CALCOCO1與惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展

賈 楠，王志蓮

山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院 婦產(chǎn)科，山西 太原 030000

自噬是一種以維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)及適應(yīng)各種細(xì)胞應(yīng)激為目的,受嚴(yán)格調(diào)節(jié)的溶酶體依賴性的分解代謝過程。選擇性自噬是自噬的一種特殊類型,指通過選擇性自噬受體特異性識別和結(jié)合相關(guān)的自噬物質(zhì),并與LC3相互作用形成自噬體的雙膜結(jié)構(gòu),被轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體進(jìn)行降解。鈣結(jié)合和螺旋結(jié)構(gòu)域1(calcium binding and coiled-coil domain 1,CALCOCO1)作為自噬調(diào)節(jié)蛋白,可被招募到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplas-mic reticulum,ER)和高爾基體中,以介導(dǎo)選擇性自噬中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬和高爾基體自噬。持續(xù)性高危型人乳頭瘤病毒 (human papillomavirus,HPV)的感染是宮頸癌的主要危險因素。HPV早期入侵宮頸上皮細(xì)胞時,均會激活 PI3K-AKT-mTOR 信號通路,進(jìn)而導(dǎo)致下游 mTOR 分子的磷酸化,而CALCOCO1的表達(dá)對mTOR抑制敏感,故CALCOCO1的表達(dá)可能隨HPV感染而變化,為HPV感染與自噬的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。自噬在腫瘤發(fā)展的不同背景和階段中發(fā)揮動態(tài)的腫瘤抑制或腫瘤促進(jìn)作用,CALCOCO1作為自噬調(diào)節(jié)蛋白在惡性腫瘤中究竟起到了什么作用?本文對自噬調(diào)節(jié)蛋白CALCOCO1及其與惡性腫瘤的相關(guān)性研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,意在為HPV致宮頸惡性腫瘤及其他惡性腫瘤的防治提供新思路。

1 CALCOCO1概述及其功能

1.1 概述

編碼基因CALCOCO1位于12q13.13,其編碼蛋白為CALCOCO1蛋白(GeneCards數(shù)據(jù)庫)。CALCOCO1蛋白,分子大小為76 336 ku,包括691個氨基酸(The Human Protein Atlas 數(shù)據(jù)庫),位于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì),隸屬于CALCOCO家族蛋白,是一種跨多個哺乳動物細(xì)胞系的自噬相關(guān)蛋白,是與已知自噬蛋白相互作用的自噬相關(guān)蛋白,即選擇性自噬受體[1]。CALCOCO1蛋白由N端SKICH結(jié)構(gòu)域、非典型LC(light chain)3相互作用區(qū)(LC3-interacting region,LIR)、線圈-線圈區(qū)域(middle coil-coil regions,CC結(jié)構(gòu)域)、UDS相互作用區(qū)(UDS-interacting region,UIR)、鋅指結(jié)構(gòu)域(zinc finger,ZF)和C端區(qū)域的酸性通道(two phenylalanines in an acidic tract,FFAT)樣基序組成,而FFAT樣基序中又具有兩個苯丙氨酸(two phenylalanines,FF)和一個zDHHC錨蛋白重復(fù)結(jié)合基序(zDHHC ankyrin repeat-binding motif,zDABM)。

1.2 活化

雷帕霉素激酶的機(jī)制靶點(mammalian target of rapamycin,mTOR)是PI3K相關(guān)蛋白激酶(phosphatidy-linositol kinase-related kinase,PIKK)家族中的一種289 ku絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶[2]。mTOR由mTORC1和mTORC2組成,活化的mTORC1在自噬相關(guān)蛋白(autophagy-related protein,ATG)的磷酸化中起關(guān)鍵作用,并導(dǎo)致自噬的抑制[3-4]。當(dāng)mTOR通路被激活后,mTOR通過自噬依賴途徑調(diào)節(jié)CALCOCO1的表達(dá)[1]。即當(dāng)抑制mTOR(如饑餓、mTOR抑制劑雷帕霉素等)時,會誘導(dǎo)自噬,從而使得溶酶體以自噬依賴的方式降解胞質(zhì)CALCOCO1,使CALCOCO1表達(dá)降低。

1.3 功能

CALCOCO1被激活后,通過LIR基序與ATG8家族蛋白的LIR對接位點(LIR docking site,LDS)基序相互作用,通過UIR基序與ATG8家族蛋白的UIM對接位點(UIM-docking site,UDS)基序相互作用,進(jìn)而被招募到ER和高爾基體中,以介導(dǎo)選擇性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬和高爾基體自噬。CALCOCO1通過雙LIR-LDS和UIR-UDS同時相互作用促進(jìn)自噬體的啟動,從而參與自噬體形成的早期階段[1,5-6]。

