異構(gòu)酶Pin1生理特性與其在腫瘤中的作用研究進(jìn)展

黃恩雨，馬音曉 綜述 何志巍 審校

廣東醫(yī)科大學(xué)中美腫瘤研究所（東莞 523808）

脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶1（peptidyl-prolyl cis-trans isomerase NIMA-interacting 1，Pin1）是一種分子量為16KD的小分子蛋白，包含N末端的WW結(jié)構(gòu)域和C末端PPIase結(jié)構(gòu)域[1]。WW結(jié)構(gòu)域是異構(gòu)酶與靶蛋白結(jié)合部位，能夠特異性結(jié)合在磷酸化蛋白的絲氨酸/蘇氨酸-脯氨酸（phosphorylated Serine/Threonine-Proline，pS/T-P）基序上，PPIase結(jié)構(gòu)域在此基礎(chǔ)上對(duì)靶蛋白發(fā)揮異構(gòu)作用。研究發(fā)現(xiàn)Pin1作為關(guān)鍵的信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白，在侵襲性腫瘤中普遍高表達(dá)，并與腫瘤的發(fā)展和預(yù)后密切相關(guān)[2]。Pin1在腫瘤中的作用機(jī)制已成為目前腫瘤防治的研究熱點(diǎn)。

1 Pin1的生理特性

Pin1 的兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域分別行使不同的功能，其中N末端WW結(jié)構(gòu)域識(shí)別并結(jié)合靶蛋白pS/T-P結(jié)構(gòu)域，而C 末端PPIase 結(jié)構(gòu)域執(zhí)行順?lè)串悩?gòu)化功能[1]。Pin1 定向結(jié)合靶蛋白的脯氨酸前磷酸化位點(diǎn)，再使之異構(gòu)化，從而導(dǎo)致靶蛋白的構(gòu)型發(fā)生改變，影響其穩(wěn)定性、亞細(xì)胞定位、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用及其它翻譯后修飾等。因此，Pin1 能夠調(diào)節(jié)磷酸化蛋白質(zhì)的功能。Pin1 磷酸化被認(rèn)為是Pin1 異構(gòu)酶活性的一個(gè)標(biāo)志，S/T-P在蛋白質(zhì)底物上的磷酸化是其與Pin1結(jié)合活性及隨后異構(gòu)化的前提[3]。由于S/T-P上蛋白質(zhì)的磷酸化是控制細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制，能廣泛參與器官發(fā)育和代謝的調(diào)節(jié)，故Pin1在細(xì)胞周期進(jìn)程、合成蛋白折疊和DNA損傷反應(yīng)中起著重要作用[3]。

1.1 Pin1在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的全局作用

Pin1在信號(hào)傳導(dǎo)中主要有三個(gè)作用。其一，Pin1能夠特異性結(jié)合在pS/T-P基序，使得Pin1被視為與脯氨酸導(dǎo)向激酶相關(guān)聯(lián)的“讀寫(xiě)器”。一些報(bào)告證明，Pin1在許多蛋白質(zhì)上的絲氨酸或蘇氨酸磷酸化之后連接脯氨酸，再通過(guò)異構(gòu)活性而使被結(jié)合的磷酸化蛋白發(fā)生構(gòu)象變化，從而達(dá)到轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控模式以及影響磷酸化蛋白的翻譯后修飾引起進(jìn)一步的調(diào)節(jié)，例如通過(guò)促進(jìn)靶蛋白與其他激酶、磷酸酶、乙酰轉(zhuǎn)移酶等的結(jié)合[4]。

其二，Pin1能優(yōu)化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，對(duì)組織發(fā)育有重要影響。Pin1 通過(guò)調(diào)節(jié)一條通路的單個(gè)成員以及它們的同源激活劑和抑制劑，最終確定其激活狀態(tài)的水平，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的微調(diào)和放大作用。例如：人類乳腺上皮細(xì)胞中生長(zhǎng)因子激活的RAS/MAPK 途徑，因?yàn)镻in1 被證明在所有信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)水平上都起到放大作用，包括穩(wěn)定受體、增強(qiáng)轉(zhuǎn)導(dǎo)激酶的活化、增加穩(wěn)定性轉(zhuǎn)錄因子和效應(yīng)因子的作用，進(jìn)而促進(jìn)了這種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進(jìn)細(xì)胞增殖[5]。此外，Pin1還參與其他信號(hào)途徑的調(diào)節(jié)，并控制RAS/MAPK途徑和蛋白磷酸酶以外的幾種激酶的水平和活性，故被稱為腫瘤發(fā)生的“催化因子”[4]。

