支架蛋白IQGAP3在腫瘤中的作用及研究進(jìn)展

李亞芳　徐岷

[摘要] IQGAP3是新近發(fā)現(xiàn)的支架蛋白家族成員之一，能與多種信號(hào)通路關(guān)鍵分子結(jié)合的一種骨架蛋白。通過(guò)與目的蛋白相互作用，參與信號(hào)通路的整合和細(xì)胞生物功能學(xué)的調(diào)節(jié)。近年來(lái)眾多研究發(fā)現(xiàn)，IQGAP3可通過(guò)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖，增強(qiáng)細(xì)胞侵襲能力，降低細(xì)胞間黏附性從而在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色。

[關(guān)鍵詞] 支架蛋白家族;IQGAP3蛋白;信號(hào)通路;細(xì)胞生物學(xué)功能;腫瘤

[中圖分類號(hào)] R730 ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] 1673-7210（2019）05（b）-0023-04

[Abstract] IQGAP3 is a newly discovered member of the scaffold protein family. By interacting with its target proteins， IQGAP3 participates in many signaling pathways and regulation cellular function. In recent years， many studies have found that IQGAP3 plays an important role in tumorigenesis and development by promoting tumor cell proliferation， enhancing cell invasion and reducing intercellular adhesion.

[Key words] IQGAPs family; IQGAP3; Cell signaling; Cellular biological function; Tumor

IQGAPs（IQ motif containing GTPase activating proteins）是近年新發(fā)現(xiàn)的存在于哺乳動(dòng)物的真核細(xì)胞中的一個(gè)蛋白家族，包含多個(gè)蛋白間相互作用的序列，調(diào)節(jié)不同的細(xì)胞進(jìn)程，包括細(xì)胞黏附、胞外信號(hào)遷移和細(xì)胞分裂。其序列中含有類似于RasGAPs催化域的廣泛序列和位于N端的4個(gè)可與鈣調(diào)蛋白相互作用的IQ模體，在哺乳動(dòng)物中有3個(gè)同源物IQGAP1-3。IQGAP1呈現(xiàn)出一種全身性地表達(dá)，是IQGAP同系物中研究最徹底的一個(gè)，其在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮促癌作用[1-2]，IQGAP2似乎是腫瘤抑制因子[3-4]。目前研究中發(fā)現(xiàn)，IQGAP3參與上皮細(xì)胞的增生，限制性地表達(dá)于肝臟、腸道及其他器官中。然而，在腫瘤發(fā)生中的作用仍不明確。IQGAP3位于lq21.3，在惡性腫瘤中是基因擴(kuò)增的區(qū)域，既往研究[5]發(fā)現(xiàn)DNA在lq21.3擴(kuò)增與胃、食管腫瘤、乳房浸潤(rùn)性腫瘤有關(guān)，現(xiàn)綜述近年來(lái)IQGAP3在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的研究進(jìn)展。

1 IQGAP3的結(jié)構(gòu)及表達(dá)定位

IQGAP家族共有IQGAP1、IQGAP2、IQGAP三位成員，其主要組成結(jié)構(gòu)包括：Calponin同源結(jié)構(gòu)域（CHD）、多聚脯氨酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域（WW）、鈣調(diào)蛋白結(jié)合蛋白（IQ）和GTPase激活蛋白相關(guān)結(jié)構(gòu)域（RGD）等。CHD結(jié)構(gòu)域可與F-actin相結(jié)合，WW結(jié)構(gòu)域可與ERK1/2相互作用，IQ能與MEK1/2、Raf、EGFR以及鈣調(diào)蛋白相互作用，GTPase激活蛋白相關(guān)結(jié)構(gòu)域可與Cdc42、Rac1等相互作用[6]。IQGAP3是支架蛋白家族中最新發(fā)現(xiàn)成員，其在人體細(xì)胞中的定位尚不清楚，在PC12大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞中IQGAP3廣泛分布于細(xì)胞漿[7]，而在培養(yǎng)的小鼠上皮細(xì)胞中IQGAP3分布于細(xì)胞與細(xì)胞的連接處。IQGAP1和IQGAP3在大鼠胚胎海馬的細(xì)胞體、軸突遠(yuǎn)端和軸突生長(zhǎng)錐中有相似的分布[7]，有文獻(xiàn)報(bào)道IQGAP3僅特異性表達(dá)在增殖細(xì)胞[8]。

