PP1A在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的作用及研究進(jìn)展

司航 王娜娜 劉素素 張騫

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院病理科，濱州 256600

癌癥是全球第二大死亡原因，2018 年全球共報告了1 810 萬新發(fā)病例和960 萬死亡病例，早診斷早治療是患者獲得良好預(yù)后的重要條件［1］。因此，探索癌癥特異性分子及治療靶點(diǎn)刻不容緩。靶向細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)翻譯后磷酸化被認(rèn)為是一種可行的抗癌療法。蛋白磷酸酶是一組多樣化的蛋白質(zhì)，通過水解催化去除蛋白質(zhì)中的磷酸基團(tuán)，抵消蛋白激酶的作用［2］。其中蛋白磷酸酶1 催化亞基α（catalytic subunit alpha of protein phosphatase-1，PP1A）是PP1 必不可少的催化亞基，它在腫瘤發(fā)生發(fā)展及治療中的作用也引起了研究者的注意。本文對PP1A 在腫瘤中的作用和在多種腫瘤中的研究進(jìn)行綜述，增加對PP1A 的認(rèn)識，為新靶點(diǎn)的探索及癌癥治療提供新的方向。

PP1A的結(jié)構(gòu)及功能

PP1 是一種主要的蛋白磷酸酶，在人類細(xì)胞中廣泛存在并催化蛋白質(zhì)去磷酸化，其與蛋白磷酸酶2A（protein phosphatase 2A，PP2A）占據(jù)了真核生物磷酸酶活性的90%以上，PP1 是由催化亞基和1 個及2 個調(diào)節(jié)亞基組成的寡聚酶。PP1 的催化亞基有3 個不同的基因編碼，形成了3 種亞型：PPP1CA 基因編碼的PP1A（或PP1α）、PPP1CB 基因編碼的PP1B（或PP1β）及PPP1CC 基因編碼的PP1G（或PP1γ）。PP1 的催化亞基與多種調(diào)節(jié)亞基形成復(fù)合物，然后這些調(diào)節(jié)亞基將PP1C 引導(dǎo)至不同的亞細(xì)胞單位，靶向其底物，進(jìn)而調(diào)節(jié)多種細(xì)胞活動，包括細(xì)胞周期進(jìn)程、凋亡、生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞代謝［3］。

由PPP1CA 基因編碼的PP1A 亞基位于人類染色體11q13，PP1A 與多種調(diào)節(jié)亞基結(jié)合形成復(fù)合物在多種生物學(xué)過程中發(fā)揮作用。PP1A 使PDZ 結(jié)合基序的轉(zhuǎn)錄共激活因子（transcriptional co-activator with PDZ binding motif，TAZ）的Ser-89 和Ser-311 處去磷酸化，激活轉(zhuǎn)錄共激活因子，從而影響細(xì)胞生長［4］。PP1A參與調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，在有絲分裂M 期和G1 晚期到S 期，PP1A 被周期蛋白依賴激酶1 和周期蛋白激酶2 磷酸酶磷酸化而失活，但在有絲分裂結(jié)束過程中自行脫磷酸化而重新激活［5］。建立小鼠心臟梗死模型時，增加PP1A 活性顯著增加Yes 相關(guān)蛋白1（Yes-associated protein 1，YAP1）的功能，導(dǎo)致心肌細(xì)胞增殖和心臟再生的再激活［6］。PP1A 通過Wnt3a-TAZ 途徑調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化，并通過新生多肽復(fù)合物和共調(diào)節(jié)因子α去磷酸化影響cJun 轉(zhuǎn)錄活性和成骨細(xì)胞功能［7］。PP2A 在細(xì)胞轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生中的功能已經(jīng)得到充分驗(yàn)證［8-9］，作為疾病治療靶點(diǎn)也得到了廣泛研究［10-11］。PP1A 在癌癥中廣泛表達(dá)，但其表達(dá)水平及作用的不同可能與癌癥類型和調(diào)節(jié)亞基相關(guān)。

