PDCD5在消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進(jìn)展

彭燕玲 宋文剛 劉春燕

山東第一醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，山東省風(fēng)濕免疫病轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 濟(jì)南 250014

程序性細(xì)胞死亡分子5（programmed cell death 5， PDCD5）又名TF-1 細(xì)胞凋亡相關(guān)基因19（TF-1 cell apoptosis related gene-19，TFAR19），在多種消化系統(tǒng)腫瘤組織中表達(dá)下調(diào)，包括肝癌、胃癌以及結(jié)直腸癌。PDCD5 是凋亡正向調(diào)控分子［1］，主要以依賴TP53 的方式調(diào)控細(xì)胞凋亡，在此過(guò)程中，PDCD5快速?gòu)陌|(zhì)移位至胞核，其核轉(zhuǎn)位發(fā)生在細(xì)胞凋亡早期，表明PDCD5 可能是細(xì)胞凋亡的早期標(biāo)記［2］。程序性細(xì)胞死亡不僅限于細(xì)胞凋亡，還包括一種類(lèi)凋亡樣細(xì)胞死亡［3］，PDCD5 通過(guò)TAJ/TROY 誘導(dǎo)的類(lèi)凋亡方式調(diào)控細(xì)胞死亡，調(diào)控TGF-β/smad信號(hào)途徑，介導(dǎo)PDCD5/β-catenin/Smad3 復(fù)合物的形成，從而抑制腫瘤細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。

1 PDCD5的蛋白結(jié)構(gòu)

研究表明，程序性細(xì)胞死亡分子（programmed cell death， PDCD）的表達(dá)水平在腫瘤組織及細(xì)胞系中均發(fā)生改變［4］，PDCD5 是其家族成員。研究發(fā)現(xiàn)，PDCD5 基因在脊椎動(dòng)物的進(jìn)化中高度保守［5］，提示其有重要生物學(xué)功能。Ghafouri 等［6］在PDCD5蛋白中檢測(cè)到3 個(gè)保守的氨基酸序列，單個(gè)保守的氨基酸序列可能參與PDCD5 蛋白的生物活性。PDCD5 蛋白包含剛性核心區(qū)、C 端殘基區(qū)以及N 端殘基區(qū)，剛性核心區(qū)主要由三螺旋束組成，C端殘基區(qū)是可移動(dòng)的非結(jié)構(gòu)化區(qū)域，具有動(dòng)態(tài)折疊尾，該區(qū)域可能與核酸發(fā)生相互作用，N 端殘基區(qū)是一個(gè)有序的非剛性結(jié)構(gòu)域，其中包含豐富的二級(jí)結(jié)構(gòu)域，松散地包裹著核心區(qū)［7］。PDCD5 的同系物SSOPDCD5 具有類(lèi)似的三螺旋束，但在其N(xiāo) 端有一個(gè)長(zhǎng)螺旋［8］。

腫瘤的發(fā)展與PDCD5 失調(diào)有關(guān)，PDCD5 的低表達(dá)是癌癥預(yù)后指標(biāo)之一。PDCD5 過(guò)表達(dá)可促進(jìn)不同腫瘤細(xì)胞的凋亡，但PDCD5過(guò)表達(dá)并不能直接誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡。因此，PDCD5 并非凋亡誘導(dǎo)劑，而是一種促凋亡蛋白。