ATG8家族蛋白,即泛素樣ATG8家族,或自噬相關(guān)蛋白8家族(autophagy-related protein 8 family,ATG8)/微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(light chain 3,LC3)/γ-氨基丁酸受體相關(guān)蛋白(GABA type A receptor-associated protein,GABARAPs)[7-9]。自噬分為3個過程:自噬起始、自噬膜延伸和自噬溶酶體形成。自噬過程由自噬相關(guān)蛋白(ATG)介導(dǎo),核心自噬機(jī)制由大約20種ATG組成,ATG8家族蛋白為其中一組[10],其主要作用是介導(dǎo)自噬體膜生長和伸長,以及將分離膜封閉成自噬小體(囊泡)。ER是真核細(xì)胞中最大的膜結(jié)合細(xì)胞器,在代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞內(nèi)組織的多種過程中起著關(guān)鍵作用。為了應(yīng)對應(yīng)激刺激,如營養(yǎng)缺乏、錯誤折疊蛋白質(zhì)的積累或暴露于化學(xué)物質(zhì),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過上調(diào)其成分的合成以抵消應(yīng)激而增大。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬,是一種選擇性的自噬形式,參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和錯誤折疊蛋白質(zhì)的過量成分的降解,以維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)[6]。高爾基體自噬,是指高爾基體的自噬降解。高爾基體是細(xì)胞中的中心膜細(xì)胞器,主要負(fù)責(zé)運(yùn)輸、加工和分選新合成的膜、分泌蛋白質(zhì)和脂質(zhì)。高爾基體在分泌途徑中對蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的加工、分類和運(yùn)輸至關(guān)重要。高爾基體功能障礙可能導(dǎo)致各種疾病的發(fā)展,包括心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、免疫疾病,甚至某些癌[11-14]。

CALCOCO1通過FFAT樣基序中的兩個FF相互作用,與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的VAMP相關(guān)蛋白(VAMP-associated proteins,VAPs)相互作用錨定到ER,并通過其LIR和UIR與ATG8家族蛋白相互作用形成自噬體[15]。而且,CALCOCO1的LIR和UIR都是與ATG8家族蛋白(即泛素樣ATG8家族,ATG8/LC3/GABARAPs)相互作用和提供自噬有效降解所必需的。CALCOCO1通過CC結(jié)構(gòu)域形成二聚體,并通過其LIR和UDS相互作用區(qū)與ATG8家族蛋白相互作用,形成自噬體,在蛋白毒性和饑餓誘導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)中,可降解管狀ER,導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形態(tài)變化和碎裂。進(jìn)而參與了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬,參與了自噬體形成的早期階段[5]。CALCOCO1通過酸性通道(FFAT)樣基序中的一個zDHHC錨蛋白重復(fù)結(jié)合基序(zDHHC ankyrin repeat-binding motif,zDABM),與定位于高爾基體的棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶ZDHHC17和ZDHHC13的錨蛋白重復(fù)序列(ankyrin repeat,AR)結(jié)構(gòu)域相互作用[16],將CALCOCO1錨定到高爾基體,從而介導(dǎo)高爾基體片段的降解,以維持高爾基體內(nèi)平衡[17-18]。進(jìn)而參與了高爾基體自噬,參與了自噬體形成的早期階段。

2 CALCOCO1在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制

CALCOCO1在惡性腫瘤的發(fā)生及治療等方面都發(fā)揮作用。首先,CALCOCO1可能與惡性腫瘤的發(fā)生相關(guān)。例如,在宮頸癌的發(fā)生過程中,CALCOCO1通過以自噬依賴性方式受mTOR調(diào)節(jié),而參與到高危型HPV與宿主基因組的整合,從而參與宮頸癌的發(fā)生過程。CALCOCO1R12H突變與乳腺癌風(fēng)險增加相關(guān)。其次,CALCOCO1可能參與了部分惡性腫瘤治療過程中耐藥性的發(fā)生。但是,目前尚未查閱到關(guān)于CALCOCO1在惡性腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移及治療等方面的具體作用機(jī)制,尚不能證明CALCOCO1作為選擇性自噬受體,是通過調(diào)節(jié)自噬,影響惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展等過程。

