ADP核糖基化因子與消化道腫瘤

逯艷艷 綜述，陳衛(wèi)昌 審校

(1.蘇州大學(xué)第一附屬醫(yī)院消化科 215006;2.青海省人民醫(yī)院消化科 810000)

·綜 述·

ADP核糖基化因子與消化道腫瘤

逯艷艷1,2綜述，陳衛(wèi)昌1△審校

(1.蘇州大學(xué)第一附屬醫(yī)院消化科 215006;2.青海省人民醫(yī)院消化科 810000)

ADP核糖基化因子；消化道腫瘤；綜述

二磷酸腺苷-核糖基化作用因子(ADP-ribosylation factor,ARF)是廣泛存在于真核生物細(xì)胞膜上，屬于小G蛋白R(shí)as家族，是大小約20×103的GTP結(jié)合蛋白。1982年ARF首次被發(fā)現(xiàn)，并根據(jù)它能作為霍亂毒素催化Gs蛋白ADP核糖基化反應(yīng)的輔助因子而命名[1]。目前研究認(rèn)為，ARF與高爾基復(fù)合體相關(guān)，在囊泡運(yùn)輸、磷脂代謝、細(xì)胞內(nèi)吞、肌動(dòng)蛋白的重排和細(xì)胞骨架維持中發(fā)揮重要作用，在細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中具有重要生物學(xué)功能，且近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)其表達(dá)異常與多種腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。

1 ARF的分類

ARF是一個(gè)多基因家族，是在動(dòng)植物的演化發(fā)展中高度保守的GTP激酶，該家族包括6個(gè)ARF蛋白和11個(gè)ARF樣蛋白。根據(jù)氨基酸相似性分為3大類，第1類包括ARF1、ARF2、ARF3，它們之間相似度高達(dá)96%以上，是高爾基復(fù)合體相關(guān)性GTP酶，作用在細(xì)胞分泌途徑上，調(diào)節(jié)囊泡的形成，同時(shí)在活化脂類修飾酶中也發(fā)揮重要作用[2]；第2類包括ARF4、ARF5，二者相似度為90%，它們的功能尚不清楚，部分研究發(fā)現(xiàn)ARF5在高爾基轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮重要作用，參與高爾基復(fù)合體到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逆轉(zhuǎn)運(yùn)[3]。第3類是ARF6，氨基酸組成相似度64%～69%，被認(rèn)為在調(diào)節(jié)內(nèi)體質(zhì)膜的運(yùn)輸和結(jié)構(gòu)重組中發(fā)揮重要作用，參與細(xì)胞內(nèi)吞作用和肌動(dòng)蛋白的重排[4-5]。此外，還包含另外一類與ARF結(jié)構(gòu)上類似的蛋白(ARF-like protein,ARL)，其具有ATP酶的活性。

2 ARF的結(jié)構(gòu)

ARF的N末端有1個(gè)α螺旋,且具有2個(gè)相同的效應(yīng)結(jié)構(gòu)域(effector domain regions)Switch 1 和 Switch 2,它們之間有b2和b3折疊結(jié)構(gòu)連接的interswitch[6]。當(dāng)α螺旋上的十四烷基插入細(xì)胞膜，ARF被鳥苷交換因子(GEFs)激活，它將ARF-GDP轉(zhuǎn)換為ARF-GTP，從而活化ARF。同時(shí),interswitch區(qū)域中2個(gè)氨基酸殘基隨之移動(dòng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了ARF由非活性構(gòu)象向活性構(gòu)象的轉(zhuǎn)換[7]。活化的ARF與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合,啟動(dòng)外被蛋白的裝配。另外GTP酶激活蛋白(GAPs)是ARF的負(fù)調(diào)節(jié)子，能識(shí)別ARF-GTP，并誘導(dǎo)GTP水解產(chǎn)生ARF-GDP，使ARF功能失活。

3 ARF的功能

3.1 ADP核糖基化作用 ARF是在研究霍亂毒素作用機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)的?；魜y毒素具有ADP-核糖轉(zhuǎn)移酶活性,ARF蛋白與霍亂毒素均作用于細(xì)胞內(nèi)G蛋白的α亞基,使其核糖基化。