2 IQGAP3的功能

2.1 信號(hào)通路

2.1.1 MAPK信號(hào)通路 ?MAPK通路調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過(guò)程，如分化、增殖和遷移，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要角色[9]，其中Ras-Raf-Mek細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶l和2（ERK1/2）是該信號(hào)通路中的級(jí)聯(lián)信號(hào)通路，調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能，包括增殖、生長(zhǎng)和衰老。IQGAP3作為一種骨架蛋白，與IQGAP1類似，通過(guò)結(jié)合B-Raf、MEK、ERK等MAPK通路中的信號(hào)分子，直接或間接影響信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)[8]，siRNA介導(dǎo)的IQGAP3基因敲低，可抑制MAPK通路中ERK磷酸化，顯著抑制Eph4乳腺上皮細(xì)胞的增殖，而且IQGAP3的外源性表達(dá)可誘導(dǎo)細(xì)胞增殖反應(yīng)，并且這種增殖反應(yīng)可被ERK抑制劑u0126所阻斷[8]，因此，IQGAP3誘導(dǎo)的ERK激活可能在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖中起作用。此外，IQGAP3在表皮生長(zhǎng)因子（EGF）介導(dǎo)活化的ERK1活化過(guò)程起著重要作用，當(dāng)IQGAP3表達(dá)水平降低后，ERK1對(duì)EGF刺激敏感性明顯減弱[10]。

2.1.2 Ras信號(hào)通路 ?RAS家族包括3個(gè)亞家族：H-Ras、K-Ras、N-Ras，其中K-Ras是突變率最高的基因，可達(dá)17%～25%，當(dāng)K-Ras基因突變激活后，可引起細(xì)胞無(wú)限增殖，在腫瘤中有10%～20%的腫瘤發(fā)生發(fā)展和K-Ras基因突變異常激活相關(guān)。K-Ras基因位于12號(hào)染色體，分子量為21 kD，含189個(gè)氨基酸，具有GTP酶活性，在信號(hào)傳導(dǎo)中起著分子開關(guān)的作用，當(dāng)K-Ras基因突變激活時(shí)，引起下游信號(hào)分子的改變，從而參與腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。IQGAP3可能通過(guò)調(diào)節(jié)K-Ras信號(hào)通路的活性，一方面通過(guò)影響其下游AKT的磷酸化，p21、p27表達(dá)下降，從而影響腫瘤細(xì)胞的增殖活動(dòng)[8，11];另一方面，IQGAP3激活K-Ras信號(hào)下游的Rac和CDC42信號(hào)分子，影響腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移活動(dòng)[5]。

2.1.3 TGF-β/smad信號(hào)通路 ?腫瘤轉(zhuǎn)移涉及到一系列腫瘤行為的發(fā)生，包括上皮細(xì)胞向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化過(guò)程（EMT）和局部侵襲、腫瘤細(xì)胞外滲以及繼發(fā)部位播散細(xì)胞的生長(zhǎng)，EMT過(guò)程被認(rèn)為是腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵一步[12-13]。在轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（TGF-β）信號(hào)通路中，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1受體激酶使smad2和smad3的碳端殘基磷酸化，進(jìn)一步與smad4形成復(fù)合物，進(jìn)而復(fù)合物的核易位調(diào)節(jié)下游基因的表達(dá)，從而刺激EMT的表達(dá)[14]?；蚋患治觯℅SEA）顯示IQGAP3的表達(dá)與TGF-β信號(hào)通路的激活呈正相關(guān)，Shi等[15]證明IQGAP3通過(guò)激活TGF-β/smad信號(hào)通路而促進(jìn)肝癌細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移，應(yīng)用TGF-β通路抑制劑SB4315242后，IQGAP3對(duì)肝癌侵襲和轉(zhuǎn)移的刺激作用減弱。