其三，Pin1能調(diào)控基因的表達(dá)。研究表明Pin1能夠通過(guò)控制轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白和參與RNA剪接、mRNA降解、DNA修復(fù)、rRNA沉默和核糖體的組裝等過(guò)程來(lái)影響基因的轉(zhuǎn)錄[6]。此外，Pin1 還能調(diào)節(jié)表觀遺傳調(diào)控因子和轉(zhuǎn)錄因子，直接影響轉(zhuǎn)錄機(jī)制和轉(zhuǎn)錄后事件，并在基因特異性和整體調(diào)控基因表達(dá)方面發(fā)揮作用[7]。

1.2 Pin1在細(xì)胞周期中的調(diào)控作用

細(xì)胞增殖的一個(gè)普遍機(jī)制是以脯氨酸為導(dǎo)向的絲氨酸或蘇氨酸磷酸化，其強(qiáng)調(diào)Pin1的多水平干預(yù)。在細(xì)胞周期的整個(gè)過(guò)程中，Pin1 對(duì)多種磷酸化蛋白的調(diào)節(jié)以及在各種信號(hào)中發(fā)揮的作用是影響細(xì)胞周期進(jìn)程和細(xì)胞分裂的關(guān)鍵[8]。

在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的研究揭示，Pin1 動(dòng)態(tài)控制細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白的功能在細(xì)胞周期的所有階段都是必需的[8-9]。在正常細(xì)胞中，細(xì)胞周期蛋白的水平會(huì)有適度的波動(dòng)，這對(duì)于細(xì)胞從一個(gè)階段進(jìn)展到另一個(gè)階段是至關(guān)重要的，特別是細(xì)胞周期蛋白D（cyclin D）和細(xì)胞周期蛋白E（cyclin E），在細(xì)胞周期進(jìn)程中，它們的水平迅速升高而后降解，在結(jié)合并激活特異性細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent protein kinases，CDKs）后，在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平上強(qiáng)烈依賴Pin1的活性。研究表明Pin1能夠引起磷酸化的視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤抑制蛋白（pRB）異構(gòu)化，從而調(diào)節(jié)pRB 的進(jìn)一步磷酸化和細(xì)胞周期進(jìn)程中pRB 的失活，同時(shí)，Pin1 與pRB 形成的Pin1-pRB 復(fù)合物釋放出E2F（E2F 轉(zhuǎn)錄因子家族是參與細(xì)胞周期及細(xì)胞凋亡重要的調(diào)節(jié)因子），以此來(lái)控制G1-S期（細(xì)胞周期G1期至S期）轉(zhuǎn)變[10]。在S期，Pin1能夠調(diào)控DNA的合成和中心體復(fù)制[11]以及RNA聚合酶II在轉(zhuǎn)錄基因啟動(dòng)子上的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)[12]。此外，Pin1還控制G2-M 期轉(zhuǎn)換，在G2 期Pin1 與早期有絲分裂抑制因子1（Emi1）結(jié)合，并阻止Emi1 與SCF（Skp1-Cul1-Fbox）在異構(gòu)化依賴的途徑上的關(guān)聯(lián)，從而保護(hù)了Emi1在G2期免被降解，細(xì)胞周期蛋白A（cyclin A）和細(xì)胞周期蛋白B（cyclin B）通過(guò)Pin1依賴的Emi1在G2期間的穩(wěn)定積累誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入S期和M期[13]。這些研究證實(shí)Pin1在細(xì)胞周期中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，是細(xì)胞周期進(jìn)程的微調(diào)器。

除了能夠調(diào)控細(xì)胞周期外，Pin1 還能通過(guò)調(diào)控抑癌基因p53及p73的水平，同時(shí)促進(jìn)基因毒性應(yīng)激后的Che-1蛋白（一種人RNA聚合酶II結(jié)合蛋白）降解[14]，從而參與并促進(jìn)細(xì)胞DNA損傷后的凋亡反應(yīng)。