3.2 參與囊泡合成和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸 ARF參與高爾基體的生理功能,在細(xì)胞中控制高爾基體的囊泡形成,且在早期分泌途徑中的泡膜轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮重要作用。ARF主要參與內(nèi)體融合、核膜裝配、被覆網(wǎng)格蛋白囊泡的形成。ARF參與網(wǎng)格蛋白和無(wú)網(wǎng)格蛋白兩種囊泡被膜的形成,ARF上的GTP被GAP水解,使這兩種囊泡的被膜和膜分離,進(jìn)而囊泡和目的細(xì)胞器的膜最終融合。從而多種細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)被囊泡在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基復(fù)合體之間運(yùn)輸[8]。

3.3 磷脂酶D(PLD)被ARF激活 PLD是重要的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，也是某些生長(zhǎng)因子的效應(yīng)物。PLD有水解磷脂酰膽堿(phosphatidyl-choline，PC)的能力，并將PC分解成磷脂酸(phatidic acid，PA)和膽堿(choline)，還可以水解磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油等物質(zhì)。人們發(fā)現(xiàn)在體外，ARF參與了PLD的活性被GTP激活的過程,PLD的重要性使得ARF蛋白與細(xì)胞中許多生命過程密切相關(guān)。

3.4 影響細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性和在高爾基體中調(diào)節(jié)actin細(xì)胞骨架 ARF介導(dǎo)黏著斑中柱蛋白的募集,增強(qiáng)RhoA誘導(dǎo)的肌動(dòng)蛋白張力纖維的形成,而后者的形成需要PLD的活化及其產(chǎn)物PA的生成[9]。黏著斑決定著細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性，且肌動(dòng)蛋白張力纖維也與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性有關(guān)。高爾基體的形狀和在細(xì)胞內(nèi)的定位依賴于微管和actin細(xì)胞骨架[10]。高爾基體的膜運(yùn)輸與細(xì)胞骨架具有密切的聯(lián)系。在高爾基體膜上，ARF的激活可以促進(jìn)血影蛋白(spectrin)和actin細(xì)胞骨架的組裝。

3.5 促進(jìn)磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸即PI(4,5)P2的合成 ARF直接激活磷脂酰肌醇4激酶B和磷酸磷脂酰肌醇5激酶來(lái)增加PI(4,5)P2的合成[11]。ARF還可通過PLD生成PA來(lái)促進(jìn)PI(4,5)P2的合成。ARF與GAP或PLD相互作用都要依賴PI(4,5)P2，且PI(4,5)P2在細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、跨膜運(yùn)輸?shù)确矫姘l(fā)揮著重要的作用。

3.6 促進(jìn)極低密度脂蛋白(VLDL)的合成[12]ARF是通過激活PLD后間接作用于VLDL合成的第2步。其作用如何尚無(wú)研究可以解釋。

4 ARF與消化道腫瘤的關(guān)系

ARF在人體各組織及腫瘤細(xì)胞系中都有表達(dá)，消化道腫瘤是世界范圍內(nèi)最常見的惡性腫瘤。人類多種消化道腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后等病理指標(biāo)與ARF的相關(guān)性較高。

4.1 胃癌 在人胃癌細(xì)胞中以及經(jīng)癌基因轉(zhuǎn)化的細(xì)胞中均有PLD的活性增高。Min等[13]建立了一個(gè)穩(wěn)定高表達(dá)PLD 的細(xì)胞系,接種于裸鼠后可誘發(fā)未分化肉瘤。PLD催化產(chǎn)物PA在磷脂酶A2(phospholipaseA2，PLA2)的催化下生成溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid,LPA)。LPA涉及腫瘤的各個(gè)階段，包括細(xì)胞增殖、凋亡、黏附、遷移、侵襲和血管生成[14-16]。在胃癌組織中LPA能激活RhoA,并且通過NET1介導(dǎo)此過程。LPA能促進(jìn)NTE1的表達(dá),NET1作為RhoA的鳥嘌呤交換因子(GEF)在胃癌組織中的表達(dá)上調(diào),并促進(jìn)胃癌細(xì)胞的遷移和惡性轉(zhuǎn)化[17-18]。以上均提示PLD與胃癌的形成有關(guān)。故ARF作為PLD最主要的活化蛋白很可能通過其導(dǎo)致生長(zhǎng)因子信號(hào)通路的異常,從而引起胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)失控,并促進(jìn)胃癌形成。