PP1A在多種腫瘤中的作用機(jī)制

PP1A 是修飾PP1 必不可少的成分。PP1A 活性可以通過引起細(xì)胞周期停止和/或細(xì)胞凋亡來覆蓋致癌信號傳導(dǎo)［12］。視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白（retinoblastoma protein，pRb）正常情況下在細(xì)胞周期中阻止細(xì)胞過早進(jìn)入S 期，但在腫瘤中，pRb 因過度磷酸化而失活，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子E2F 釋放、靶基因表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖。而PP1A的去磷酸化作用可使pRb 功能恢復(fù)，發(fā)揮腫瘤抑制因子作用［5］。然而，所有的PP1C亞型均可使鼠雙微基因4磷酸化，促進(jìn)鼠雙微基因4 對抑制p53 的作用，抵制癌細(xì)胞死亡［13］。另外，PP1A 與抑制性調(diào)節(jié)亞基之間的關(guān)聯(lián)可以增強(qiáng)間充質(zhì)標(biāo)志物的表達(dá)并促進(jìn)癌細(xì)胞遷移和侵襲［14］。PP1A 可被Smad 同源物7 募集到內(nèi)皮細(xì)胞限制性絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶受體3，使絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶受體3 去磷酸化而失活，進(jìn)而通過轉(zhuǎn)錄生長因子β 通路，限制Smad 同源物1/5/9 的下游信號通路，抑制腫瘤增殖、遷移及血管生成［15］。PP1A 已被證明在多種腫瘤的進(jìn)展和預(yù)后、治療中起重要作用，但其在腫瘤中表現(xiàn)出不同的作用，這可能與其相互作用的調(diào)節(jié)亞基相關(guān)。

1.PP1A與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展

Xie 等［16］通過在線數(shù)據(jù)庫分析磷酸蛋白磷酸酶催化亞基家族在乳腺癌中的表達(dá)水平時發(fā)現(xiàn)，與正常乳腺組織相比，磷酸蛋白磷酸酶催化亞基家族中有9個基因在乳腺癌組織中表達(dá)差異，其中PPP1CA與PPP4C在乳腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用最為顯著，且PPP1CA高表達(dá)患者的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移率最高。為了進(jìn)一步驗(yàn)證這兩個基因功能，進(jìn)行了體外試驗(yàn)，結(jié)果顯示PPP1CA的表達(dá)顯著抑制了乳腺癌的增殖和遷移，特別是乳腺癌易感基因-1 高突變的三陰性乳腺癌。Winter等［17］研究發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌中，PP1A 表達(dá)水平與雌激素受體（estrogen receptor，ER）狀態(tài)之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且PP1A低表達(dá)的腫瘤比PP1A 高表達(dá)的腫瘤更可能是ER 陰性，PP1A 在ER 信使RNA 的穩(wěn)定性中起作用。在ER 陽性的乳腺癌中，雌二醇間接促進(jìn)了PP1A 的活性，使抗增殖蛋白-2 去磷酸化和失活，而抗增殖蛋白-2 已被證明參與抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，且對雌二醇/ER信號通路具有較強(qiáng)的抑制活性［18-19］。Hall等［20］研究發(fā)現(xiàn)，表達(dá)張力蛋白1 的乳腺癌細(xì)胞表現(xiàn)出更強(qiáng)的遷移和侵襲性，而PP1A 與張力蛋白1 的結(jié)合限制了癌細(xì)胞的遷移和侵襲，且這種作用不通過肝癌缺失基因介導(dǎo)，這更加顯示PP1A 與張力蛋白1 結(jié)合對細(xì)胞遷移和侵襲的重要性。他莫西芬是ER 陽性乳腺癌常用的化學(xué)預(yù)防和化療藥物，其代謝產(chǎn)物4-羥基他莫西芬是主要的效應(yīng)物，發(fā)揮拮抗雌激素的作用。Bollig 等［21］研究表明，4-羥基他莫西芬對腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用可能與Ca2+的釋放有關(guān)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)PP1A上調(diào)在4-羥基他莫西芬誘導(dǎo)的Ca2+信號改變機(jī)制中發(fā)揮作用，其增加了乳腺癌細(xì)胞對他莫西芬細(xì)胞毒性的敏感性。PP1A與乳腺癌易感基因1的相互作用使抑制PPP1CA 的表達(dá)對于治療乳腺癌易感基因1 高突變的三陰性乳腺癌患者成為有希望的研究方向。