2.2 細(xì)胞增殖

近期多項(xiàng)研究表明IQGAP3是調(diào)節(jié)機(jī)體細(xì)胞增殖的重要分子，IQGAP3調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖的機(jī)制是通過(guò)Ras依賴的ERK信號(hào)傳導(dǎo)通路的激，并且是ERK依賴性增殖信號(hào)的上游調(diào)節(jié)因子，此外，Ras突變?cè)谀撤N程度上也有效地減少了在沉默IQGAP3的胃癌、肝癌細(xì)胞增殖[16-17]，這說(shuō)明Ras是IQGAP3下游的功能影響因子。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，Yang等[10]將攜帶表達(dá)IQGAP3特異性shRNA慢病毒載體的肺癌細(xì)胞注入裸鼠尾靜脈，于第42天處死動(dòng)物取肺組織進(jìn)行分析，與對(duì)照組比較，IQGAP3基因低表達(dá)細(xì)胞在小鼠體內(nèi)致瘤性較對(duì)照組降低，表現(xiàn)為肺體積和重量明顯減輕，IQGAP3基因敲除細(xì)胞在體內(nèi)的致瘤潛能降低可能是由于細(xì)胞定植或增殖受損或兩者兼而有之。

2.3 細(xì)胞黏附

E-鈣黏蛋白屬于細(xì)胞黏附家族，是跨膜鈣離子依賴的黏附蛋白，通過(guò)其同源二聚體的細(xì)胞黏附功能來(lái)保持細(xì)胞的分化和表皮細(xì)胞的極性以及正常細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)[18-19]，因此，當(dāng)E-鈣黏蛋白表達(dá)水平降低時(shí)，細(xì)胞黏附結(jié)合作用喪失，使得細(xì)胞間接觸松散及細(xì)胞極性紊亂[20]。Yang等[10]證明IQGAP3能與E-鈣黏蛋白共同表達(dá)在細(xì)胞連接處并相互結(jié)合，共同調(diào)控細(xì)胞黏附，當(dāng)下調(diào)肺癌細(xì)胞IQGAP3蛋白表達(dá)，E-鈣黏蛋白表達(dá)水平升高及細(xì)胞黏附活性顯著降低。

3 IQGAP3在腫瘤中發(fā)生發(fā)展的作用

3.1 IQGAP3在腫瘤組織中的表達(dá)

IQGAP3定位表達(dá)在1q21.3染色體上，而1q21.3是腫瘤基因擴(kuò)增的熱點(diǎn)。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，與正常組織相比，在胃癌[11]、肝癌[15]、胰腺癌[21]、乳腺癌[5]等多種腫瘤中IQGAP3基因處于高表達(dá)狀態(tài)。在眾多Western blot和免疫組化研究結(jié)果顯示，IQGAP3在肺癌[10]、膽囊癌[22]、肝癌[23]等多種腫瘤中蛋白水平高表達(dá)。除了在腫瘤中表達(dá)升高外，IQGAP3的表達(dá)水平與某些腫瘤分期相關(guān)，例如在肺癌、乳腺癌中Ⅱ期比Ⅰ期增高[3]，另外，IQGAP3在前列腺癌和腎癌中Ⅲ期較Ⅱ期表達(dá)水平升高[3]。在胰腺癌患者中，IQGAP3表達(dá)水平與患者整體生存期相關(guān)，即IQGAP3表達(dá)水平越高，腫瘤患者生存期越短[21]。由此，可看出IQGAP3影響腫瘤分期及患者預(yù)后，有望成為腫瘤治療評(píng)估及判斷預(yù)后分子標(biāo)志物。

3.2 IQGAP3對(duì)腫瘤細(xì)胞生物學(xué)功能的影響

IQGAP3對(duì)腫瘤細(xì)胞生物學(xué)關(guān)系密切，包括細(xì)胞的增殖、遷移及侵襲。侵襲性較強(qiáng)的肝癌細(xì)胞MHCC97H的IQGAP3蛋白水平高于侵襲能力相對(duì)較弱的HCCLM3細(xì)胞和正常肝細(xì)胞株LO2[15]，提高HCCLM3中的IQGAP3蛋白表達(dá)水平后，細(xì)胞增殖較對(duì)照組顯著提高，低表達(dá)IQGAP3水平后細(xì)胞增殖能力受到抑制。并且提高IQGAP3蛋白表達(dá)水平后，腫瘤細(xì)胞上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化標(biāo)志物如E-鈣黏蛋白表達(dá)降低，N-鈣黏蛋白表達(dá)水平升高。同樣，IQGAP3也影響其他腫瘤細(xì)胞學(xué)功能，Hu等[5]利用小干擾RNA技術(shù)降低乳腺癌細(xì)胞株BT747和ZR-30中IQGAP3蛋白表達(dá)后，細(xì)胞侵襲及遷移能力減弱。

