抑癌基因PTEN與腫瘤血管生成研究進展

沈存思，范方田，陶 麗，陳文顯，2，王愛云，2，陸 茵，2

(1.南京中醫(yī)藥大學藥學院;2.江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室，江蘇南京 210023)

1997年由三個研究小組分別從10q23.3上定位克隆了同一種抑癌基因，并從各自角度給予了命名，稱為抑癌基因PTEN，另外也叫MMACI或TEP1。該基因自發(fā)現(xiàn)起就一直在腫瘤治療研究中受到重視和關(guān)注，如今已發(fā)現(xiàn)PTEN在腫瘤增殖，侵襲，遷移過程中發(fā)揮極其重要的作用。近年來，國內(nèi)外愈來愈多的研究發(fā)現(xiàn)PTEN與腫瘤血管生成的關(guān)系十分密切，它可以通過激活PI3K信號通路，調(diào)控缺氧誘導因子1(HIF1)，血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)等，起到抑制腫瘤血管生成的作用。本文就近年來關(guān)于抑癌基因PTEN在腫瘤血管生成中的作用及其分子調(diào)節(jié)信號通路進行的概述，期望對腫瘤血管抑制劑的研發(fā)及腫瘤血管生成機制的研究提供參考。

1 PTEN突變或缺失可引起腫瘤發(fā)生和發(fā)展

PTEN抑癌基因是雙特異蛋白磷酸酶家族(DSPs)的成員，具有脂質(zhì)磷酸酶和蛋白酪氨酸磷酸酶活性［1］，PTEN被發(fā)現(xiàn)在多數(shù)惡性腫瘤中缺失，突變或者被抑制。它的突變首先影響了PTEN磷酸酶區(qū)域并且導致許多疾病，如小腦發(fā)育不良性節(jié)細胞瘤，BRR綜合征，并增加了乳腺，甲狀腺，子宮等器官癌變發(fā)生［2］。隨著相關(guān)研究的不斷深入，近年來研究發(fā)現(xiàn)PTEN突變可以促進腫瘤血管生成導致腫瘤的發(fā)展。

2 抑癌基因PTEN調(diào)控腫瘤血管生成途徑促腫瘤的發(fā)展

PTEN的表達主要受miRNA(如miR-21)，磷酸化，乙酰化，泛素化等轉(zhuǎn)錄后調(diào)控［3］。大量的研究表明，PTEN基因的缺失在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起到了重要的作用，而它對腫瘤的血管生成過程可以通過影響磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/絲-蘇氨酸激酶(AKT)信號途徑來實現(xiàn)［4－5］，主要過程是:PTEN通過其脂質(zhì)磷酸酶活性，可逆轉(zhuǎn)PI3K的磷酸化作用，將磷脂酰肌醇-3磷酸(PIP3)的磷酸基團移除，使之還原成磷脂酰肌醇-2磷酸(PIP2)，維持胞內(nèi)低PIP3水平。到目前已有大量的實驗研究報道了PTEN對腫瘤血管生成過程部分關(guān)鍵信號都有調(diào)控作用，下面分別進行闡述。

2.1 PTEN與HIF1信號的關(guān)系 HIF1與腫瘤血管生成密切相關(guān)，腫瘤的發(fā)展開始被限制在1～2 mm3是由于供氧，供能不足，腫瘤在低氧狀態(tài)下會優(yōu)先首先觸發(fā)血管生成機制HIF1信號通路，它是血管生成信號途徑的關(guān)鍵性的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子［6］。在研究中發(fā)現(xiàn)PTEN在膠質(zhì)母細胞瘤中有抑制HIF1的穩(wěn)定以及它的轉(zhuǎn)錄因子活性。此外，一些研究報道在腎透明細胞癌中，HIF1通路中2個重要的調(diào)控者VHL和PTEN基因都會有相伴性的丟失［7－8］。另外又有研究證明了在卵巢腫瘤細胞中PTEN表達上調(diào)會導致HIF1α，VEGF，和增殖細胞核抗原表達的下調(diào)［9］。胃癌的微陣列芯片分析實驗顯示PTEN的表達與VEGF以及MMPs的表達呈現(xiàn)負相關(guān)［10］，在一些胰腺癌中，miR-21對于提高VEGF和MMPs的表達也有著重要作用，而這些影響通過PI3K抑制劑治療有可能被消除［11］。更廣泛的細胞系(如PC-3，HepG2等細胞)進行的相關(guān)實驗［12－13］也得到了類似的結(jié)果，綜合上述實驗提示，PTEN影響腫瘤血管生成的機制之一有可能是通過調(diào)控PI3K通路影響來HIF1信號進而調(diào)控VEGF的表達，基于這一點，基于HIF1信號途徑為靶點的腫瘤血管生成的藥物研究應(yīng)考慮對PTEN的調(diào)控。

