine double minute 2，MDM2)及 p38絲裂素活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK)等，形成負(fù)反饋循環(huán)，從而抑制細(xì)胞周期阻滯及凋亡，促進(jìn)腫瘤形成[ 9-11]。在這些循環(huán)中，Wip1對(duì)p53的負(fù)性調(diào)控最為重要[12]。p53是一種重要的抑癌基因，Wip1不僅能直接去磷酸化p53蛋白，還可通過(guò)p38MAPK和MDM2間接滅活p53蛋白，從而減弱其功能[3,9]。此外，Wip1對(duì)p53發(fā)生作用所導(dǎo)致的有絲分裂重新啟動(dòng)和不受控制的多倍體復(fù)制，也可能是腫瘤進(jìn)展的潛在機(jī)制[12]。

近期研究發(fā)現(xiàn)，Wip1在多種腫瘤中過(guò)度表達(dá)。與非癌組織相比，Wip1在肝細(xì)胞癌組織中過(guò)表達(dá)，高水平的Wip1表達(dá)與更晚期的腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，且是其顯著的獨(dú)立預(yù)后因素[13]。Wip1-p53及Wip1-MDM2-p53信號(hào)通路在神經(jīng)母細(xì)胞瘤的發(fā)生過(guò)程中發(fā)揮重要作用，促使腫瘤進(jìn)展到更晚期階段，導(dǎo)致化療耐藥和預(yù)后不良[14，15]。此外，Buss等[16]研究表明，Wip1表達(dá)上調(diào)與髓母細(xì)胞瘤預(yù)后不良有關(guān)。Sun等[17]研究發(fā)現(xiàn)，Wip1對(duì)鼻咽癌有致瘤作用，Wip1的高表達(dá)會(huì)導(dǎo)致更具侵襲性的分級(jí)、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和不良預(yù)后。以上研究表明Wip1在腫瘤發(fā)生、遷移及侵襲中發(fā)揮重要作用。Wip1表達(dá)水平可預(yù)示疾病預(yù)后，或可成為潛在的腫瘤標(biāo)志物、治療靶點(diǎn)和預(yù)后指標(biāo)。

2 Wip1在造血干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)中的作用

造血干細(xì)胞(hematopoietic stem cells，HSC)是一種多能細(xì)胞，由長(zhǎng)期造血干細(xì)胞(long-term hematopoietic stem cells，LT-HSC)和短期造血干細(xì)胞(short-term hematopoietic stem cells，ST-HSC)組成。ST-HSC為L(zhǎng)T-HSC不對(duì)稱(chēng)分裂后產(chǎn)生的早期前體細(xì)胞[18]。有研究發(fā)現(xiàn)，Wip1在LT-HSC中的表達(dá)水平高于其在ST-HSC中的表達(dá)水平，且Wip1在LT-HSC中的表達(dá)量隨著年齡增長(zhǎng)而逐漸降低。此外，一項(xiàng)競(jìng)爭(zhēng)性移植試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，接受Wip1-/-HSC移植小鼠骨髓中移植HSC的再生能力明顯降低，其分化為造血祖細(xì)胞的比例也進(jìn)一步降低，表明Wip1可能參與了造血干細(xì)胞的分化和活性的調(diào)節(jié)[19]。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，Wip1可調(diào)節(jié)多能HSC早期階段的分化和活性。Wip1-/-小鼠出現(xiàn)早衰的表型，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Wip1-/-小鼠的HSC亦有早衰的現(xiàn)象，表現(xiàn)為髓系HSC的數(shù)量增加、造血分化偏斜和再增殖能力受損[20]。最新研究發(fā)現(xiàn)，在順鉑治療后的急性髓系白血病和骨髓增生異常綜合征患者中，HSC介導(dǎo)的異常細(xì)胞增殖與Wip1突變相關(guān)。Hsu等[21]的體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Wip1突變細(xì)胞經(jīng)順鉑篩選具有生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)抵抗藥物誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，提高突變HSC細(xì)胞存活率，產(chǎn)生克隆性造血。另有文獻(xiàn)稱(chēng)，Wip1突變?cè)诨熀筚x予造血細(xì)胞選擇性?xún)?yōu)勢(shì)和化療抗性，并指出Wip1通過(guò)抑制DNA損傷反應(yīng)系統(tǒng)所導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡減少、細(xì)胞周期改變和線粒體功能受損等，可能是產(chǎn)生耐藥表型的原因[22]。以上研究揭示W(wǎng)ip1在調(diào)節(jié)HSC功能活性和分化中具有重要作用。在生理?xiàng)l件下，Wip1的活性致力于維持HSC的靜止?fàn)顟B(tài)，促進(jìn)HSC的分化；而Wip1缺乏會(huì)導(dǎo)致HSC過(guò)早衰老，并伴隨著較高的自我增殖率和較低的分化能力，導(dǎo)致骨髓細(xì)胞的再生能力降低。在血液系統(tǒng)腫瘤中，Wip1突變引起的HSC的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)和化療抗性，會(huì)加速疾病進(jìn)展。