2 Pin1在腫瘤中的作用

腫瘤發(fā)生是一個(gè)多步驟和多因素的過(guò)程，在遺傳水平和表觀遺傳水平上的改變，導(dǎo)致細(xì)胞出現(xiàn)失控的細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)化，其中細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)化的一個(gè)主要調(diào)控機(jī)制是蛋白質(zhì)在脯氨酸前的絲氨酸或蘇氨酸殘基上被各種蛋白激酶的磷酸化。研究發(fā)現(xiàn)Pin1 可以激活或穩(wěn)定多種腫瘤蛋白，以及通過(guò)抑制一些抑癌基因的表達(dá)或使抑癌基因失活來(lái)促進(jìn)腫瘤的發(fā)生[15]。通常情況下，Pin1在大多數(shù)正常組織中的表達(dá)水平很低，其表達(dá)與細(xì)胞增殖有關(guān)，高水平的Pin1 只存在于少數(shù)細(xì)胞類型中。然而，Pin1 在許多人類腫瘤中過(guò)度表達(dá)，例如鼻咽癌、乳腺癌和肝癌等[9]，在癌癥患者中，Pin1的表達(dá)水平與臨床預(yù)后及疾病進(jìn)展密切相關(guān)[16]。這些結(jié)果表明，Pin1在大多數(shù)人類腫瘤中的高表達(dá)能使其成為很好的預(yù)后標(biāo)志物，抑制Pin1 的過(guò)度表達(dá)可以抑制腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)化表型和抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，其對(duì)人類癌癥的發(fā)病機(jī)制、診斷和治療有重要意義。

2.1 Pin1與肝癌

肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是世界范圍內(nèi)最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，飲酒和乙肝病毒（HBV）或丙肝病毒（HCV）感染是導(dǎo)致HCC 發(fā)生的重要因素[17]。HCC 惡性程度高、發(fā)展迅速且隱蔽、晚期治愈率低，并具有侵襲和轉(zhuǎn)移的潛能。絕大多數(shù)肝癌患者在確診后一年內(nèi)死亡，其原因是缺乏有效的靶向藥物，無(wú)法同時(shí)阻斷多種癌癥驅(qū)動(dòng)途徑。Pin1 在70%左右的肝癌患者中過(guò)度表達(dá)并促進(jìn)肝癌的發(fā)生，同時(shí)HCC預(yù)后不良伴隨著Pin1 的高表達(dá)[18]，研究表明Pin1 通過(guò)與不同底物的相互作用，誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞轉(zhuǎn)化和抑制細(xì)胞凋亡[19]。由此可見(jiàn)Pin1 在肝癌轉(zhuǎn)移和預(yù)后中起到關(guān)鍵作用。

MicroRNA（miRNA）是一類長(zhǎng)度為21～23個(gè)核苷酸的非編碼小RNA，通過(guò)抑制蛋白質(zhì)翻譯或破壞靶基因的穩(wěn)定來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)的水平[20]。在肝癌中，miRNA表達(dá)下調(diào)，這可能是由miRNA的合成缺陷引起的，而Pin1 能夠通過(guò)改變輸出蛋白5（exportin-5，XPO5）的構(gòu)象來(lái)降低XPO5 從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)輸出miRNA 前體的能力，從而引起成熟miRNA 水平下降，以此促進(jìn)肝癌的發(fā)展[21]。上述研究提示，靶向抑制Pin1有望成為治療肝癌的新策略。索拉非尼（Sorafenib）是目前唯一一種治療晚期肝癌的靶向藥，但總體療效欠佳，ZHENG等[22]的研究發(fā)現(xiàn)下調(diào)Pin1可提高索拉非尼抗腫瘤的作用。研究證實(shí)應(yīng)用Pin1抑制劑API-1（一種6-o-芐基鳥(niǎo)嘌呤衍生物）[23]、全反式維甲酸（all-trans retinoic acid，ATRA）[24-25]以及在API-1 基礎(chǔ)上改進(jìn)的API-LP（API-1 載入脂質(zhì)體）[26]等可有效抑制肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。此 外，NG 等[27]的研 究 證 明Pin1 與RhoA 和RhoC的轉(zhuǎn)錄水平顯著相關(guān)，且肝癌的轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)與它們的共同高表達(dá)相關(guān)。以上結(jié)果表明抑制Pin1 或者聯(lián)合抑制Pin1/RhoA/RhoC有望成為治療肝癌的新方法。

2.2 Pin1與乳腺癌

乳腺癌是全球婦女最常見(jiàn)的惡性腫瘤，盡管在乳腺癌上已經(jīng)有激素治療、手術(shù)治療、輔助治療等方式，但乳腺癌的轉(zhuǎn)移以及耐藥性，使得乳腺癌的治愈仍然具有挑戰(zhàn)性[28]。有研究發(fā)現(xiàn)Pin1 能夠增強(qiáng)多種致癌信號(hào)通路和抑制腫瘤抑制因子，進(jìn)而導(dǎo)致乳腺癌的發(fā)生[29]。Pin1在腫瘤中很少發(fā)生突變，然而由于其過(guò)度表達(dá)，增強(qiáng)了有絲分裂信號(hào)傳導(dǎo)功能，從而促進(jìn)腫瘤生存和生長(zhǎng)[30]。因此，要提高乳腺癌的臨床療效，就需要更好地了解Pin1 在乳腺癌中的作用機(jī)制，從而尋找更有效的治療乳腺癌的方法。

