泛素-蛋白酶體通路與神經(jīng)生長(zhǎng)因子家族的腫瘤相關(guān)性研究進(jìn)展

劉曉君綜述 王玉華審校

泛素化是蛋白質(zhì)翻譯后重要修飾之一，是蛋白質(zhì)降解信號(hào)，被泛素化修飾的蛋白質(zhì)被蛋白酶識(shí)別從而被降解。近年來，人們通過對(duì)泛素化-蛋白酶體通路研究的深入，發(fā)現(xiàn)其是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)選擇性降解的主要途徑,參與細(xì)胞凋亡、MHCⅠ類抗原的遞呈、細(xì)胞周期以及細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)等過程,對(duì)維持細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)具有極其重要的意義[1]。在細(xì)胞周期中，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的產(chǎn)生和降解保持著動(dòng)態(tài)平衡，如果這一動(dòng)態(tài)平衡被破壞，就會(huì)造成嚴(yán)重的細(xì)胞增殖或分化的異常，進(jìn)而導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生。尤其是一些泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的底物是生長(zhǎng)因子的，他們?nèi)绻荒苷５貜募?xì)胞內(nèi)降解，就會(huì)引發(fā)腫瘤。近年來，神經(jīng)生長(zhǎng)因子及其受體在腫瘤中的相關(guān)表達(dá)及作用國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究也較為廣泛，我們對(duì)泛素-蛋白酶體通路與神經(jīng)生長(zhǎng)因子家族研究進(jìn)展及其與腫瘤相關(guān)性進(jìn)行綜述。

1 泛素-蛋白酶體通路(UPP)與腫瘤的相關(guān)性

1.1 泛素-蛋白酶體通路(UPP)概述

泛素化過程，首先是在ATP參與下,游離的泛素被活化酶E1激活,即E1的半胱氨酸殘基與泛素的C末端甘氨酸殘基形成高能硫酯鍵。然后,活化的泛素被轉(zhuǎn)移到E2的活性半胱氨酸殘基上,形成高能硫酯鍵。接著，E2再將泛素傳遞給相應(yīng)的E3。E3可直接或間接地促進(jìn)泛素轉(zhuǎn)移到靶蛋白上,使泛素的C末端羧酸酯與靶蛋白賴氨酸的ε2氨基形成異肽鍵,或轉(zhuǎn)移到已與靶蛋白相連的泛素上形成多聚泛素鏈，以上即泛素化過程[2]。在此過程中泛素連接酶E3是泛素-蛋白酶體通路選擇性降解機(jī)制的關(guān)鍵因素,它能特異性地識(shí)別被降解的蛋白,并將其與泛素相連接[3]。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)降解蛋白的特異性由泛素連接酶E3決定，因此，泛素連接酶E3家族及其相關(guān)作用機(jī)制引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的密切關(guān)注。泛素連接酶E3是1個(gè)蛋白家族，根據(jù)其結(jié)構(gòu)可以分為以下4 類：N-末端規(guī)則E3，(N-end rule E3) 家族、HECT家族、環(huán)指E3(RINGfinger)家族、環(huán)指相關(guān)E3 家族，在UPP中多數(shù)情況下是泛素連接酶E3參與底物的識(shí)別，它在調(diào)節(jié)泛素與底物連接的特異性上起著中心作用[4，5]。泛素連接酶E3參與調(diào)控腫瘤發(fā)生、分化等多個(gè)過程，它在癌形成過程中發(fā)揮重要作用，其中Nedd4家族調(diào)節(jié)多種生長(zhǎng)因子受體(如表皮生長(zhǎng)因子受體EGFR；血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子VEGFR等)的降解和胞吞作用。Nedd4家族是目前研究比較清楚的一類HECT E3。人類中共發(fā)現(xiàn)了9種Nedd4蛋白，包括NEDD4，NEDD4-2 (NEDD4L)，ITCH，SMURF1，SMURF2,WWP1，WWP2，NEDL1和NEDL2[6～8]。這9種蛋白它們具有相似的結(jié)構(gòu)：包括1個(gè)N末端的C2區(qū)域和蛋白中央2～4個(gè)WW區(qū)域[9]。