2 PDCD5影響消化系統(tǒng)腫瘤發(fā)展

2.1 PDCD5影響肝癌發(fā)展

肝癌是造成全球癌癥相關(guān)死亡的第2 大因素，由于肝癌患者通常對(duì)化療藥物具有耐藥性［9］，因此開(kāi)發(fā)治療新靶點(diǎn)對(duì)治療肝癌具有重要意義。PDCD5 蛋白表達(dá)水平與肝癌患者生存預(yù)后呈正相關(guān)，相較于臨近的非腫瘤組織，其在腫瘤組織中的表達(dá)水平更高，且與腫瘤大小呈負(fù)相關(guān)。PDCD5可以易位到細(xì)胞核以響應(yīng)遺傳毒性應(yīng)激，PDCD5過(guò)表達(dá)可增強(qiáng)阿霉素誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞凋亡［10］。另外，PDCD5 可減少TGF-β 誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化以及細(xì)胞侵襲，導(dǎo)致Snail 蛋白表達(dá)水平下降，Snail 蛋白是上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化標(biāo)記蛋白，表明PDCD5抑制肝癌細(xì)胞中的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化［11］。

肝癌患者術(shù)前血清PDCD5 蛋白水平顯著低于術(shù)后，與血清PDCD5 低表達(dá)的肝癌患者相比，血清PDCD5 高表達(dá)的肝癌患者生存率更高。并且血清PDCD5表達(dá)水平與肝癌患者的門(mén)靜脈侵犯、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及腫瘤預(yù)后密切相關(guān)。PDCD5 在異種移植腫瘤模型中誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡和細(xì)胞S 期阻滯，并抑制腫瘤生長(zhǎng)［12］。進(jìn)一步研究表明，過(guò)表達(dá)PDCD5的肝癌細(xì)胞在G2/M 期所占比例更高，并可增強(qiáng)對(duì)順鉑的敏感性。經(jīng)順鉑處理后，PDCD5過(guò)表達(dá)的肝癌細(xì)胞中P53蛋白磷酸化水平更高，表明順鉑處理后，p-P53 蛋白水平升高介導(dǎo)PDCD5 促進(jìn)的肝細(xì)胞凋亡［11］。N-亞 硝 基 二 乙 胺（N-nitrosodiethylamine， DEN）能夠烷基化DNA成分，是一種致癌劑，較高劑量的DEN可在潛伏期后誘發(fā)肝癌，隨著其劑量的增加，PDCD5在肝癌中的表達(dá)顯著下調(diào)，P53表達(dá)水平降低［13］。柚皮苷和柚皮苷-糊精納米顆粒（naringindextrin nanoparticle，NDNP）能阻斷DEN 引起的肝臟氧化應(yīng)激和抗氧化活性變化，顯著降低肝臟Bcl-2的表達(dá)，并促進(jìn)Bax、P53 和PDCD5 的表達(dá)，降低IQGAP1、IQGAP3、Ras 信號(hào)傳導(dǎo)以及Ki-67 的表達(dá)，同時(shí)增加IQGAP2表達(dá)［14］。

2.2 PDCD5影響胃癌發(fā)展

胃癌在全球新診斷的癌癥病例中排名第6 位，是第3 大最常見(jiàn)的癌癥死亡原因［15］。胃癌組織中PDCD5蛋白表達(dá)水平顯著低于正常組織，且PDCD5蛋白在正常胃腺的頸部和基底區(qū)過(guò)表達(dá)，而大量與增殖和凋亡相關(guān)的基因在頸部區(qū)域高表達(dá)。PDCD5 表達(dá)水平部分決定了胃癌患者的生存率，PDCD5在胃癌患者中的表達(dá)水平越高，其生存期越長(zhǎng)，且與腫瘤分化程度、TNM 分期、浸潤(rùn)程度等有關(guān)［16］。Xu 等［17］研究發(fā)現(xiàn)， PDCD5 可增加胃癌細(xì)胞對(duì)順鉑的敏感性，經(jīng)相同劑量和時(shí)間的順鉑處理后，PDCD5 過(guò)表達(dá)的胃癌細(xì)胞凋亡率更高； PDCD5可增強(qiáng)功能性P53蛋白的水平，增強(qiáng)胃癌細(xì)胞G2/M期阻滯、細(xì)胞凋亡和核易位，進(jìn)而增強(qiáng)了對(duì)胃癌細(xì)胞的凋亡誘導(dǎo)作用。配對(duì)同源結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子1（paired-like homeodomain transcription factor 1， PITX1）在體外直接與PDCD5啟動(dòng)子結(jié)合，并且其在體內(nèi)也通過(guò)與PDCD5 啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合直接調(diào)節(jié)PDCD5 基因轉(zhuǎn)錄。PITX1 通過(guò)將細(xì)胞周期阻滯在 G1/S 期從而抑制細(xì)胞增殖，并通過(guò)靶向PDCD5 啟動(dòng)子誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞凋亡［18］。

