CyclinB1與腫瘤細(xì)胞周期調(diào)控

賈未玲，于 淼,2

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，哈爾濱150076；2. 國(guó)家教育部 抗腫瘤天然藥物工程研究中心，哈爾濱150076)

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CyclinB1與腫瘤細(xì)胞周期調(diào)控

賈未玲1，于 淼1,2

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，哈爾濱150076；2. 國(guó)家教育部 抗腫瘤天然藥物工程研究中心，哈爾濱150076)

細(xì)胞周期是細(xì)胞生命活動(dòng)的基本過(guò)程，G1和G2期的啟動(dòng)與之息息相關(guān).Cyclin B1是調(diào)控G2期的關(guān)鍵蛋白，對(duì)整個(gè)細(xì)胞周期的調(diào)控至關(guān)重要.綜述Cyclin B1的結(jié)構(gòu)和功能及其效應(yīng)分子在細(xì)胞周期的調(diào)控，尤其是對(duì)G2/M期調(diào)控的研究進(jìn)展，并簡(jiǎn)要闡述了Cyclin B1介導(dǎo)的細(xì)胞周期調(diào)控異常與在腫瘤組織中的表達(dá)特征的關(guān)系.為腫瘤的治療提供一個(gè)新的靶點(diǎn)和方向.

CyclinB1；腫瘤 ；細(xì)胞周期調(diào)控

細(xì)胞周期是細(xì)胞生命活動(dòng)中最重要的過(guò)程，通過(guò)調(diào)控因子使細(xì)胞在不同時(shí)相按序完成眾多細(xì)胞周期事件[1].因此，細(xì)胞周期的運(yùn)行與否受控于精密的細(xì)胞周期調(diào)控.隨著分子生物學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，細(xì)胞周期及其調(diào)節(jié)機(jī)制近幾年取得長(zhǎng)足進(jìn)步，且越來(lái)越多的試驗(yàn)證據(jù)表明，腫瘤是細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制的破壞的一類(lèi)疾病.本文就細(xì)胞周期及其分子調(diào)節(jié)機(jī)制以及G2期重要調(diào)控因子CyclinB1的結(jié)構(gòu)功能及其與腫瘤關(guān)系綜述如下.

1 Cyclin概述

20世紀(jì)80年代，英國(guó)劍橋大學(xué)的Timothy Hunt等[2]科學(xué)家們首次在海膽卵母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)一個(gè)呈細(xì)胞周期特異性或時(shí)相性表達(dá)、累積和消失的蛋白質(zhì)，被稱之為細(xì)胞周期蛋白(Cyclin).不久之后，Lohka等[3]從非洲爪蟾卵細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)并分離出有絲分裂促進(jìn)因子(MPF)，并證明Cyclin是其組成成分之一，是細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制的核心因子.此后，科學(xué)家們?cè)诮湍?、海星[4]、果蠅[5]和人類(lèi)細(xì)胞等生物中進(jìn)行多層面研究，均發(fā)現(xiàn)和證實(shí)了Cyclin的存在.目前發(fā)現(xiàn)有14種不同的Cyclin，分別為A、B1、B2、C、D1、D2、D3、E、F、G、H、T1、T2a、T2b.人們根據(jù)Cyclin高峰表達(dá)時(shí)相將細(xì)胞周期分為兩個(gè)階段：G1/S期和G2/M期.Cyclin是細(xì)胞成熟促進(jìn)因子(MPF)的調(diào)節(jié)亞基，CDK則為MPF的催化亞基，通過(guò)MPF的磷酸化作用：1)使微管蛋白磷酸化，導(dǎo)致細(xì)胞骨架的重新組合.2)使核纖層蛋白(lamins)磷酸化，而使核膜解體或再現(xiàn).3)使組蛋白H1磷酸化，導(dǎo)致染色體凝聚.4)使一些抑癌基因p53、原癌基因c-myb磷酸化，從而控制細(xì)胞周期進(jìn)程.這些效應(yīng)會(huì)促使細(xì)胞周期不斷運(yùn)轉(zhuǎn).

2 細(xì)胞周期各時(shí)相的Cyclins

細(xì)胞周期各時(shí)相中的Cyclin種類(lèi)不同，在G1/S 期包括CyclinC，CyclinD，CyclinE；G2/M 期包括CyclinA和CyclinB.

CyclinC主要在果蠅及人類(lèi)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，它的mRNA和蛋白質(zhì)水平在G1早期達(dá)到高峰，可能在G1期起作用.CyclinD與CDK4/6結(jié)合，激活CDK4/6，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞通過(guò)“開(kāi)始點(diǎn)”.其家族由D1、D2和D3三個(gè)亞型組成，具有周期特異性和時(shí)相性.CyclinD1與CyclinD2表達(dá)相似，互補(bǔ)性較強(qiáng)，CyclinD3也具有相對(duì)獨(dú)立的功能.CyclinE與CDK2結(jié)合形成復(fù)合物，調(diào)控細(xì)胞由G1期進(jìn)入S期，是G1期進(jìn)行的和S期啟動(dòng)的必要條件.