1.2 泛素-蛋白酶體通路(UPP)與腫瘤

目前相關(guān)研究表明，Nedd4家族多種蛋白在腫瘤細(xì)胞中都過度表達(dá)，比如Smurf2，WWP1，NEDD4-2和Smurf1等。其中值得一提的是，NEDD4-2已被證明在老鼠睪丸，腎臟，肝臟，肺，腦，心臟中表達(dá)[10]。NEDD4-2的功能在于調(diào)節(jié)上皮鈉離子通道(the Epithelial Na+ Channel，ENaC)，即通過在泛素化過程中與上皮鈉離子通道結(jié)合，增加ENaC的表達(dá)活性。除了ENaC外，電壓門控鈉通道也可以激發(fā)NEDD4-2的調(diào)控，這些通道也成為細(xì)胞功能的關(guān)鍵。NEDD4-2已發(fā)現(xiàn)負(fù)調(diào)節(jié)TGFβ信號(hào)通路[11]。TGFβ信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞的增殖，分化，遷移和凋亡，促進(jìn)晚期癌癥細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。由此可見，NEDD4-2泛素化過程異常與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有著密切的關(guān)系。

2 神經(jīng)生長(zhǎng)因子及受體與腫瘤的相關(guān)性

2.1 神經(jīng)生長(zhǎng)因子及受體概述

神經(jīng)生長(zhǎng)因子( nerve growth factor，NGF) 是1種多功能、多肽性的物質(zhì),它通過特異的靶細(xì)胞表面的神經(jīng)生長(zhǎng)因子受體( nerve growth factor receptor,NGFR)介導(dǎo)產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)。 神經(jīng)生長(zhǎng)因子受體(NGFR)有2種,為高親和力受體( Trk A)和低親和力受體(p75) 。兩者都是Ⅰ型跨膜蛋白,其中Trk A是1種具有內(nèi)在酪氨酸激酶活性的膜受體,是NGF的功能性受體,主要由1種跨膜酪氨酸激酶gp140 Trk組成。當(dāng)NGF與Trk A結(jié)合后,在NGF作用下gp140 Trk能夠自我催化酪氨酸殘基磷酸化,從而增強(qiáng)自身的酪氨酸激酶活性,這是NGF發(fā)揮生物效應(yīng)的始動(dòng)階段?；罨蟮腡rk A 將接受到的信號(hào)向細(xì)胞內(nèi)傳送則需通過ras原癌基因編碼蛋白p21 ras,隨后通過RAS/MAPK信號(hào)通路的激活,影響基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯,表現(xiàn)為對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的調(diào)控[12]。 NGF與TrkA之間的相互作用是影響惡性腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、擴(kuò)展和播散的重要因素。p75是包括腫瘤壞死因子( TNF) 受體及T淋巴細(xì)胞特異抗原OX40在內(nèi)的細(xì)胞表面蛋白超級(jí)家族成員之一,是NGF的輔助性受體。結(jié)構(gòu)組成及氨基酸序列分析結(jié)果提示p75是1種不含有細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)的糖蛋白，與NGF的親和力較低,與NGF結(jié)合后的解離速度快( T1/2約為10 s) 。p75與NGF結(jié)合后，可激活轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡；同時(shí)也可以增強(qiáng)NGF與高親和力的受體Trk A的結(jié)合力,增加Trk A的自身磷酸化作用,從而影響信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[ 13～15 ]。

2.2 NGF/ NGFR與腫瘤

近年來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者開始重視神經(jīng)生長(zhǎng)因子及受體在腫瘤中的相關(guān)研究。在許多腫瘤如乳腺癌[16]、膽管癌[17]、肺癌[18]、神經(jīng)母細(xì)胞瘤[19]、食管癌[20]、子宮頸癌[21]、胰腺癌[22]等組織中檢測(cè)到NGF及NGFR的表達(dá)，提示NGF及NGFR與腫瘤的關(guān)系十分密切。據(jù)目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究證實(shí)，p75NTR 可抑制前列腺癌[23,24]、膀胱癌[25]、胃癌[26]等腫瘤細(xì)胞的增殖。這種作用是通過細(xì)胞周期阻滯和誘導(dǎo)凋亡來實(shí)現(xiàn)的。p75NTR 能通過增加G1期細(xì)胞數(shù)量、減少S期細(xì)胞數(shù)量來阻斷細(xì)胞周期的進(jìn)程。Descamps 等對(duì)表達(dá)2種類型NGFR 的乳腺癌細(xì)胞株進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)NGF 對(duì)乳腺癌細(xì)胞的促分裂作用需要TrkA 的酪氨酸酶活性，也需要絲裂酶原激活的蛋白激酶( MAPK) 的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，但與p75NTR無關(guān)；相反，NGF 的抗凋亡作用需要p75NTR 及轉(zhuǎn)錄因子NFB 的激活，但不需要MAPK 激酶鏈，說明NGF 的活性需要2條獨(dú)特的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，NGF 能夠通過調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和凋亡之間的平衡來影響腫瘤的生長(zhǎng)[27]。有研究者對(duì)5個(gè)胰腺癌細(xì)胞系( PANC-1,MIA-PaCa-2,CAPAN-1,ASPC-1,T3M4)的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，NGF對(duì)TrkA mRNA表達(dá)水平高的胰腺癌細(xì)胞系( PANC-1,MIA-PaCa-2)具有促進(jìn)增殖和轉(zhuǎn)移的作用；而對(duì)TrkA表達(dá)水平低的胰腺癌細(xì)胞系(T3M4)起抑制細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移的作用，說明NGF對(duì)胰腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)的影響取決于2種受體表達(dá)水平及兩者之間的平衡。以上研究文獻(xiàn)均已明確NGF 及其受體可在多種腫瘤中表達(dá)，并影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