PDCD5 和P53 與胃癌患者生存率呈正相關(guān)。Choi等［19］研究發(fā)現(xiàn)，在IIB期胃癌患者中，PDCD5和P53 蛋白水平降低的患者生存率明顯低于單獨(dú)PDCD5水平降低的患者，表明PDCD5和P53蛋白水平的降低可能會(huì)促進(jìn)胃癌的早期進(jìn)展。血清PDCD5蛋白水平與胃癌患者生存率相關(guān)，而PDCD5與CD133+細(xì)胞呈正相關(guān)，循環(huán)CD133+細(xì)胞是多種惡性腫瘤的預(yù)后標(biāo)志物，CD133+細(xì)胞比例高于1.6%的胃癌患者血清中PDCD5蛋白水平較低［20］。

2.3 PDCD5影響結(jié)直腸癌發(fā)展

由于腫瘤的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移，結(jié)直腸癌（colorectal cancer， CRC）的致死率居高不下［21］。PDCD5 被證明作為miRNA 的靶標(biāo)參與多種癌癥進(jìn)展。Han等［22］研究表明，CRC組織中PDCD5的蛋白表達(dá)水平比正常組織低。此外，PDCD5 與miR-885 呈負(fù)相關(guān)，miR-885 負(fù)調(diào)控PDCD5，抑制CRC 的增殖、侵襲和遷移，PDCD5是miR-885調(diào)節(jié)CRC 發(fā)展的直接靶標(biāo)。Yin 等［23］在CRC 細(xì)胞中穩(wěn)定轉(zhuǎn)染PDCD5，發(fā)現(xiàn)能增強(qiáng)其對(duì)化療的敏感性。在經(jīng)順鉑處理相同劑量時(shí)間情況下，穩(wěn)定轉(zhuǎn)染PDCD5 的CRC 細(xì)胞的凋亡率更高，表明PDCD5 聯(lián)合順鉑的使用對(duì)CRC 細(xì)胞具有更好的促凋亡活性。Kwak等［24］研究表明，絲氨 酸/蘇 氨 酸 激 酶31（serine/threonine kinase 31， STK31）能與PDCD5相互作用，維持PDCD5穩(wěn)定性。過(guò)表達(dá)STK31 可顯著促進(jìn)TP53 介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡并穩(wěn)定PDCD5。上述的研究為改善CRC 患者對(duì)化療的敏感性以及減少化療副作用提供了新策略，并為探討PDCD5 對(duì)CRC 細(xì)胞凋亡調(diào)控作用奠定了基礎(chǔ)。