CyclinA位于細(xì)胞核，在DNA合成前出現(xiàn)，先于CyclinB表達(dá)，可阻滯G1期向S期轉(zhuǎn)換，與CyclinB協(xié)同調(diào)控細(xì)胞從G2期進(jìn)入M期.CyclinB存在于胞質(zhì)中，在S晚期合成，在G2-M過(guò)渡時(shí)累積達(dá)到高峰.

3 Cyclin參與下的細(xì)胞周期調(diào)控

細(xì)胞周期調(diào)控的關(guān)鍵部位則是細(xì)胞周期控制點(diǎn)(Check point)，它決定了DNA復(fù)制及細(xì)胞分裂兩個(gè)方面.由細(xì)胞周期蛋白(Cyclin)、細(xì)胞周期素依賴蛋白激酶CDK及其抑制因子CKI組成的Cyclin-CDK-CKI系統(tǒng)，共同形成了一個(gè)對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)控的生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)，維持著細(xì)胞進(jìn)行正常的有絲分裂.研究顯示，在人體細(xì)胞內(nèi)，由特定的CDK與相關(guān)的Cycli-n相結(jié)合是細(xì)胞周期事件啟動(dòng)和運(yùn)行的必要條件，Cyclins/CDKs復(fù)合物的異常表達(dá)決定著腫瘤的發(fā)生發(fā)展.而CyclinB1負(fù)責(zé)G2期的進(jìn)行，是調(diào)控細(xì)胞周期G2期的核心蛋白，它在S期末開(kāi)始合成，與CDK1蛋白相結(jié)合，參與對(duì)G2/M控制點(diǎn)的調(diào)控，正向調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的進(jìn)展.

4 CyclinB1的結(jié)構(gòu)及其功能

4.1 CyclinB1的結(jié)構(gòu)

CyclinB包括B1、B2、B3三個(gè)類(lèi)型.其中，CyclinB1和CyclinB2在人類(lèi)細(xì)胞中表達(dá).目前，根據(jù)已知Cyclin的保守序列，CyclinB1的DNA已通過(guò)PCR技術(shù)被克隆.CyclinB1蛋白全長(zhǎng)約8.8kb，包含8個(gè)內(nèi)含子和9個(gè)外顯子，由433個(gè)氨基酸組成，其201～288位氨基酸序列為“Cyclin box”，C端的42～50位氨基酸序列稱之為“Destruction box”，在M期也可通過(guò)泛素途徑降解.

4.2 CyclinB1調(diào)控功能與腫瘤細(xì)胞的表達(dá)特征

CyclinB1是G2/M期的起調(diào)控作用的重要周期蛋白，在S末期及G2早期開(kāi)始合成，其含量和活性在M期達(dá)到高峰，后期則迅速下降，作為調(diào)節(jié)亞基與CDK1結(jié)合為有絲分裂促進(jìn)因子(MPF) ，驅(qū)動(dòng)G2到M期的轉(zhuǎn)換.CyclinB1在S晚期和G2期位于胞質(zhì)中，在核膜破裂前轉(zhuǎn)位入核，磷酸化其核內(nèi)底物.當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入G2期時(shí)，P34cdc2上Thr14和Tyr15發(fā)生脫磷酸化，CyclinB1與P34cdc2結(jié)合成為有活性分子，使細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂.M后期，CyclinB1/CDK1復(fù)合物在CDK抑制物Sic1的作用下變成無(wú)活性的分子，并在后期促進(jìn)因子APC的催化下發(fā)生CyclinB1降解，同時(shí)p34cdc2被磷酸化，最終使CyclinB1/CDK1復(fù)合物失去活性，促進(jìn)染色體分離，核仁與核膜重新形成，細(xì)胞完成有絲分裂.