2.PP1A與前列腺癌的發(fā)生發(fā)展

Prowatke 等［22］通過免疫組化對175 例患者的651 個原發(fā)性前列腺癌和良性前列腺增生的組織芯片分析發(fā)現(xiàn)，相較于良性前列腺增生組織，PP1A 在前列腺癌組織中表現(xiàn)出更強(qiáng)的免疫染色，且臨床資料分析表明PP1A細(xì)胞質(zhì)表達(dá)增加與高Gleason 評分有關(guān)，這說明PP1A 在前列腺癌的發(fā)生及發(fā)展中起作用。Felgueiras等［23］研究發(fā)現(xiàn)，PP1A在前列腺癌中過表達(dá)，并且在斑點(diǎn)型鋅指結(jié)構(gòu)蛋白基因突變的前列腺癌中表達(dá)也存在差異，進(jìn)一步分析PPP1CA 基因變異時，發(fā)現(xiàn)PPP1CA 常有擴(kuò)增，但點(diǎn)突變罕見，這也能部分解釋PP1A 在前列腺癌中過表達(dá)。筆者接下來研究了PP1A 在雄激素依賴性前列腺癌細(xì)胞系和去勢抵抗前列腺癌細(xì)胞系中的表達(dá)，結(jié)果顯示PP1A在雄激素依賴性前列腺癌細(xì)胞系中表達(dá)比去勢抵抗前列腺癌細(xì)胞系及前列腺上皮細(xì)胞中的表達(dá)下降。Chen 等［24］研究發(fā)現(xiàn)，PPP1CA 基因擴(kuò)增在轉(zhuǎn)移性前列腺癌中高度富集，且進(jìn)一步研究了PP1A在轉(zhuǎn)移性前列腺癌的作用機(jī)制，研究確定了核糖體蛋白S6 激酶/PP1A/B-Raf信號通路。PP1A作為B-Raf激活的磷酸酶，激活絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號，而MAPK信號通路的異常激活在轉(zhuǎn)移性前列腺癌中較為常見，但PP1A 激活B-Raf 的前提是從核質(zhì)轉(zhuǎn)移進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中。Yan 等［25］免疫熒光結(jié)果顯示，在前列腺癌中PP1A 與遷移侵襲蛋白可能相互作用，進(jìn)而利用小干擾RNA沉默PP1A，發(fā)現(xiàn)PP1A 可逆轉(zhuǎn)遷移侵襲蛋白引起的活化蛋白激酶B（AKT）下降。因此，PP1A 與遷移侵襲蛋白相互作用促進(jìn)了PP1A依賴性AKT去磷酸化，并減弱下游哺乳動物雷帕霉素靶標(biāo)通路，抑制前列腺癌細(xì)胞增殖。Liu等［26］研究發(fā)現(xiàn)，在去勢抵抗前列腺癌中，PP1A 可結(jié)合雄激素受體并使鉸鏈區(qū)S650處去磷酸化，提高雄激素受體活性，這表明在雄激素剝奪治療后，PP1A可使雄激素受體穩(wěn)定，可能會導(dǎo)致去勢治療失敗。因此，靶向PP1A 或雄激素受體-PP1A 可能對去勢抵抗前列腺癌有效，這為后續(xù)治療提供了新的依據(jù)。

3.PP1A與肺癌的發(fā)生發(fā)展

Chen 等［27］研究發(fā)現(xiàn)，H1299 肺癌細(xì)胞PP1G 的含量是PP1A 的4 倍，但PP1A 過表達(dá)下調(diào)了PP1G 的表達(dá)，這表明PP1A 對PP1G 的拮抗作用，并且過表達(dá)PP1A 顯著減弱了H1299 細(xì)胞增殖，抑制了腫瘤細(xì)胞致瘤性，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)PP1A 通過負(fù)向調(diào)節(jié)pRb 磷酸化、限制游離的轉(zhuǎn)錄因子E2F水平發(fā)揮抑癌能力。Chen等［28］最新研究發(fā)現(xiàn)，在31對肺癌組織中，其中15 對肺癌組織PP1A 過表達(dá)，且升高水平與癌旁組織相比增加了至少2 倍，這表明PP1A 在肺癌發(fā)生中起作用，并且通過構(gòu)建過表達(dá)和敲除PP1A 的肺癌A549 細(xì)胞和正常293T 細(xì)胞，證明過表達(dá)的PP1A 促進(jìn)A549 細(xì)胞增殖和遷移，抑制293T 細(xì)胞增殖，并通過相反作用機(jī)制調(diào)節(jié)兩種細(xì)胞生長。另外，Verdugo-Sivianes 等［29］研究發(fā)現(xiàn)，低表達(dá)的PPP1CA 在鱗狀細(xì)胞肺癌中具有較好的預(yù)后和預(yù)測價值，通過肺癌細(xì)胞系對常用化療藥物反應(yīng)的分析表明，PPP1CA 與奧沙利鉑或硼替佐米的反應(yīng)存在相關(guān)性。PP1A在不同肺癌細(xì)胞中表現(xiàn)出相反的作用，這可能與作用機(jī)制不同有關(guān)，但這也表明PP1A在肺癌發(fā)生發(fā)展和治療中的作用值得進(jìn)一步探究。

