肽基脯氨酰順反異構(gòu)酶1在肝癌中的研究進展

莫柱寧(綜述), 黃 莉(審校)

肝癌是全球第七大常見實體腫瘤,也是第二大致死惡性腫瘤[1]。國內(nèi)肝癌的防治也依然嚴峻[2]。盡管肝癌的診斷水平在不斷提高,但早期肝癌的有效診斷仍然十分困難。在治療方面,雖然肝癌患者能夠通過手術(shù)切除或消融,甚至肝移植獲得有效治療,但仍有部分患者存在腫瘤復發(fā),導致肝癌的5年生存率較低[3-5]。因此,迫切需要探究肝癌發(fā)生、發(fā)展過程中涉及的潛在關(guān)鍵分子,為肝癌的診斷、治療和預后提供有效的理論基礎(chǔ)。肽基脯氨酰順反異構(gòu)酶1[peptidyl-prolyl cis/trans isomerase never in mitosis A(NIMA)-interacting 1,PIN1]屬于肽脯氨?；樂串悩?gòu)酶家族,普遍存在于生命體中,能夠特異地識別并與蛋白質(zhì)中磷酸化的絲/蘇-脯氨酸基序結(jié)合,催化其中酰胺鍵的順反異構(gòu),繼而調(diào)節(jié)蛋白的生物活性、穩(wěn)定性、磷酸化水平及亞細胞定位[6]。PIN1在細胞生命進程中通過對蛋白的調(diào)控,誘導眾多原癌及抑癌基因的蛋白功能發(fā)生變化,從而參與多種細胞信號轉(zhuǎn)導及通路調(diào)節(jié),促進腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[7-8]。研究證實PIN1在肝癌中高表達,并通過抑制腫瘤細胞凋亡,促進腫瘤細胞生長、侵襲、轉(zhuǎn)移和腫瘤血管生成的方式發(fā)揮作用。因此,PIN1與肝癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。本文對PIN1的分子結(jié)構(gòu)與功能、PIN1在肝癌中的表達及其在肝癌發(fā)生、發(fā)展中的作用等綜述如下。

1 PIN1的分子結(jié)構(gòu)與功能

PIN1定位于19號染色體短臂13帶,由163個氨基酸組成,相對分子質(zhì)量為18×103,廣泛分布于各種原核、真核生物體及各種組織,多數(shù)定位于胞質(zhì),但部分也可存在于酵母、果蠅和哺乳動物的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、紅色面包霉的線粒體基質(zhì)及大腸桿菌的外周質(zhì)等[9-10]。PIN1發(fā)揮生物學功能主要通過以下2個功能結(jié)構(gòu)區(qū)域?qū)崿F(xiàn):一個是由1～39位氨基酸構(gòu)成的氨基末端色氨酸-色氨酸中心結(jié)構(gòu)區(qū)域,主要參與底物的識別,使PIN1特異性地與底物中磷酸化的絲/蘇-脯氨酸肽段的蛋白結(jié)合;另一個是由45～163位氨基酸構(gòu)成的羧基末端肽基脯氨酰異構(gòu)酶活性結(jié)構(gòu)域,可誘導蛋白的構(gòu)象和功能變化,特異性地異構(gòu)化磷酸化的絲/蘇-脯氨酸酰胺鍵[11]。這兩個結(jié)構(gòu)域緊密合作催化底物蛋白的構(gòu)象變化,隨后通過多種途徑激活并放大各類致癌轉(zhuǎn)導信號,從而引起中心體的異常擴增和基因組序列的不穩(wěn)定,導致細胞惡性轉(zhuǎn)化,最終導致腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。

2 PIN1在肝癌中的表達

PIN1表達紊亂通常導致細胞增殖失控和腫瘤形成。PIN1表達水平與癌癥間存在相關(guān)性首先在乳腺癌中得到證實,其在細胞中的定位與腫瘤的病理類型相關(guān)[12]。研究發(fā)現(xiàn),PIN1在多種腫瘤中均呈現(xiàn)高表達,包括肝癌、腦癌、宮頸癌、結(jié)腸癌、肺癌和前列腺癌等[13]。多項研究證實,與鄰近的非腫瘤肝組織相比,PIN1的核糖核酸(ribose nucleic acid,RNA)和蛋白在肝癌中均呈高水平表達[14-16]。Shinoda等[17]采用免疫組化和蛋白免疫印跡技術(shù)對肝癌患者中PIN1表達進行研究,發(fā)現(xiàn)PIN1表達越高的患者,其腫瘤體積越大、門靜脈侵犯頻率也越高,患者的預后越差、總生存率越低,而3年內(nèi)復發(fā)率也越高。Pang等[18]還發(fā)現(xiàn)肝癌組織中PIN1的表達與乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)X蛋白(HBx)的表達呈顯著正相關(guān)。另一項研究結(jié)果也表明PIN1在約70%的HBV陽性肝癌患者中呈高水平表達[19]。PIN1基因啟動子的單核苷酸多態(tài)性也可能參與PIN1表達的調(diào)控,其基因型-842CC與外周血單個核細胞內(nèi)PIN1蛋白表達水平降低有關(guān),表明PIN1與肝癌的遺傳易感性之間具有相關(guān)性[20-22]。由此可見,PIN1的表達與肝癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。