KHANAL 等[31]研究發(fā)現(xiàn)Pin1 是Yes 相關(guān)蛋白（Yes-associated protein，YAP）/轉(zhuǎn)錄共激活因子PDZ結(jié)合基序（transcriptional co-activator with PDZ-binding motif，TAZ）正向調(diào)控因子，在乳腺癌的發(fā)生和腫瘤細(xì)胞耐藥性中起作用，Pin1 與YAP/TAZ 癌蛋白結(jié)合穩(wěn)定了YAP/TAZ蛋白表達(dá)水平，增加了YAP/TAZ的致瘤和耐藥活性，未來(lái)的聯(lián)合治療可以同時(shí)靶向Pin1和YAP/TAZ。而LIU 等[32]的研究表明咪草酯（imazamethabenz）能有效抑制Pin1，進(jìn)而抑制人乳腺癌MCF-7 細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，這為開(kāi)發(fā)新型Pin1 抑制劑奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，SAMANTA等[33]研究發(fā)現(xiàn)WA（withaferin A）對(duì)乳腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)抑制作用更強(qiáng)，這是由于WA 給藥能夠降低Pin1的表達(dá)[33]。此外，HUANG等[34]研究發(fā)現(xiàn)抑制Pin1 可以逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥，Pin1 的高表達(dá)會(huì)造成乳腺癌對(duì)三苯氧胺的耐藥性，而Pin1 抑制劑ATRA 在體內(nèi)對(duì)三苯氧胺耐藥的乳腺癌具有抑制作用，是治療三苯氧胺耐藥的乳腺癌的有效藥物。這一系列的研究都為乳腺癌的分子靶向治療提供了參考方向。

2.3 Pin1與鼻咽癌

鼻咽癌（nasopharyngeal carcinoma，NPC）作為一種上皮性惡性腫瘤，在中國(guó)廣東和廣西兩地高發(fā)，其發(fā)病與EB病毒（epstein-barr virus，EBV）的感染顯著相關(guān)[35]。研究表明Pin1 在EBV 感染的鼻咽癌細(xì)胞及移植瘤中高表達(dá)，這揭示了Pin1與EBV感染的鼻咽癌的發(fā)生有著緊密聯(lián)系[36]。cyclin D1 是受多種信號(hào)通路調(diào)節(jié)的下游基因，主要作用于細(xì)胞周期G1/S 期，對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育有著重要的作用，與腫瘤的惡性化和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，被認(rèn)定為癌基因[37]。徐萌等[38]研究發(fā)現(xiàn)Pin1 可通過(guò)激活MAPK/JNK腫瘤信號(hào)通路，提高cyclin D1的表達(dá)。同時(shí)，本課題組前期研究表明，在鼻咽癌組織中，激活轉(zhuǎn)錄因子1（activating transcription factor 1，ATF1）是Pin1 的新的調(diào)節(jié)靶分子，高表達(dá)的Pin1 主要通過(guò)作用于ATF1 的第184 位的磷酸化氨基酸而使活化的ATF1（即磷酸化蘇氨酸184 位點(diǎn)，pATF1T184）蛋白穩(wěn)定性增加，從而使ATF1 過(guò)表達(dá)并促進(jìn)鼻咽癌細(xì)胞的克隆形成，進(jìn)而促進(jìn)鼻咽癌的發(fā)生發(fā)展[39]。這些研究說(shuō)明靶向抑制Pin1 可能有助于鼻咽癌的治療。鼻咽癌患者中除了Pin1的高表達(dá)，還存在Pin1基因多態(tài)性的情況，本課題組的ZENG 等[40]研究發(fā)現(xiàn)廣東地區(qū)鼻咽癌患者存在Pin1 2233678（-842G>C）和2233679（-667C>T）的基因多態(tài)性，與正常人比較存在顯著差異，證明了這兩個(gè)位點(diǎn)的多態(tài)性是鼻咽癌發(fā)病的風(fēng)險(xiǎn)因子。因此未來(lái)除了明確抑制Pin1 對(duì)鼻咽癌進(jìn)展的阻止作用外，還需進(jìn)一步探究Pin1-842G>C和-667C>T基因多態(tài)性與鼻咽癌發(fā)病機(jī)制的關(guān)系。