4.PP1A與肝癌的發(fā)生發(fā)展

王琳鈞［30］研究顯示，在23 對肝癌組織中發(fā)現(xiàn)PPP1CA表達(dá)明顯高于正常組織，進(jìn)而對肝癌患者、非肝癌患者和良性肝病患者血清中PPP1CA 表達(dá)水平進(jìn)行比較，PPP1CA 在肝癌患者的血清中顯著升高，且通過數(shù)據(jù)庫分析，PPP1CA的表達(dá)水平與肝癌患者5 年生存率密切相關(guān)。該團(tuán)隊(duì)在隨后研究中進(jìn)一步驗(yàn)證了PPP1CA與肝癌細(xì)胞增殖密切相關(guān)，該過程可能與PPP1CA 對YAP 去磷酸化，并激活下游轉(zhuǎn)錄因子進(jìn)而促進(jìn)肝癌細(xì)胞過度增殖有關(guān)。在對臨床樣本及數(shù)據(jù)的分析中得出：HFP分期及腫瘤大小與血液中PPP1CA水平密切相關(guān)［31］。PPP1CA 還參與長鏈非編碼RNA（lncRNA）H19-p38-MAPK通路，調(diào)控肝癌中骨保護(hù)素的表達(dá)，促進(jìn)肝癌的骨轉(zhuǎn)移［32］。Xiang 等［33］研究發(fā)現(xiàn)，PP1A 被Tribbles 同系物2靶向于YAP，使YAP在Ser127和Ser397位點(diǎn)的選擇性去磷酸化，參與Tribbles同系物2介導(dǎo)的肝纖維化肝癌的進(jìn)展。

5.PP1A與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展

Liu 等［34］研究發(fā)現(xiàn)，PPP1CA 的mRNA 水平在腫瘤組織和癌旁組織之間沒有顯著差異，進(jìn)一步使PP1AT320位點(diǎn)磷酸化得到活性被抑制的pT320-PP1A 后，pT320-PP1A 在腫瘤組織和癌旁組織中表現(xiàn)出差異，且在腫瘤組織中表達(dá)上調(diào)，這表明PP1A 在結(jié)直腸癌中活性降低。除此之外，PP1A的組成型活性突變體（即PP1A-T320A）顯著抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖。Sun 等［35］研究發(fā)現(xiàn)，泛素特異性蛋白酶11 可促進(jìn)結(jié)直腸癌的增殖和轉(zhuǎn)移，為進(jìn)一步研究其作用機(jī)制，筆者經(jīng)過數(shù)據(jù)庫及試驗(yàn)驗(yàn)證PPP1CA 是泛素特異性蛋白酶11 的下游靶點(diǎn)，且泛素特異性蛋白酶11 通過去泛素化作用穩(wěn)定PPP1CA 活性，使PPP1CA 活化細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶/MAPK 信號通路，并依賴于PPP1CA 促進(jìn)結(jié)直腸癌進(jìn)展。PP1A 在結(jié)直腸癌研究中大多發(fā)揮“中間橋梁”作用，而對其自身在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用還需進(jìn)一步研究。