3 Wip1在神經(jīng)發(fā)生中的作用

眾所周知，神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)高級(jí)生物的生理功能活動(dòng)起主導(dǎo)作用。作為神經(jīng)系統(tǒng)最基本的結(jié)構(gòu)和功能單位，神經(jīng)元的持續(xù)更新是大腦可塑性的重要組成部分。神經(jīng)發(fā)生是神經(jīng)祖細(xì)胞(neural progenitor cells，NPC)增殖、分化為新的神經(jīng)元的過(guò)程，有助于腦內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，對(duì)神經(jīng)可塑性、學(xué)習(xí)和記憶等多種大腦生理功能有重要作用[23]。在成年哺乳動(dòng)物腦中，前腦的腦室下區(qū)(subventricular zone，SVZ)和海馬顆粒下區(qū)是神經(jīng)干細(xì)胞所在區(qū)域，這里多能干細(xì)胞不斷產(chǎn)生祖細(xì)胞，最終形成成熟的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞[24]。體外研究發(fā)現(xiàn)，p53活性的升高限制了SVZ NPC的再生能力[25]，而Wip1可通過(guò)去磷酸化或負(fù)反饋環(huán)抑制p53[8]。另有文獻(xiàn)稱(chēng)，Wip1通過(guò)抑制p38 MAPK通路及細(xì)胞周期素依賴(lài)性激酶4抑制蛋白/可變讀框區(qū)通路，提升NPC的自我更新能力[26，27]。然而，一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，p38MAPK在SVZ NPC有絲分裂過(guò)程中被磷酸化，抑制p38 MAPK會(huì)干擾SVZ NPC細(xì)胞的增殖和自我更新[28]。Wip1對(duì)NPC的影響還需更多體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。另一項(xiàng)關(guān)于神經(jīng)發(fā)生的研究發(fā)現(xiàn)，ATM作為介導(dǎo)DNA損傷引起的未成熟NPC凋亡的關(guān)鍵分子[29]，而其活性受Wip1調(diào)控。以上研究表明Wip1在神經(jīng)發(fā)生中發(fā)揮著重要作用，Wip1可能通過(guò)去磷酸化p53、p38MAPK及ATM等靶點(diǎn)分子調(diào)節(jié)NPC的數(shù)量，參與NPC內(nèi)在調(diào)控。

4 Wip1在心血管疾病中的作用

隨著我國(guó)老齡化進(jìn)程的加快，心血管疾病發(fā)病率逐年上升。Wip1在心血管疾病病理生理中的作用，目前研究主要集中在動(dòng)脈粥樣硬化和心肌梗死。動(dòng)脈粥樣硬化是大中型動(dòng)脈慢性炎性血管壁病變，其發(fā)展涉及動(dòng)脈內(nèi)膜中各種細(xì)胞類(lèi)型的激活(包括內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)，從而導(dǎo)致局部炎癥反應(yīng)[30]。最近研究發(fā)現(xiàn)，Wip1對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化有促進(jìn)作用[31,32]。早期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Wip1-/-小鼠通過(guò)調(diào)控ATM-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白通路，阻止早期泡沫細(xì)胞的形成，最終減緩動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成[33]。血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)作為血管壁的主要組成部分，在維持血管功能上發(fā)揮重要作用[34]?，F(xiàn)有證據(jù)表明，VSMC異常增殖和遷移在心血管疾病進(jìn)展中發(fā)揮重要作用[35]。Wip1可通過(guò)調(diào)控單磷酸腺苷激活蛋白激酶實(shí)現(xiàn)對(duì)VSMC增殖的調(diào)控[31]。上述實(shí)驗(yàn)均說(shuō)明，Wip1作為負(fù)性調(diào)節(jié)因子促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化性疾病的發(fā)生發(fā)展。此外，Tang等[32]的體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Wip1可以在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成過(guò)程中抑制巨噬細(xì)胞的遷移和吞噬功能，Wip1-/-的巨噬細(xì)胞通過(guò)激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B通路，增強(qiáng)細(xì)胞遷移能力。但該研究并未重復(fù)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，尚不能證實(shí)Wip1介導(dǎo)巨噬細(xì)胞的遷移、吞噬及抑制，與動(dòng)脈粥樣硬化的直接關(guān)系。而目前關(guān)于Wip1對(duì)心臟病理生理作用及相關(guān)機(jī)制的研究有限。Liu等[36]研究表明，Wip1可以減輕心肌梗死所致的缺血性心肌損傷，但尚無(wú)相關(guān)分子調(diào)控機(jī)制報(bào)道，仍需進(jìn)一步探索。

5 總 結(jié)

綜上所述，Wip1通過(guò)在多種分子網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通路中參與蛋白質(zhì)磷酸化的時(shí)空調(diào)控對(duì)各種慢性疾病發(fā)揮作用。一方面，Wip1通過(guò)去磷酸化DNA損傷反應(yīng)系統(tǒng)中幾種關(guān)鍵蛋白，引起細(xì)胞周期阻滯，抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)腫瘤形成并導(dǎo)致更具侵襲性的分級(jí)、預(yù)后不良和化療耐藥。另一方面，Wip1的表達(dá)可促進(jìn)神經(jīng)祖細(xì)胞的增殖及造血干細(xì)胞的分化。此外，Wip1通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬、凋亡、膽固醇外流及巨噬細(xì)胞的遷移，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的發(fā)生、發(fā)展。但在發(fā)生心肌梗死后，卻可以保護(hù)心臟的缺血性損傷。因此，在常見(jiàn)慢性疾病中，調(diào)控Wip1的表達(dá)和活性變化，對(duì)于疾病的生物學(xué)效應(yīng)及藥物靶點(diǎn)的研發(fā)十分關(guān)鍵。