2.4 Pin1與其他人類腫瘤

除了肝癌、乳腺癌和鼻咽癌外，在黑色素瘤、胃癌、結(jié)直腸癌和卵巢癌等瘤種中也存在Pin1 的異常高表達(dá)[8，41]。CHEN 等[42]用組織芯片（tissue microarray，TMA）和免疫組織化學(xué)方法檢測(cè)了Pin1在黑色素瘤不同階段的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)胞漿Pin1 的表達(dá)是黑色素瘤的一個(gè)預(yù)后標(biāo)志物。ZHANG等[43]的研究發(fā)現(xiàn)Pin1的過(guò)度表達(dá)與彌漫型胃癌患者的晚期腫瘤分期、不良的化療反應(yīng)和較短的無(wú)進(jìn)展生存期密切相關(guān)，此外還發(fā)現(xiàn)Pin1 抑制劑能夠增強(qiáng)胃癌的化療敏感性[43]。LI等[44]的研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)用雷公藤紅素（Celastrol）可抑制Pin1 的表達(dá)而有效抑制Akt、STAT3、P38、JNK、P65和IL-6信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期阻滯，導(dǎo)致卵巢癌細(xì)胞的增殖和遷移被抑制，因此他們認(rèn)為Pin1 可能是卵巢癌治療的新靶點(diǎn)，而celastrol可作為研究Pin1抑制劑的先導(dǎo)化合物。ZHANG 等[45]研究發(fā)現(xiàn)Pin1 是Nanog 穩(wěn)定性的上游調(diào)節(jié)因子，它保護(hù)Nanog 免受SPOP（Speckle-type POZ protein）介導(dǎo)的泛素化和降解，進(jìn)而促進(jìn)了前列腺腫瘤的發(fā)生發(fā)展。以上研究結(jié)果表明，Pin1與多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展存在密切聯(lián)系，抑制Pin1 的高表達(dá)有望成為一種治療惡性腫瘤的新方法。

3 爭(zhēng)議與深入探討

腫瘤的多樣性和復(fù)雜性一直是其治療的難點(diǎn)。Pin1 作為一種新近發(fā)現(xiàn)的調(diào)控因子，是腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的重要因素。但是Pin1 在腫瘤中的作用仍然存在爭(zhēng)議，一方面Pin1在大多數(shù)腫瘤組織中表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展，另一方面Pin1 對(duì)腫瘤也有抑制作用，比如在腎細(xì)胞癌中，基因缺失導(dǎo)致Pin1表達(dá)水平下調(diào)，而修復(fù)Pin1 水平能夠抑制腎細(xì)胞癌的發(fā)展[46]；在C57BL6背景的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中，Pin1的缺失可以升高cyclin E的穩(wěn)態(tài)水平并增加基因組的不穩(wěn)定性，進(jìn)而促進(jìn)癌基因誘導(dǎo)的鼠成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生[47]；在應(yīng)激狀態(tài)下，Pin1能與抑癌基因P53相互作用，誘導(dǎo)P53產(chǎn)生構(gòu)象變化，從而增強(qiáng)P53的反式激活活性[48]。因此，抑制Pin1 是抑制腫瘤還是促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展還有待進(jìn)一步探究。此外，大量研究已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多Pin1 抑制劑和Pin1 聯(lián)合抑制劑，但是這些藥物目前還缺乏相應(yīng)的臨床應(yīng)用。

4 小結(jié)

目前大量關(guān)于Pin1在不同人類腫瘤中的研究有利于更好地了解Pin1調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)的特異性信號(hào)途徑，但是Pin1 對(duì)不同腫瘤作用機(jī)制的探索還有很大空間。通過(guò)對(duì)Pin1在不同腫瘤中的作用研究發(fā)現(xiàn)，Pin1幾乎參與了所有癌癥的生物活性調(diào)節(jié)，同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞增殖，說(shuō)明它是一個(gè)潛在的腫瘤共同治療靶點(diǎn)。因此，Pin1誘導(dǎo)腫瘤進(jìn)展和抑制腫瘤發(fā)展的機(jī)制值得進(jìn)一步研究。對(duì)Pin1 在腫瘤中的相關(guān)研究有助于更好地理解腫瘤的發(fā)生發(fā)展機(jī)制，為Pin1 抑制劑及Pin1 聯(lián)合抑制劑的研發(fā)和應(yīng)用指明了方向，同時(shí)也為各種人類腫瘤的發(fā)展與治療提供了新的視野。

（利益沖突：無(wú)）