6.PP1A與其他腫瘤的發(fā)生發(fā)展

在正常食管鱗狀上皮細(xì)胞中，PP1A 與14-3-3γ 結(jié)合并被保留在胞質(zhì)中，使胞質(zhì)中的AKT 去磷酸，抑制AKT-mTOR-4EBP1 信號傳導(dǎo)。Tian 等［36］研究發(fā)現(xiàn)，在食管鱗癌細(xì)胞中，PP1A 與14-3-3γ 結(jié)合作用被核小RNA（SNORD12B）削弱，進(jìn)而導(dǎo)致PP1A積聚于細(xì)胞核內(nèi)，使胞質(zhì)中AKT磷酸化增強(qiáng)，激活了AKT信號傳導(dǎo)，從而促進(jìn)食管鱗癌的增殖和轉(zhuǎn)移。因此，PP1A 在食管鱗癌發(fā)生及發(fā)展中的作用值得進(jìn)一步探索。MiR-125b 在胃癌中的作用已被證明［37］，而有研究表明miR-125b 可直接與PPP1CA 結(jié)合，且PPP1CA 是miR-125b 的下游靶點(diǎn)，miR-125b 通過靶向PPP1CA 促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖、克隆形成、遷移和侵襲［38］。進(jìn)一步深入研究顯示升高的miR-125b 下調(diào)PPP1CA 的表達(dá)，使pRb 磷酸化增加，導(dǎo)致E2F 轉(zhuǎn)錄因子激活，促進(jìn)細(xì)胞周期失調(diào)和腫瘤發(fā)生。PP1A在之前的研究中已經(jīng)被證明在膠質(zhì)瘤細(xì)胞核中特異性高表達(dá)，這也說明PP1A可能在膠質(zhì)瘤的惡性發(fā)展中起重要作用［39］。Shastry 等［40］研究證明，PP1A 蛋白表達(dá)在膠質(zhì)瘤中與預(yù)后無關(guān)，而PP1A 與p53 陽性膠質(zhì)瘤較差的預(yù)后密切相關(guān)。Hang等［41］通過多種數(shù)據(jù)庫中胰腺癌的分析，PPP1CA 在胰腺癌的轉(zhuǎn)錄水平高于正常胰腺，并且PPP1CA的高轉(zhuǎn)錄水平與低生存率和不良預(yù)后相關(guān)，筆者又對55 例胰腺癌患者的PP1A 蛋白表達(dá)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示PPP1CA在癌組織中表達(dá)高于正常胰腺組織，且提示患者的不良預(yù)后。Hsu等［42］研究發(fā)現(xiàn)，在口腔鱗癌細(xì)胞中，PPP1CA基因拷貝數(shù)增加，雖然部分是由于11號染色體拷貝數(shù)增加，但與口腔鱗癌細(xì)胞的PP1A過表達(dá)顯著相關(guān)。此外，筆者研究發(fā)現(xiàn)PP1A促進(jìn)口腔鱗癌細(xì)胞生長，且表現(xiàn)出與細(xì)胞周期蛋白D1相似的功能。Cai和Xu［43］研究發(fā)現(xiàn)，PP1A作為去磷酸化YAP 的調(diào)節(jié)劑，參與溶血磷脂酸誘導(dǎo)的上皮性卵巢癌的長期遷移，并且證明了PP1A激活是上皮性卵巢癌中溶血磷脂酸-YAP 效應(yīng)所必需的。Wang 等［44］研究證明，PP1A 介導(dǎo)的去磷酸化作用可誘導(dǎo)YAP2的核積累和轉(zhuǎn)錄活性，并且PP1A 與YAP 轉(zhuǎn)染的卵巢癌細(xì)胞中對順鉑的耐藥性有關(guān)。Liu 等［45］研究發(fā)現(xiàn)，PP1A 抑制膽管癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，并表明PP1A 通過使p21 活化激酶1 的T423 點(diǎn)位去磷酸化并依賴Smad同源物4抑制膽管癌的進(jìn)展。

總結(jié)與展望

PP1A 在生物的多種活動中發(fā)揮作用，雖然其作為腫瘤抑制因子或腫瘤促進(jìn)因子的功能沒有達(dá)成共識，但不可否認(rèn)的是，PP1A 參與腫瘤的發(fā)生，且在腫瘤的治療中發(fā)揮作用，這也提示靶向PP1A可能會增加癌癥治療的價值。維持PP1A/pRb 相互作用可能對于控制癌細(xì)胞的無限復(fù)制至關(guān)重要，PP1A對AKT的抑制作用對于控制細(xì)胞存活也同樣如此。PP1A 對MAPK 通路上關(guān)鍵蛋白的抑制作用，可能為控制腫瘤轉(zhuǎn)移提供了一定優(yōu)勢。Matos 等［46］提出PP1 復(fù)合物的調(diào)節(jié)是一種很有前途的癌癥治療方法。Zhang 等［47］研究表明，癌癥干性與免疫治療抵抗密切相關(guān)，并利用新的單細(xì)胞測序特征提高了預(yù)測免疫檢查點(diǎn)抑制劑的能力，并表明包括PPP1CA 在內(nèi)的13 個基因是免疫治療的潛在靶點(diǎn)。關(guān)于PP1A 的探索尚需進(jìn)一步深入，PP1A 作為癌癥治療靶點(diǎn)雖然充滿挑戰(zhàn)，但也富有潛力。

作者貢獻(xiàn)聲明 司航：起草文章；王娜娜：對文章的知識性內(nèi)容作批評性審閱；劉素素：采集數(shù)據(jù)，支持性貢獻(xiàn)；張騫：對文章的知識性內(nèi)容作批評性審閱，獲取研究經(jīng)費(fèi)，指導(dǎo)