2.2 PTEN對血管生成中Ang/Tie2體系的影響 Ang/Tie2(促血管生成素/血管緊張素2)體系在腫瘤血管生成也起到了重要的作用。該途徑主要作用機制:VEGF會引起血管的出芽生長，但此時血管腔不完整，通透性高，缺少周細胞等。Ang1的表達增高后，能夠募集周細胞和平滑肌細胞等使血管穩(wěn)定。Ang2則起到雙重作用，既可阻斷Ang1的血管穩(wěn)定作用，導致血管床退化，血管外基質(zhì)降解。還可促進血管新生，其機制可能是Ang2結(jié)合Tie2，抑制Ang1的活性，誘導血管旁細胞從內(nèi)皮細胞上分離，增加內(nèi)皮細胞的凋亡。Ang2的活化導致腫瘤血管數(shù)量的大規(guī)模減少和血管直徑增大。血管的減少導致缺氧，進而上調(diào)腫瘤細胞 VEGF的表達，導致腫瘤的周圍明顯的血管生成［14］。另外也有研究報道VEGF被抑制后，Ang1/tie2有利于腫瘤的生長以及血管生存［15］。近年相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)Ang-1刺激Tie-2觸發(fā)了PI3K通路的激活［16］。初步揭示了Ang/Tie-2體系與PI3K通路的關(guān)聯(lián)性。另外，有相關(guān)研究報道稱脫落的Tie2受體能與Ang-1和Ang-2結(jié)合，從而抑制Tie2的磷酸化作用以及激活，而這一過程的調(diào)控是通過VEGF依賴性的PI3K通路激活來實現(xiàn)的，并證明 PTEN的過表達增加了 Tie-2的釋放［17］。該研究進一步提示了是PTEN可能調(diào)控了Ang/Tie-2體系，進而影響腫瘤血管生成，并且VEGF是該途徑的一個重要參與者。因此，以Ang/Tie靶向治療腫瘤血管生成的藥物也應(yīng)考慮到PTEN的影響因素。

2.3PTEN與鈉氫交換調(diào)控因子1(NHERF1)的關(guān)系 鈉氫交換調(diào)控因子1(NHERF1)是一種氨基酸組成的多功能連接蛋白，其分布位置與表達水平將決定其功能。當其位于細胞膜上，可能表現(xiàn)為一個腫瘤抑制因子。當其處于細胞質(zhì)中，可能成為致癌蛋白，其功能機制主要是通過調(diào)控血小板衍生因子(PDGF)、外向整流氯離子通道(ORCC)等信號通路等促進腫瘤發(fā)生以及腫瘤血管生成［18］。PTEN定位在細胞內(nèi)部也是PTEN調(diào)控作用的一部分，因為在細胞膜上缺損PTEN的轉(zhuǎn)位會削弱它對PI3K的信號的控制［19－20］。另外一些研究發(fā)現(xiàn)鏈接蛋白NHERF1與細胞膜上PTEN轉(zhuǎn)位是有關(guān)聯(lián)的。它們也證實了缺損PTEN的轉(zhuǎn)位會導致持續(xù)的Akt激活。有研究發(fā)現(xiàn)NHERF1能夠引起一些受體酪氨酸激酶(RTK)間的相互作用，例如 PDGFR，EGFR［21］，它們都在腫瘤血管生成中發(fā)揮著重要作用，PTEN可能通過影響NHERF1的途徑干預(yù)腫瘤血管生成過程，另外有研究發(fā)現(xiàn)PTEN在細胞膜上的轉(zhuǎn)位不僅僅與RTK下游信號的調(diào)控有關(guān)，還與自身的表達調(diào)控相關(guān)［22］，可作為一個新的腫瘤血管生成研究切入點進行深入探究。

2.4 PTEN對血管內(nèi)皮細胞(EC)的影響 血管內(nèi)皮細胞在腫瘤血管生成中起到起關(guān)鍵作用，腫瘤組織新生血管需要募集血管內(nèi)皮細胞，包括鄰近已有的內(nèi)皮細胞出芽，增殖和遷移經(jīng)過重塑形成的腫瘤血管，或者腫瘤細胞自身形變貼附血管壁發(fā)生血管生成擬態(tài)以及骨髓源性內(nèi)皮祖細胞整合到局部腫瘤血管分化為成熟內(nèi)皮細胞。PTEN對內(nèi)皮細胞的行為也具有調(diào)控作用。一些實驗表明在大部分的細胞基質(zhì)和內(nèi)皮細胞中擾亂PTEN的表達，這樣能夠減少PTEN信號在內(nèi)皮細胞中PI3K的激活，并導致了內(nèi)皮細胞增殖，生存以及遷移能力的增加，這些變化往往都是腫瘤血管生成重要因素及標志［23］。此外最近有相關(guān)研究也顯示PTEN可能影響到內(nèi)皮細胞的周期［24］，進而影響其分化增殖。該相關(guān)研究表明在腫瘤血管生成過程中，PTEN對內(nèi)皮細胞在腫瘤血管生成中的行為的影響不僅是間接的，還有可能使是直接的作用。