3 泛素-蛋白酶體通路(UPP)與神經(jīng)生長(zhǎng)因子家族的相關(guān)性

Arevalo等指出TrkA是泛素連接酶Nedd4-2的作用底物，Nedd4-2通過其WW區(qū)域與TrkA的非磷酸化的PY基序相連接，并且介導(dǎo)了神經(jīng)生長(zhǎng)因子(NGF)依賴的TrkA泛素化過程，此過程中NGF可促使Nedd4-2磷酸化激活并最終導(dǎo)致TrkA內(nèi)化降解[28]。

綜上所述，異常的泛素-蛋白酶體生物學(xué)行為與惡性腫瘤有著極其密切的關(guān)系，主要是因?yàn)楫惓５姆核?蛋白酶體通路對(duì)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解失常所致。同時(shí)，泛素化過程中細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)過程復(fù)雜，涉及多蛋白結(jié)構(gòu)和功能變化。基于蛋白表達(dá)異常是與腫瘤發(fā)生密切相關(guān)的因素，人們針對(duì)泛素—蛋白酶體通路與神經(jīng)生長(zhǎng)因子家族相關(guān)聯(lián)系已深入研究。研究提示TrkA的泛素連接酶Nedd4L-2調(diào)節(jié)過程與惡性腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展密切相關(guān)，而信號(hào)傳導(dǎo)途徑中還有許多問題需要進(jìn)一步探討與研究，調(diào)節(jié)機(jī)制需要進(jìn)一步明確。受體酪氨酸激酶TrkA泛素化調(diào)節(jié)與腫瘤病理生理關(guān)系的進(jìn)一步研究將有助于開發(fā)出作用于惡性腫瘤細(xì)胞的相關(guān)靶點(diǎn)抑制劑，為腫瘤的藥物治療取得新的突破。

[1]Mukhopadhyay D,Riezman H.Proteasome independent functions of ubiquitin in endocytosis and signaling〔J〕.Science，2007,315 (5809):201.

[2]吳慧娟，張志剛.泛素-蛋白酶體途徑及意義〔J〕.國(guó)際病理科學(xué)與臨床雜志，2006，26(1)：7.

[3]白 勇，孫安盛，顧振綸，等.泛素- 蛋白酶體通路在細(xì)胞生存和腫瘤發(fā)生中的作用〔J〕.中國(guó)藥理學(xué)通報(bào)，2008,24 (10):1268.

[4]Sullivan J A，Shirasu K，Deng X W.The diverse roles of ubiquitin and the 26S proteasome in the life of plants〔J〕.Nat Rev Genet，2003,4(12):948.

[5]Ulrich H D.Natural substrates of the proteasome and their recognition by the ubiquitin system〔J〕.Curr Top Microbiol Immunol，2002，268(1):137.

[6]Harvey KF，Kumar S.Nedd4-like proteins:An emerging family of ub-iquitin-protein ligases implicated in diverse cellular functions〔J〕.Trends Cell Biol，1999,9(5):166.

[7]Ingham RJ，Gish G，Pawson T.The Nedd4 family of E3 ubiquitin ligases:functional diversity within a common modular architecture〔J〕.Oncogene，2004,23(11):1972.

[8]Shearwin-Whyatt L，Dalton HE，F(xiàn)oot N，et al.Regulation of functional diversity within the Nedd4 family by accessory and adaptor proteins〔J〕.Bioessays，2006,28(6):617.