3 PDCD5調(diào)控腫瘤的分子機(jī)制

3.1 以TP53依賴性方式調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡

Kang等［25］研究發(fā)現(xiàn)，在敲低卵巢腫瘤去泛素酶5（ovarian tumor deubiquitinase 5， OTUD5）的細(xì)胞中P53表達(dá)顯著降低，而其mRNA表達(dá)沒(méi)有明顯變化，表明P53表達(dá)受OTUD5的翻譯后調(diào)節(jié)，且其調(diào)節(jié)作用部分由PDCD5介導(dǎo)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡時(shí)，STK31 可穩(wěn)定并抑制PDCD5 的泛素化，且可能通過(guò)OTUD5促進(jìn)PDCD5的去泛素化。經(jīng)依托泊苷處理后，STK31 介導(dǎo)的PDCD5可顯著促進(jìn)TP53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡［24］。Geng等［26］研究表明， YAF2作為陰陽(yáng)蛋白（YinYang-1， YY-1）的結(jié)合分子，通過(guò)穩(wěn)定PDCD5 結(jié)構(gòu)促進(jìn)TP53 介導(dǎo)細(xì)胞凋亡，激活YAF2/PDCD5/TP53 信號(hào)通路。在基因毒性應(yīng)激反應(yīng)下， PDCD5 移位至細(xì)胞核并與TP53 相互作用，調(diào)節(jié)其在DNA 損傷反應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)作用。Lgr5通過(guò)TP53途徑抑制阿霉素誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，通過(guò)N端胞外結(jié)構(gòu)域，Lgr5 可直接與PDCD5 結(jié)合，從而阻斷PDCD5核易位。細(xì)胞核中PDCD5 水平降低導(dǎo)致P53 穩(wěn)定性喪失，誘導(dǎo)P53降解，進(jìn)而導(dǎo)致上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生，抑制細(xì)胞凋亡并最終導(dǎo)致其對(duì)阿霉素的耐藥性［10］。

Choi 等［19］研究表明，HDAC3 和PDCD5 之間存在體內(nèi)相互作用，PDCD5 的N 端結(jié)構(gòu)域直接與HDAC3 的N 端結(jié)構(gòu)域相互作用。在應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡過(guò)程中，HDAC3 的C 端被切割，其切割需要與PDCD5 相互作用。PDCD5-TP53 的相互作用是TP53與靶基因啟動(dòng)子結(jié)合所必需的，并且這種關(guān)聯(lián)促進(jìn)了促凋亡基因的轉(zhuǎn)錄。Li 等［27］鑒定了一種新型的腫瘤抑制lncRNA，命名為L(zhǎng)NPPS（ENST00000622374）。LNPPS 作為連接PDCD5 和TP53的橋梁，競(jìng)爭(zhēng)性地抑制MDM2介導(dǎo)的P53泛素化作用。同時(shí)，K20 作為PDCD5 的泛素化受體位點(diǎn)，LNPPS 通過(guò)K20 泛素化位點(diǎn)穩(wěn)定PDCD5。LNPPS 與PDCD5 相互作用的增強(qiáng)阻斷了PDCD5 的K20 位點(diǎn)的泛素化，從而阻斷PDCD5 的降解，上調(diào)PDCD5的表達(dá)。

TP53是細(xì)胞信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的樞紐調(diào)節(jié)器，在不同信號(hào) 途 徑 中 受 到OTUD5、STK31、Lgr5、HDAC3、HDAC3、lncRNA等多種分子的調(diào)節(jié)，PDCD5在這種調(diào)節(jié)過(guò)程中起著重要作用，并通過(guò)Bax、Bcl-2、Fas等多種下游蛋白調(diào)控細(xì)胞凋亡。

3.2 通過(guò)TGF-β/smad信號(hào)途徑抑制腫瘤細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1（transforming growth factor-β 1， TGF-β1）蛋白水平在PDCD5 過(guò)表達(dá)的細(xì)胞中顯著降低，而在敲低PDCD5的細(xì)胞中表達(dá)增加。激活的TGF-β1 可以誘導(dǎo)磷酸 化Smad2 和Smad3，而Smad4 則與磷酸化的Smad 形成異源寡聚體復(fù)合物并易位至細(xì)胞核調(diào)節(jié)mRNA的轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)節(jié)TGFβ1 的蛋白表達(dá)水平。敲低PDCD5 誘導(dǎo)Smad2 和Smad3的磷酸化，但過(guò)表達(dá)PDCD5顯著降低其磷酸化，表明PDCD5在TGF-β1/Smad信號(hào)通路中起重要作用［28］。TGF-β1與TGF-β1I型受體結(jié)合，隨后磷酸化Smad2和Smad3，調(diào)節(jié)下游靶基因的表達(dá)水平，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移［29］。