3 PIN1在肝癌發(fā)生、發(fā)展中的作用

3.1PIN1與肝癌增殖 HBV是肝癌最常見的病因,其編碼的HBx具有致癌性。研究表明,PIN1和HBx可以在特定的絲氨酸-脯氨酸基序上相互作用,從而增強HBV感染狀態(tài)下肝細胞的增殖作用[23]。另一項研究發(fā)現(xiàn),肝內(nèi)膽管癌中PIN1與c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal protein kinase,JNK)活性呈正相關(guān),其主要機制是JNK可直接結(jié)合PIN1中絲氨酸115位點并使其磷酸化,這一磷酸化作用阻止了PIN1在賴氨酸117位點的泛素化及其蛋白酶降解。JNK通路的激活主要是通過影響PIN1蛋白穩(wěn)定性來促進肝內(nèi)膽管細胞增殖,表明PIN1是腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵驅(qū)動因子[24]。Bae等[25]通過體外細胞實驗對p53基因突變與PIN1表達間的相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn),PIN1介導的脯氨酸異構(gòu)化可通過調(diào)控靶蛋白p53誘導細胞周期阻滯和生長抑制。隨著研究的深入,發(fā)現(xiàn)p53突變對肝癌生長的作用機制,主要是通過周期蛋白依賴激酶4(cyclin-dependent kinase 4,CDK4)促進p53突變的絲氨酸249磷酸基團與PIN1相結(jié)合并依賴PIN1定位于核內(nèi),而且結(jié)合物隨著PIN1的增加而增多,從而促進p53突變的核定位,導致p53突變與c-Myc相互作用,增強依賴c-Myc的核糖體合成,證實了CDK4-PIN1-p53-RS-c-Myc通路在肝癌進程中的作用[26]。Farra等[27]發(fā)現(xiàn),PIN1可通過上調(diào)多種細胞周期蛋白和E2F轉(zhuǎn)錄因子促進肝癌細胞的增殖,表明PIN1-E2F1是控制肝癌細胞生長的另一個具有吸引力的靶點。β-連環(huán)蛋白是Wnt信號通路中的重要分子,它能在Ras相關(guān)C3肉毒素底物1(Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1,Rac1)的輔助下,遷移至胞核,與轉(zhuǎn)錄因子LEF/TCF及多種蛋白形成轉(zhuǎn)錄復合體,從而啟動靶基因的轉(zhuǎn)錄,影響細胞的增殖與分化。張鈺[28]發(fā)現(xiàn)PIN1與β-連環(huán)蛋白的表達呈正相關(guān),其機制可能是PIN1激活了Wnt/β-連環(huán)蛋白通路,從而促進肝細胞癌的發(fā)生和發(fā)展。微小RNA(microRNA,miRNA)結(jié)合與功能實驗表明,過表達miR-140-5p不僅可以降低PIN1的表達,還可以抑制多種PIN1依賴的癌癥途徑,并抑制小鼠的腫瘤生長[29]。由此可見,PIN1可用不同的方式參與肝癌細胞的增殖。

3.2PIN1與肝癌轉(zhuǎn)移 早期發(fā)現(xiàn)或預測肝癌轉(zhuǎn)移的分子標志物,對于肝癌患者的治療管理和確定新的治療靶點以抑制肝癌的進展和轉(zhuǎn)移至關(guān)重要。Ng等[15]通過隨機對照試驗對139例肝癌患者中PIN1的表達水平與腫瘤轉(zhuǎn)移的相關(guān)性進行研究,發(fā)現(xiàn)肝癌標本中PIN1轉(zhuǎn)錄水平顯著高于配對的癌旁組織,且PIN1高表達與肝癌患者的腫瘤轉(zhuǎn)移和無復發(fā)生存率密切相關(guān),這也是預測肝癌根治切除術(shù)后轉(zhuǎn)移復發(fā)的獨立危險因素。另一項研究發(fā)現(xiàn),瑞格拉非尼耐藥的肝癌細胞株,不僅可通過敲除或過表達PIN1調(diào)控上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)分子(上皮鈣黏附素和Snail)來實現(xiàn)相應(yīng)抑制或促進肝癌細胞的遷移和侵襲,而且可通過與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化調(diào)節(jié)因子Gli1的相互作用,影響肝癌細胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移等生物學行為[30]。Sun等[31]研究發(fā)現(xiàn),PIN1可通過改變細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶磷酸化后輸出蛋白-5(exportin-5)的構(gòu)象,導致miR-122負載減少,以增加微管動力學相關(guān)蛋白的表達,從而參與肝癌的遷移。因此,PIN1與肝癌的轉(zhuǎn)移活性密切相關(guān)。