3.3 IQGAP3在腫瘤中的診斷價(jià)值：

現(xiàn)有的腫瘤標(biāo)志物如甲胎蛋白（AFP）、前列腺特異性抗原（PSA）、癌胚抗原等對(duì)腫瘤患者血清中的診斷敏感性和特異性有限，單項(xiàng)應(yīng)用時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)誤診，因此發(fā)現(xiàn)一種能在早期診斷腫瘤并指導(dǎo)臨床治療和評(píng)斷預(yù)后因子就非常重要了。Qian等[24]收集肝癌、肝硬化及正常人血清，檢測(cè)各組中血清中IQGAP3和AFP的表達(dá)水平，并評(píng)估IQGAP3在診斷小肝癌及AFP陰性肝癌的價(jià)值。結(jié)果顯示，在肝癌患者的血清中，IQGAP3的表達(dá)與肝硬化和健康對(duì)照組相比較明顯升高，且IQGAP3蛋白水平與肝癌患者的病因、腫瘤大小、TNM分期和Child Pugh分級(jí)有關(guān)，在IQGAP3蛋白可以用來(lái)診斷AFP陰性的肝癌，其敏感性和特異性分別為81.6%、71.6%。在小肝癌組，IQGAP3蛋白的敏感性是75.3%，其診斷能力較單獨(dú)應(yīng)用AFP的曲線下面積0.815明顯增加（P < 0.01）。因此，QGAP3可以作為肝癌的診斷因子，尤其是在AFP陰性肝癌和小肝癌。此外，有研究[25]顯示尿中IQGAP3游離核酸水平是診斷膀胱癌的一個(gè)有價(jià)值的指標(biāo)，因此IQGAP3尿液中游離核酸分子水平可作為鑒別膀胱癌患者與非癌癥血尿患者的一種合適的無(wú)創(chuàng)診斷工具。

4 小結(jié)

許多由IQGAP3介導(dǎo)參與的細(xì)胞生物學(xué)活動(dòng)都與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，且其表達(dá)水平對(duì)診斷和評(píng)估腫瘤患者的預(yù)后有重大意義。IQGAP3作為癌基因普遍高表達(dá)于多種腫瘤，它與結(jié)合分子Cdc42、E-cadherin、β-catenin及MAPK信號(hào)通路成員等的相互作用對(duì)腫瘤的生長(zhǎng)和侵襲轉(zhuǎn)移有重要影響。因此，通過(guò)生物學(xué)技術(shù)干預(yù)IQGAP3的表達(dá)水平發(fā)揮臨床治療作用在理論上是可行的，有望成為新型腫瘤治療靶點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] ?Su D，Liu Y，Song T，et al. Knockdown of IQGAP1 inhibits proliferation and epithelial-mesenchymal transition by Wnt/beta-catenin pathway in thyroid cancer [J]. Onco Targets Ther，2017，10：1549-1559.

[2] ?Wu CC，Li H，Xiao Y，et al. Over-expression of IQGAP1 indicates poor prognosis in head and neck squamous cell carcinoma [J]. J Mol Histol，2018，49（5）：1-10.

[3] ?Kumar D，Hassan MK，Pattnaik N，et al. Reduced expression of IQGAP2 and higher expression of IQGAP3 correlates with poor prognosis in cancers [J]. PLoS One，2017，12（10）：e0186977.

[4] ?Ozdemir ES，Jiang H，Gursoy A，et al. Unraveling the molecular mechanism of interactions of the Rho GTPases Cdc42 and Rac1 with the scaffolding protein IQGAP2 [J]. J Biol Chem，2018，293（10）：3685-3699.

[5] ?Hu G，Xu Y，Chen W，et al. RNA interference of IQ motif containing GTPase-activating protein 3（IQGAP3） inhibits cell proliferation and invasion in breast carcinoma cells [J]. Oncol Res，2016，24（6）：455-461.

[6] ?Monteleon CL，McNeal A，Duperret EK，et al. IQGAP1 and IQGAP3 serve individually essential roles in normal epidermal homeostasis and tumor progression [J]. J Invest Dermatol，2015，135（9）：2258-2265.

[7] ?Wang SWT，Noritake J，F(xiàn)ukata M，Yoshimura T，et al. IQGAP3，a novel effector of Rac1 and Cdc42，regulates neurite outgrowth [J]. J Cell Sci，2007，120（Pt 4）：567.