[9]Kumar S，Harvey KF，Kinoshita M，et al.cDNA cloning，expression analysis,and mapping of the mouse Nedd4 gene〔J〕.Genomics，1997,40(3):435.

[10]Umemura M，Ishigami T，Tamura，K，et al.Transcriptional diversity a-nd expression of NEDD4L gene in distal nephron〔J〕.Biochemical and Biophysical Research Communications，2006，339(4):1129.

[11]Izzi L，Attisano L.Ubiquitin-dependent regulation of TGFbeta signaling in cancer〔J〕.Neoplasia，2006.8(8)，677.

[12]張雪寶,陸天才.神經(jīng)生長(zhǎng)因子及其受體與腫瘤的關(guān)系〔J〕.臨床與實(shí)驗(yàn)病理學(xué)雜志，2002，18 (5):543.

[13]Blasco Gutierrez MJ，Jose Crespo IJ，Zozaya Alvarez E，et al.TrkC:a new p redictive marker in breast cancer 〔J〕.Cancer Invest，2007，25 (6):405.

[14]Com E,Lagadec C，Page A，et al.Nerve growth factor receptor TrkA signaling in breast cancer cells involves ku70 to prevent apoptosis〔J〕.Mol Cell Proteomics，2007,6 ( 11):1842.

[15]Melamed I，Patel H，Brodie C，et al.Activation of Vav and Ras thro-ngh the nerve growth factor and B cell receptors by different kinase〔J〕.Cell Immunol，1999，191 (2):83.

[16]Adriaenssens E,Vanhecke E，Saule P，et al.Nerve growth factor is a potential therapeutic target in breast cancer〔J〕.Cancer Res，2008，68 (2):346.

[17]郭 偉,鄒聲泉.神經(jīng)生長(zhǎng)因子對(duì)人膽管癌細(xì)胞增殖作用的影響〔J〕.中國(guó)普通外科雜志，2005，14 (8):595.

[18]Perez - Pinera P，T Hemandez T，Garcia - Suarez O，et al.The Trk tyrosine kinase inhibitor K252a regulates growth of lung adenocarcinomas〔J〕.Mol Cell Biochem，2007，295(1～2)： 19.

[19]Baker DL，Molenaar WM，Trojianowski JQ，et al.Nerve growth factor receptor in peripheral and central neuroectodermal tumors，other pediatric brain tumors，and during development of the adrenal gland〔J〕.Am J Pathol，1991，139( 1):115.

[20]Zhu ZW，F(xiàn)riese H，Wang L，et al.Down-regulation of nerve growth factor in poorly differentiated and advanced human esophageal cancer〔J〕.Anticancer Research，2000，20(1A):125.

[21]張雪寶，陸天才，李 鋒，等.神經(jīng)生長(zhǎng)因子及受體與子宮頸原位癌的相關(guān)性研究〔J〕.實(shí)用腫瘤雜志，2004，19( 4):306.

[22]Zhu ZW，F(xiàn)riese H，Wang L，et al.Nerve growth factor exerts differential effects on the growth factor as antigen for a pancreatic cancer cells〔J〕.Clin Cancer Res，2001，7( 1):105.

[23]Allen J，Khwaja F，Djakiew D，et al.Gene therapy of prostate xenograft tumors with a p75NTR lipoplex〔J〕.Anticancer Res,2004，24(5A):2997.

[24]Krygier S，Djakiew D.The neurotrophin receptor p75NTR is a tumor suppressor in human prostate cancer〔J〕.Anticancer Res,2001，21(6A):3749.

[25]Khwaja F，Djakiew D.Inhibition of cell-cycle effectors of proliferation in bladder tumor epithelial cells by the p75NTR tumor suppressor〔J〕.Mol Carcinog，2003，36(3):153.

[26]Jin H F，Pan Y，Zhao L，et al.p75 neurotrophin receptor suppresses the proliferation of human gastric cancer cells〔J〕.Neoplasia，2007，9(6):471.

[27]Descamps S，Lebonrhis X，Delehedde M，et al.Nerve growth factor is mitogenic for cancerous but not normal human breast epithelial cells〔J〕.J Biol Chem，1998，273(27):16659.

[28]Arevalo JC，Waite J，Rajagopal R，et al.Cell survival throu-gh Trk neurotrophin receptors is differentially regulated by ubiquitination〔J〕.Neuron,2006，50(4):549.