4.2 食管癌 食管癌發(fā)生發(fā)展是多個(gè)癌基因、抑癌基因參與并積累的復(fù)雜過程。PLD 在腫瘤的發(fā)生、分化、凋亡及轉(zhuǎn)移等過程中扮演重要的角色，有研究表明，腫瘤細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)的分泌與PLD 的活化有關(guān)[19]。食管癌細(xì)胞MMP-9 的大量分泌是癌細(xì)胞具有較強(qiáng)侵襲和轉(zhuǎn)移潛能的重要標(biāo)志,MMP-9水平越高，惡性程度越高，預(yù)后越差。p53是腫瘤中最常見的突變基因之一,許多研究表明p53突變和高表達(dá)在食管癌的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[20]。PLD的表達(dá)增加可以使野生型p53蛋白的穩(wěn)定性降低而抑制DNA 損傷誘導(dǎo)的凋亡[21]。PLD參與食管癌的形成過程，故ARF可能促進(jìn)食管癌形成。

4.3 肝癌 ARF6 與惡性腫瘤的關(guān)系已經(jīng)成為目前研究的熱點(diǎn)。吳曉峰等[21]采用組織芯片檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，肝癌組織中ARF6 的表達(dá)與預(yù)后密切相關(guān)，ARF6 可作為肝癌預(yù)后不良的判斷指標(biāo)。另有研究表明，MMPs與調(diào)節(jié)肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)、肝癌的血管形成、調(diào)節(jié)肝癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)[22]。LPA主要通過Rho信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)增強(qiáng)肝癌細(xì)胞的體外侵襲轉(zhuǎn)移能力[23]。

4.4 大腸癌 大腸側(cè)向發(fā)育型腫瘤(CLST)可在3年內(nèi)發(fā)展為進(jìn)展期大腸癌。馬文敏等[24]研究顯示，ARF1 在CLST 表達(dá)水平較高,提示其可能介導(dǎo)與CLST 特性有關(guān)的生物學(xué)功能。PLD參與腫瘤的形成，而PLD活性卻依賴ARF的調(diào)節(jié),CLST 的高惡變也可能與ARF上調(diào)表達(dá)密切相關(guān)。另有研究報(bào)道顯示，p53、MMP均與大腸癌發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，而p53、MMP的分泌均與PLD活化有關(guān)，故考慮ARF與大腸癌的形成有關(guān)。

4.5 胰腺癌 ARF激活PLD，其催化產(chǎn)物PA在磷脂酶A2的催化下生成LPA，LPA能促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶和腫瘤血管生成因子的分泌，與腫瘤的局部侵襲轉(zhuǎn)移有關(guān)[25]。陶晨潔等[26]研究顯示，LPA通過內(nèi)皮分化基因受體Edg/LPA介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在人胰腺癌的發(fā)生發(fā)展中的起重要作用。且近年來(lái)許多實(shí)驗(yàn)提示基質(zhì)金屬蛋白酶、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子與胰腺癌發(fā)生轉(zhuǎn)移有密切關(guān)系。故ARF與胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)。

綜上所述，ARF在消化道腫瘤形成、發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，如食管癌、胃癌、結(jié)直腸癌、肝癌、胰腺癌等。并與腫瘤惡性程度、侵襲及預(yù)后等有關(guān)，如何通過ARF全面系統(tǒng)地調(diào)控靶基因表達(dá)，從而調(diào)節(jié)消化道腫瘤的生長(zhǎng),還需進(jìn)一步研究。了解ARF在消化道腫瘤中的作用可進(jìn)一步加深人們對(duì)腫瘤發(fā)生機(jī)制的認(rèn)識(shí)。相信隨著對(duì)ARF研究的深入必將為消化道腫瘤的診治提供新觀點(diǎn)、新方法及新的依據(jù)。

[1]Weiss O,Holden J,Rulka C,et al.Nucleotide binding and cofactor activities of purified bovine brain and bacterially expressed ADP-ribosylation factor[J].J Biol Chem,1989,264(35):21066-21072.

[2]Robinson MS.Adaptable adaptors for coated vesicles[J]．Trends Cell Biol,2004,14(4):167-174.

[3]Nie Z,Randazzo PA.Arf GAPs and membrane traffic[J].J Cell Sci,2006,119(7):1203-1211.

[4]D′Souza-Schorey C,Chavrier P.Arf proteins:roles in membrane traffic and beyond[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2006,7(5):347-358.

[5]Kahn RA,Cherfils J,Elias M，et al.Nomenclature for the human Arf family of GTP-binding proteins:Arf,ARL,and SAR proteins[J].J Cell Biol,2006,172(5):645-650.

[6]Amor JC,Harrison DH,Kahn RA,et al.Structure of the human adp-ribosylation factor 1 complexed with gdp[J].Nature,1994,372(657):704-708.

[7]Pasqualato S,Menetrey J,Franco M,et al.The structurai Gdp/Gtp cycle of human Arf6[J].EMBO Rep,2001,2(3):234-238.