G2/M期DNA損傷檢查點(diǎn)根據(jù)損傷形式不同，分別通過(guò)ATM/ATR-Chk1/Chk2-CDC25A/B/C和ATM-p53-p21兩條通路抑制CyclinB1/CDK1的活性，阻止細(xì)胞周期進(jìn)程.當(dāng)G2期出現(xiàn)DNA損傷時(shí)，通路一中Chk1/2以ATM依賴的方式被激活，可磷酸化CDC25從而抑制其活性，進(jìn)而抑制CDK1的去磷酸化作用，使其處于抑制狀態(tài)，CDC25與14-3-3σ蛋白相互作用，使CyclinB1/CDK1復(fù)合物進(jìn)核受阻，故阻止細(xì)胞周期的進(jìn)行.通路二則是DNA損傷后，p53通過(guò)調(diào)節(jié)其下游基因P21、Gadd45、14-3-3σ的表達(dá)來(lái)調(diào)控G2期的進(jìn)程.p53表達(dá)上調(diào)，使p21和14-3-3σ表達(dá)增強(qiáng)，14-3-3σ與CyclinB1相互作用增強(qiáng)，使CyclinB1/CDK1復(fù)合物滯留在細(xì)胞質(zhì)中無(wú)法進(jìn)入細(xì)胞核.此外，p53誘導(dǎo)Gadd45與CDK1結(jié)合，使CyclinB1/CDK1復(fù)合物分解，同時(shí)DNA損傷誘導(dǎo)因子表達(dá)，從而抑制MPF的活性，導(dǎo)致G2/M期阻滯.Li等[6]用棚皮素三甲基醚作用于乳腺癌細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，CyclinB1/CDK1的表達(dá)水平下調(diào)，主要是通過(guò)ATM-Chk1-CDC25C-CyclinB1/CDK1途徑誘導(dǎo)G2/M期阻滯使細(xì)胞停止分裂.

在土模皮乙酸誘導(dǎo)小鼠成纖維L929細(xì)胞周期阻滯的研究表明，CyclinB1/CDK1復(fù)合物活力下降可使細(xì)胞阻滯于G2/M期.研究發(fā)現(xiàn)，土模皮乙酸作用細(xì)胞0～24 h CDK1蛋白水平無(wú)明顯變化，而CyclinB1蛋白水平與時(shí)間成正比上升；24 h后CDK1蛋白水平有所下降，CyclinB1下降幅度巨大.表明CyclinB1的降解使得CyclinB1/CDK1復(fù)合物活性降低，導(dǎo)致L929細(xì)胞阻滯于G2/M期.在白屈菜堿誘導(dǎo)人胃癌SGC-7901細(xì)胞有絲分裂災(zāi)難的研究中發(fā)現(xiàn)，藥物作用48 h后CyclinB1和CDK1蛋白水平均下降.在云南霉素誘導(dǎo)人白血病HL60細(xì)胞產(chǎn)生G2/M期周期阻滯研究中，其分子機(jī)制可能是降低地了P34cdc2、e-myc和CyclinB1蛋白水平，并且與改變Mpm22蛋白磷酸化水平有關(guān).

有研究表明CDK1，CyclinB1在細(xì)胞周期進(jìn)程中主要是通過(guò)JNK和ERK信號(hào)傳導(dǎo)途徑發(fā)生作用.Lee等[7]研究發(fā)現(xiàn)皂角刺通過(guò)ERK、JNK信號(hào)傳導(dǎo)途徑調(diào)控CyclinB1、CDC2及CDC25c的表達(dá)，使人結(jié)腸癌細(xì)胞阻滯于G2期，從而抑制人結(jié)腸癌細(xì)胞增殖分化導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生.同時(shí)Xing等[8]研究發(fā)現(xiàn)柄曲霉素使人胃上皮細(xì)胞阻滯于G2期是通過(guò)C-Jun氨基末端激酶(JNK)，ERK，PI3K/AKT/mTOR途徑調(diào)控CyclinB1、CDK1、CDC25C和CyclinB1/CDK1復(fù)合物的表達(dá)實(shí)現(xiàn)的.

CyclinB1在許多腫瘤細(xì)胞中異常表達(dá)，呈現(xiàn)出癌基因的特性.曹兵等[9]研究發(fā)現(xiàn)CyclinB1的表達(dá)可能由轉(zhuǎn)錄激活因子5(Stat5)調(diào)控，Stat5和CyclinB1在非小細(xì)胞肺癌組織中的表達(dá)強(qiáng)度比肺正常組織顯著提高，CyclinB1與TNM分期有關(guān)，在III、IV期腫瘤組織中的表達(dá)水平明顯比Ⅰ、Ⅱ期高，表明CyclinB1可能與腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移有關(guān).王鴻程等[10]的研究也有同樣的發(fā)現(xiàn)，CyclinB1、CyclinD受到轉(zhuǎn)錄激活因子5(Stat5)的調(diào)控表達(dá)上升，使得細(xì)胞周期進(jìn)展順利并使細(xì)胞呈現(xiàn)惡性轉(zhuǎn)化，促進(jìn)腫瘤的形成，但是與TNM分期等病理因素?zé)o關(guān).CyclinB1的過(guò)表達(dá)是否與病理因素如TNM分期有關(guān)，需要進(jìn)一步臨床研究證實(shí).張伶等[11]通過(guò)體外健擇處理穩(wěn)定轉(zhuǎn)染CyclinB1反義全長(zhǎng)cDNA(AS-mCLB1)重組質(zhì)粒的小鼠Lewis肺癌細(xì)胞LL/2細(xì)胞，使細(xì)胞阻滯在G1期并促進(jìn)細(xì)胞凋亡；體內(nèi)用健擇處理該細(xì)胞接種的荷瘤小鼠，發(fā)現(xiàn)該組小鼠體內(nèi)的成瘤率顯著下降，生存時(shí)間也顯著延長(zhǎng)，結(jié)果表明AS-mCLB1與健擇對(duì)細(xì)胞的作用相互疊加，增強(qiáng)了細(xì)胞對(duì)健擇的敏感性.