[8] ?Nojima H，Adachi M，Matsui T，et al. IQGAP3 regulates cell proliferation through the Ras/ERK signalling cascade [J]. Nat Cell Biol，2008，10（8）：971-978.

[9] ?Evans MK，Brown MC，Geradts J，et al. XIAP regulation by MNK links MAPK and NFκB signaling to determine an aggressive breast cancer phenotype [J]. Cancer Res，2018， 78（7）：1726-1738.

[10] ?Yang Y，Zhao W，Xu QW，et al. IQGAP3 promotes EGFR-ERK signaling and the growth and metastasis of lung cancer cells [J]. PLoS One，2014，9（5）：e97578.

[11] ?Oue N，Yamamoto Y，Oshima T，et al. Overexpression of the Transmembrane Protein IQGAP3 Is Associated with Poor Survival of Patients with Gastric Cancer [J]. Pathobiology，2017，85（3）：192-200.

[12] ?Xu M，He J，Li J，et al. Methyl-CpG-binding domain 3 inhibits epithelial-mesenchymal transition in pancreatic cancer cells via TGF-beta/Smad signalling [J]. Br J Cancer，2017，116（1）：91-99.

[13] ?Xiao C，Wu CH，Hu HZ. LncRNA UCA1 promotes epithelial-mesenchymal transition（EMT） of breast cancer cells via enhancing Wnt/beta-catenin signaling pathway [J]. Eur Rev for Med Pharmacol Sci，2016，20（13）：2819-2824.

[14] ?Katsuno Y，Lamouille S，Derynck R. TGF-beta signaling and epithelial-mesenchymal transition in cancer progression [J]. Curr Opin Oncol 2013，25（1）：76-84.

[15] ?Shi Y，Qin N，Zhou Q，et al. Role of IQGAP3 in metastasis and epithelial-mesenchymal transition in human hepatocellular carcinoma [J]. J Transl Med，2017，15（1）：176.

[16] ?Jinawath N，F(xiàn)urukawa Y，Nakamura Y. IQGAP3 promotes tumor cell migration and invasion via interactions with Cdc42，Rac1，RhoA and R-Ras，and is involved in cytokinesis [J]. Cancer Res，2006，47：1822-1869.

[17] ?Kunimoto K，Nojima H，Yamazaki Y，et al. Involvement of IQGAP3，a regulator of Ras/ERK-related cascade，in hepatocyte proliferation in mouse liver regeneration and development [J]. J Cell Physiol，2010，220（3）：621-631.

[18] ?Chang KK，Cho SJ，Yoon C，et al. Increased RhoA activity predicts worse overall survival in patients undergoing surgical resection for lauren diffuse-type gastric adenocarcinoma [J]. Ann of Surg Oncol，2016，23（13）：4238-4246.

[19] ?Zhang J，Chen XY，Huang KJ，et al. Expression of FoxM1 and the EMT-associated protein E-cadherin in gastric cancer and its clinical significance [J]. Oncol Lett，2016，12（4）：2445-2450.

[20] ?Sciacovelli M，Gon？觭alves E，Johnson TI，et al. Fumarate is an epigenetic modifier that elicits epithelial-to-mesenchymal transition [J]. Nature，2016，537（7621）：544-547.

[21] ?Xu W，Xu B，Yao Y，et al. Overexpression and biological function of IQGAP3 in human pancreatic cancer [J]. Am J Transl Res，2016，8（12）：5421.

[22] ?邵子誠(chéng)，張耀東，盧澤法，等.IQGAP3通過(guò)上調(diào)WNK1促進(jìn)膽管癌細(xì)胞增殖[J].南京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，38（8）：1043-1048.

[23] ?Shi Y，Nan Q，Qiang Z，et al. Role of IQGAP3 in metastasis and epithelial-mesenchymal transition in human hepatocellular carcinoma [J]. J Transl Med，2017，15（1）：176.

[24] ?Qian EN，Han SY，Ding SZ，et al. Expression and diagnostic value of CCT3 and IQGAP3 in hepatocellular carcinoma [J]. Cancer Cell Int，2016，16（1）：1-8.

[25] ?Kim WT，Kim YH，Jeong P，et al. Urinary cell-free nucleic acid IQGAP3：A new non-invasive diagnostic marker for bladder cancer [J]. Oncotarget，2018，9（18）：14354-14365.

（收稿日期：2018-10-18 ?本文編輯：蘇 ? 暢）