[8]馬文敏.ADP-核糖基化因子1的功能及其與腫瘤相關(guān)性的研究進(jìn)展[J].醫(yī)學(xué)研究生報(bào),2005,18(6):554-558.

[9]Gommel DU,Meanon AR,Heiss A,et al.Recruitment to Golgi membranes of ADP-ribosylation factor 1 is mediated by the cytoplasmic domain of p23[J].EMBOJ,2001,20(23):6751-6560.

[10]Fucini RV,Chen JL,Sharma C,et al.Golgi vesicle proteins are linked to the assembly of an actin complex defined by mAbp[J].Mol Boil Cell,2002,13(2):621-631.

[11]Jones DH,Morris JB,Morgan CP,et al.Type Ⅰ phosphatidylinositol 4-phosphate 5-kinase directly interacts with ADP-Hbosylafion factor 1 and is responsible for phosphatidyl--inositol 4,5-bisphosphate synthesis in the golgi compartment[J].J Biol Chem,2000,275(18):13962-13966.

[12]Asp L，Clsesson C,Boren J,et al.ADP-ribosylation factor 1 and its activation of phospholjpase D are important for the assembly of very low density lipoproteins[J].J Biol Chem,2000,275(34):26285-26292.

[13]Min DS,Kwon TK,ParkW S,et al.Neoplastic trans form ation and tum origenes is associated with overexpression of phospholipase Disozymes in cultured murine fibroblasts[J].Carcinogenes is,2001,22 (10):1641-1647.

[14]Mills GB，Moolenaar WH.The emerging role of lysophosphatidic acid in cancer[J].Nat Rev Cancer,2003,3(8):582-591.

[15]Xu Y.Sphingosylphosphorylcholine and lysophosphatidylcholine:G protein-coupled receptors and receptor-mediated signal transduction[J].Biochim Biophys Acta,2002,1582(1/3):81-88.

[16]Mills GB,Fang X,Lu Y,et al.Specific keynote:molecular therapeutics in ovarian cancer[J].Gynecol Oncol,2003,88(1/2):88-92.

[17]Bennett Q，Sadlier D,Doran PP,et al.A functional and transcriptomic analysis of NET1 bioactivity in gastric cancer[J].BMC Cancer,2011(11):50.

[18]Murray D,Horgan G,Macmathuna P,et al.NET 1-mediated RhoA activation facilitates lysophosphatidic acid-induced cell migration and invasion in gastric cancer[J].Br J Cancer,2008,99(8):1322-1329.

[19]王亞雄，朱玲.磷脂酶D與腫瘤的關(guān)系[J].國(guó)際免疫學(xué)雜志,2006,29(2):89-92.

[20]李超霞,吳名耀.食管癌癌基因研究進(jìn)展[J].汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2003,16(4):248-251.

[21]吳曉峰,王科,武正山.組織芯片檢測(cè)肝細(xì)胞肝癌中ARF6蛋白的表達(dá)及臨床意義[J].南京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2012,32(12):1696-1699.

[22]邱偉,周鋼橋，賀福初.基質(zhì)金屬蛋白酶及其基因多態(tài)性與肝癌的發(fā)生發(fā)展[J].醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)雜志,2007,4 (4):324-327.

[23]王德勝,竇科峰,李開宗,等.溶血磷脂酸通過Rho信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑增強(qiáng)肝癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移[J].中華醫(yī)學(xué)雜志,2006,86(6):399-402.

[24]馬文敏,姜泊,賴卓勝,等.大腸側(cè)向發(fā)育型腫瘤細(xì)胞株ADP-核糖基化因子1 的表達(dá)及其意義[J].癌癥，2005,249(6):690-694.

[25]Xu X,Prestwich GD.Inhibition of tumor growth and angiogenesis by a lysophosphatidic and antagonist in an engineered three dimensional lung cancer xenograft model[J].Cancer，2010，116(7):1739-1750.

[26]陶晨潔,呂廣梅,龔涌靈.內(nèi)皮分化基因受體介導(dǎo)溶血磷脂酸在人胰腺癌的作用及其機(jī)制[J].中華胰腺病雜志，2012,12(3):216-218.

逯艷艷(1980-),碩士，主治醫(yī)師，主要從事消化道腫瘤方面的研究。

△通訊作者，E-mail:weichangchen@126.com。

:10.3969/j.issn.1671-8348.2015.15.042

R735

A

1671-8348(2015)15-2127-03

2014-11-15

2015-02-17)