3.3PIN1與肝癌血管生成 腫瘤血管的形成能促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展,而肝癌作為一種高度侵襲性的多血管性腫瘤,其疾病進展有賴于活躍的血管生成。腫瘤血管生成主要受血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的表達調(diào)控,其通過刺激血管通透性誘導腫瘤血管生成,促進腫瘤發(fā)展進程[32-33]。研究發(fā)現(xiàn),PIN1高表達可增加人肝星形細胞激活蛋白-1(activator protein-1,AP-1)的轉(zhuǎn)錄活性和VEGF蛋白水平。AP-1的轉(zhuǎn)錄活性通過與c-Fos和c-Jun形成異二聚體進行調(diào)控,而PIN1可通過結(jié)合c-Fos和c-Jun來增加其轉(zhuǎn)錄活性,進而增強AP-1的活化活性,導致VEGF基因轉(zhuǎn)錄的增加。這表明在肝細胞中PIN1可通過調(diào)控AP-1活性促進VEGF介導的血管生成[34]。此外,另一項細胞體外實驗顯示,抑制PIN1表達可降低肝癌細胞中VEGF的蛋白表達量,從而抑制核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)通路的磷酸化,降低NF-κB的活化,阻礙腫瘤血管生成[17]。因此,PIN1能通過底物蛋白活化調(diào)控VEGF介導的肝癌血管生成。

3.4PIN1與肝癌細胞凋亡 PIN1除了參與上述功能,還影響肝癌細胞的程序性死亡,即細胞凋亡。Zheng等[19]發(fā)現(xiàn),索拉非尼能通過Rb/E2F途徑抑制PIN1的轉(zhuǎn)錄,從而下調(diào)PIN1 RNA和蛋白的表達。敲除PIN1可導致Mcl-1的表達降低,從而增強索拉非尼在肝癌中誘導細胞凋亡的能力。此外,抑制并最終誘導癌細胞中活性PIN1的降解,也可通過依賴含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,caspase)的方式增加索拉非尼誘導的肝癌細胞凋亡敏感性。這些結(jié)果表明,PIN1在索拉非尼抗腫瘤細胞凋亡過程中發(fā)揮重要作用。生存素(survivin)的抗凋亡功能在包含肝癌在內(nèi)的多種癌癥中起著關(guān)鍵作用,其在肝癌中與PIN1的表達呈正相關(guān)。通過細胞系和異種移植模型研究發(fā)現(xiàn),過表達PIN1可抑制caspase-3和caspase-9活性導致凋亡減弱。此外,在過表達PIN1的細胞中下調(diào)survivin可減弱PIN1誘導的抗凋亡作用,提示抑制凋亡可通過PIN1-survivin相互作用介導。免疫共沉淀分析也表明PIN1可通過磷酸化的蘇氨酸34-脯氨酸35基序與survivin相互作用,并增強蘇氨酸34位點磷酸化的survivin、HBx蛋白和caspase-9前體之間的結(jié)合。證實PIN1可通過survivin蛋白參與肝癌細胞的凋亡功能[35]。此外,Leong等[36]研究證實,miR-874-3p在肝癌細胞系可通過靶向PIN1抑制細胞生長和集落形成,從而促進細胞凋亡。綜上所述,PIN1在肝癌細胞的凋亡過程中可通過調(diào)控多種底物蛋白發(fā)揮重要作用。

4 結(jié)語

肝癌是一種具有很強侵襲性且預后不良的癌癥,其發(fā)生、發(fā)展過程中重要分子靶點的識別可能促進新的診療方法的發(fā)展。PIN1表達失調(diào)與肝癌腫瘤大小、分期和復發(fā)等臨床特征密切相關(guān)。PIN1通過調(diào)控底物蛋白磷酸化異構(gòu)在多種通路中參與肝癌進程。因此,PIN1高表達所產(chǎn)生的多種致癌效應(yīng)使得PIN1很有可能成為肝癌診斷和治療的靶點,但仍需要進一步的研究和臨床試驗來檢驗PIN1在肝癌診治中的安全性和有效性,這也將是今后研究的重點。相信隨著研究的深入,將逐步揭示PIN1在肝癌發(fā)生、發(fā)展中的機制,為肝癌的診斷和治療提供更多的研究基礎(chǔ)和理論依據(jù)。