SMJ等[12]認(rèn)為CyclinB1達(dá)到足夠多時(shí)才可激活CDK1，在紫杉醇(PTX)作用于神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞U373的研究顯示，CyclinB1的表達(dá)隨著紫杉醇作用時(shí)間的增加而上升，進(jìn)而CyclinB1/CDK1的表達(dá)量增加，使腫瘤細(xì)胞對(duì)紫杉醇的敏感度提高，導(dǎo)致細(xì)胞阻滯在M期，繼而誘發(fā)細(xì)胞凋亡.該研究初步推測(cè)紫杉醇通過(guò)增加CyclinB1/CDK1的活性，提高細(xì)胞對(duì)藥物的敏感度，阻滯細(xì)胞于M期，從而抑制了腫瘤細(xì)胞的有絲分裂并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡.

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著人們對(duì)腫瘤分子生物學(xué)機(jī)制的深入研究，CyclinB1在細(xì)胞周期中的運(yùn)行及調(diào)控機(jī)理，CyclinB1表達(dá)調(diào)控途徑，以及與其作用相關(guān)的信號(hào)通路和因子也逐漸被揭開(kāi).近年來(lái)對(duì)CyclinB1調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的研究取得了令人矚目的成就，CyclinB1與腫瘤的關(guān)系已成為很多研究者關(guān)注的熱點(diǎn)，是探索腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞周期調(diào)控的一個(gè)新的方向，這就為我們理解腫瘤的發(fā)病機(jī)理帶來(lái)了思路，同時(shí)也為臨床腫瘤病理診斷、早期檢測(cè)和預(yù)后等方面提供了有力依據(jù).盡管我們目前對(duì)CyclinB1的有了一些認(rèn)識(shí)，但是還有許多細(xì)胞周期調(diào)控問(wèn)題并不十分清楚，仍是研究的重點(diǎn)：如引起CyclinB1累積的信號(hào)及其表達(dá)量在不同癌細(xì)胞中的調(diào)節(jié)途徑是否具有其特異性，與CyclinB1磷酸化、去磷酸化相關(guān)的激酶和磷酸酶的調(diào)控位點(diǎn)及其相互作用關(guān)系，CyclinB1是否還有其他生物學(xué)作用及發(fā)揮途徑.未來(lái)這些問(wèn)題的解決將更深刻清晰地闡釋CyclinB1與腫瘤的關(guān)系，其臨床意義也將進(jìn)一步擴(kuò)展.因此探索CyclinB1及其效應(yīng)因子對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控具有理論意義和臨床價(jià)值，可以利用特異性的CyclinB1及其效應(yīng)因子抑制劑開(kāi)發(fā)為新型的抗腫瘤靶標(biāo)藥物.

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CyclinB1 and cell cycle regulation

JIA Wei-ling1, YU Miao1,2

(1. Research Center on Life Sciences and Environmental Sciences, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China;2. Engineering Research Center of Natural Anticancer Drugs, Ministry of Education, Harbin 150076, China)

Cell cycle is the most important process of cellular activities, whose key is the start of the G1and G2phase. CyclinB1 is the key protein that regulates G2phase, which is critical to the regulation of cell cycle. This paper reviewed the structure and function of CyclinB1 andthe regulation of its effector molecules on cell cycle, especially the regulation of G2/M phase.And also reviewed the connection between CyclinB1 mediated abnormal cellcycle regulation and its expression in tumour tissues. And provided a new target and direction for tumor therapy.

CyclinB1; tumour; regulation of cell cycle

2016-10-10.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81274067)；中國(guó)博士后科學(xué)基金(2015M581467)；黑龍江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(D201138)；黑龍江省博士后科學(xué)基金(LBH-Z15107)；黑龍江省教育廳科技重點(diǎn)項(xiàng)目(12511z011)；黑龍江省高等學(xué)?？萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2014TD009)；哈爾濱市青年科技創(chuàng)新人才專項(xiàng)資金(2013RFQXJ150)黑龍江省青年創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃(UNPYSCT-2015071)

賈未玲(1991-)，女，碩士，研究方向：抗腫瘤.

R285

A

1672-0946(2016)06-0659-04