內(nèi)源性PDCD5 與細(xì)胞核中的β-catenin 和Smad3 相互作用，經(jīng)TGF-β1 處理后，其相互作用進(jìn)一步增強(qiáng)。PDCD5直接與β-catenin發(fā)生相互作用，但不與Smad3 直接發(fā)生相互作用。TGF-β 誘導(dǎo)的Smad3/β-catenin 在細(xì)胞核中發(fā)生相互作用，并且在大鼠肺上皮C22 細(xì)胞系中敲低PDCD5 后該信號(hào)減少，敲低PDCD5顯著降低了TGF-β誘導(dǎo)的Smad3以及β-catenin 的核轉(zhuǎn)位。經(jīng)TGF-β1 處理，PDCD5/β-catenin/Smad3 復(fù)合物被招募到TGF-β 靶基因（Ctgf）的Smad 結(jié)合元件，而在敲除PDCD5 后，則不發(fā)生募集。表明PDCD5 充當(dāng)介導(dǎo)TGF-β 信號(hào)傳導(dǎo)的分子伴侶。另一方面，在TGF-β1 處理?xiàng)l件下，p38MAPK 在Ser-119 位點(diǎn)直接磷酸化PDCD5，以促進(jìn)其穩(wěn)定性和核轉(zhuǎn)位，而蛋白激酶CK2在TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)的背景下不能磷酸化PDCD5［30］。miR-885促進(jìn)TGF-β 的表達(dá)水平，從而增強(qiáng)P-Smad3 的表達(dá)水平。miR-885通過(guò)TGF-β/Smad3途徑抑制PDCD5從而增強(qiáng)結(jié)直腸癌進(jìn)展［22］。

3.3 通過(guò)TAJ/TROY 誘導(dǎo)的類(lèi)凋亡方式調(diào)控細(xì)胞死亡

Wang等［31］研究發(fā)現(xiàn)， TAJ/TROY誘導(dǎo)了一種非凋亡形式的細(xì)胞死亡，其特征是副凋亡樣形態(tài)。這種類(lèi)型的細(xì)胞死亡涉及大量的細(xì)胞質(zhì)空泡化、線粒體腫脹、caspase 活性缺失、線粒體膜電位的喪失和磷脂酰絲氨酸的表面暴露，但沒(méi)有顯示出細(xì)胞凋亡的經(jīng)典核特征。同時(shí)超微結(jié)構(gòu)特征顯示，線粒體通過(guò)腫脹方式失去膜電位，而在經(jīng)典的細(xì)胞凋亡中，線粒體形狀和體積保持不變。PDCD5 不僅在TAJ/TROY 過(guò)表達(dá)觸發(fā)的副凋亡過(guò)程中上調(diào)，而且還與TAJ/TROY協(xié)同促進(jìn)293T細(xì)胞死亡，表明PDCD5是這種類(lèi)凋亡的有效調(diào)節(jié)劑。

4 結(jié)語(yǔ)

PDCD5與肝癌、胃癌、結(jié)直腸癌發(fā)展密切相關(guān)，但PDCD5 在膽囊癌、胰腺癌、食管癌等多種消化系統(tǒng)腫瘤中的研究仍不夠深入。PDCD5 主要通過(guò)促進(jìn)TP53 介導(dǎo)細(xì)胞凋亡、TGF-β/smad 途徑抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，以及促進(jìn)細(xì)胞類(lèi)凋亡，從而抑制腫瘤發(fā)展。但是其他信號(hào)網(wǎng)絡(luò)與PDCD5 的聯(lián)系仍是未來(lái)研究的方向。雖然關(guān)于PDCD5 生物學(xué)作用的詳細(xì)機(jī)制尚未完全闡明，但相信隨著對(duì)PDCD5的深入研究，能夠?yàn)橄到y(tǒng)腫瘤的化學(xué)基因治療策略提供新方向。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突