2.1 宮頸癌

高危型HPV 的持續(xù)性感染是宮頸癌的主要危險因素。而自噬在 HPV 感染的初期階段是被激活并且發(fā)揮著抗病毒的作用的。HPV早期入侵宮頸上皮細(xì)胞時,病毒會先在細(xì)胞膜上錨定,隨后在通過內(nèi)化作用進(jìn)入宿主細(xì)胞,上述過程均會激活A(yù)KT,PTEN的磷酸化,激活 PI3K-AKT-mTOR信號通路,進(jìn)而導(dǎo)致下游mTOR分子的磷酸化,從而抑制自噬的發(fā)生,促進(jìn)病毒的感染[19-20]。當(dāng)高危型HPV整合進(jìn)宿主基因組后,可以抑制自噬通路的關(guān)鍵因子,如 BECN1,ATG5,ATG8 等分子的表達(dá)抑制自噬。則CALCOCO1可能通過與ATG8的結(jié)合逆轉(zhuǎn)HPV整合入細(xì)胞后對自噬的抑制。同時,CALCOCO1以自噬依賴性方式受mTOR調(diào)節(jié),即CALCOCO1的表達(dá)對mTOR抑制敏感[1]。故CALCOCO1的表達(dá)可能隨HPV感染而變化,有望成為HPV感染引發(fā)自噬進(jìn)而引起宮頸癌的標(biāo)志物,為HPV感染與自噬及宮頸癌的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。綜上,自噬調(diào)節(jié)蛋白CALCOCO1可能通過mTOR通路與HPV感染、自噬及宮頸癌存在關(guān)聯(lián)。

2.2 卵巢癌

CALCOCO1通過其LIR和UIR結(jié)構(gòu)域,結(jié)合ATG8家族蛋白(ATG8/LC3/GABARAPs)來發(fā)揮作用。有研究通過抑制GABARAP,降低了OVCAR8卵巢癌細(xì)胞系的自噬流量,并使其對卵巢癌化療一線藥物順鉑敏感[21],從而表明:干擾LC3/GABARAP蛋白的蛋白-蛋白質(zhì)相互作用是抗癌治療的一個很有希望的途徑[22]。而CALCOCO1恰巧是通過此過程來發(fā)揮作用的,故猜想:GABARAP選擇性配體和結(jié)合LC3和GABARAP蛋白的配體,也就是CALCOCO1,將成為通過自噬招募降解相關(guān)蛋白的關(guān)鍵目標(biāo)。即CALCOCO1可能通過與ATG8家族蛋白的結(jié)合,影響自噬,進(jìn)而成為抗癌治療的靶點。同時,有研究表明通過調(diào)節(jié)mTOR/p70s6k信號軸可以誘導(dǎo)卵巢癌細(xì)胞凋亡和自噬[23],而CALCOCO1恰好以自噬依賴性方式受mTOR調(diào)節(jié),這也為我們猜想CALCOCO1可能與卵巢癌相關(guān)提供了部分依據(jù)。

2.3 乳腺癌

CALCOCO1與乳腺癌的發(fā)生相關(guān)。CALCOCO1與乳腺癌的發(fā)生相關(guān)。研究表明,人類乳腺腫瘤中的CALCOCO1R12H突變與乳腺癌風(fēng)險增加相關(guān)CALCOCO1為CHEK2 1100delC突變攜帶者的乳腺腫瘤的差異表達(dá)基因之一[24]。

2.4 神經(jīng)膠質(zhì)瘤

神經(jīng)膠質(zhì)瘤的治療可能和CALCOCO1的表達(dá)相關(guān)。研究表明:CALCOCO1在調(diào)節(jié)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞對神經(jīng)膠質(zhì)瘤常用的化療藥物替莫唑胺(TMZ)的敏感性方面發(fā)揮作用[25]。故推測:CALCOCO1 可能與化療藥物的耐藥性相關(guān)。

3 問題與展望

CALCOCO1是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種自噬調(diào)節(jié)蛋白,關(guān)于其在選擇性自噬的作用,有許多尚未回答的問題,值得進(jìn)一步研究。目前的研究提示:自噬調(diào)節(jié)蛋白CALCOCO1可能通過mTOR通路與HPV感染相關(guān),而持續(xù)性高危型HPV 的感染可以導(dǎo)致宮頸癌的發(fā)生,但自噬調(diào)節(jié)蛋白CALCOCO1與宮頸病變及宮頸癌的相關(guān)性有待進(jìn)一步研究。鑒于自噬在腫瘤發(fā)展的不同背景和階段中發(fā)揮動態(tài)的腫瘤抑制或腫瘤促進(jìn)作用以及目前有限的研究多集中于CALCOCO1與腫瘤轉(zhuǎn)移的抑制作用,而CALCOCO1在腫瘤早期發(fā)生發(fā)展中的作用研究尚屬起步階段,具體作用有待進(jìn)一步研究。與CALCOCO1相互作用的ATG8家族蛋白(ATG8/LC3/GABARAPs),是靶向蛋白質(zhì)降解的新興途徑,CALCOCO1有望通過與ATG8家族蛋白的結(jié)合,影響自噬,進(jìn)而成為抗癌治療的靶點。