2.5PTEN與內(nèi)皮一氧化氮合成酶(eNOS)、NO關(guān)系 近年的研究表明［25］，eNOS來源的NO參與了腫瘤新生血管的生成，有文獻報道eNOS在腫瘤組織中有廣泛的表達。并通過生成NO來調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞的狀態(tài)以及骨髓內(nèi)皮祖細胞(EPC)的動員和歸巢［26］。NO在血管生成中也促成了脈管膨脹。又有人通過eNOS的基因敲除或抑制其活性，抑制了外周血管內(nèi)皮祖細胞的歸巢以及腫瘤新生血管的生成［27］，也再次驗證了氧化產(chǎn)物在腫瘤血管生成中的重要性。有文獻報道了在腫瘤細胞以及內(nèi)皮細胞中，PTEN都參與了eNOS的調(diào)控，另外又有證明VEGF誘導的內(nèi)皮NO產(chǎn)物能維持急性髓細胞白血病細胞的生長，并且發(fā)生機制涉及到 PI3K通路［28］。上述研究揭示了癌細胞和內(nèi)皮細胞中PTEN與內(nèi)皮含氮氧化物合酶調(diào)控是相關(guān)的，并且影響到了腫瘤血管生成，進一步的作用機制有待探究。

Fig 1 PTEN participates in regulation of tumor angiogenesis

3 PTEN與腫瘤的抗血管生成治療

綜上所述，PTEN與多種影響腫瘤血管生成的因素相關(guān)，盡管PI3K途徑被認為在腫瘤血管生成中是一個重要的信號調(diào)控節(jié)點，而PTEN對PI3K的信號又起到了重要的調(diào)控因素，從而與PI3K具有同等調(diào)控腫瘤血管生成的作用，也被視為調(diào)控腫瘤血管生成的一個關(guān)鍵節(jié)點。目前，臨床上針對腫瘤血管生成的治療主要集中在對抗VEGF，EGF等信號的過度活化，例如單克隆抗體針對VEGF-A如貝伐單抗，VEGFR的絡(luò)氨酸酶抑制劑如索拉菲尼。然而長期治療會出現(xiàn)腫瘤耐藥的問題。這些耐藥性機制通常與VEGF，bFGF或EGF誘導HIF-1和PI3K信號通路相關(guān)［29－30］。值得注意的是臨床研究證實腫瘤細胞對抗抗EGFR治療的效果與PTEN相關(guān)，并且抗EGFR治療效果與PTEN表達量呈正相關(guān)。這為EGFR耐藥的問題提供了新的思路［31－32］。與此同時，臨床研究還發(fā)現(xiàn)MMPs的過表達是耐藥的又一機制，而PTEN和MMPs表達也呈負相關(guān)，因此此類抗TKI的耐藥也可能通過上調(diào)PTEN解決。目前抗酪氨酸激酶抑制劑(TKI)耐藥的研究熱點主要集中在PI3K，AKT和mTOR抑制劑，但均處于臨床試驗階段［33－34］。但是目前為止沒有發(fā)現(xiàn)PTEN的誘導劑進入臨床試驗研究，慶幸的是針對PTEN的基因治療已處實驗階段，有報道野生型PTEN轉(zhuǎn)染到人類前列腺癌細胞，可以減少腫瘤血管生成［35］。雖然這項工作是一個巨大的挑戰(zhàn)，卻能為抗TKI耐藥帶來希望。

4 結(jié)語與展望

腫瘤血管生成是在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的一個關(guān)鍵因素?？鼓[瘤血管生成是目前抗腫瘤治療其中一個重要的有效的手段。抑癌基因PTEN自發(fā)現(xiàn)以來一直作為抗腫瘤研究中一個重要的研究對象，隨著國內(nèi)外對PTEN與腫瘤關(guān)系研究的不斷深入，逐步發(fā)現(xiàn)了PTEN與腫瘤血管生成機制中關(guān)鍵因素HIF1﹑VEGF﹑Ang/Tie-2體系﹑NHERF1、EC以及eNOS等都有著密切聯(lián)系，從而綜合調(diào)控影響了腫瘤血管的新生，但是目前的研究也存在一些問題，PTEN調(diào)控因素較多，被影響的這些分子信號相互關(guān)系網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，它們是否具有更深層次的關(guān)聯(lián)性尚不十分明確，有待更深入研究。本文通過對于近年來PTEN與腫瘤血管生成關(guān)系較全面的綜述，PTEN很可能成為治療靶點，應(yīng)用于研究腫瘤抗血管生成機制以及抗腫瘤血管生成相關(guān)藥物的研發(fā)中，為癌癥的治療提供一個新的可行途徑。

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