支架蛋白家族IQGAP在腫瘤中的生物學功能研究進展

劉飛能，夏成興，歐譯天，楊德林

昆明醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院 泌尿外科，云南 昆明 650101

IQGAP（IQ motif containing GTPase activating proteins）是一類重要的支架蛋白，存在于多種生物中，從酵母細胞到哺乳動物都有報道。目前在人類中主要發(fā)現(xiàn)IQGAP蛋白家族的3種亞型，即IQGAP1、IQGAP2、IQGAP3。IQGAP是多結(jié)構域的功能蛋白，可與生物中多種信號通路相關的關鍵分子結(jié)合并發(fā)揮作用，可調(diào)節(jié)各種細胞過程，如胞質(zhì)分裂[1]、細胞遷移與侵襲[2]、細胞增殖[3]、細胞內(nèi)信號傳導和小泡轉(zhuǎn)運[4]、細胞骨架動力學[5]。在IQGAP蛋白家族中，IQGAP1是最早被發(fā)現(xiàn)的，大多文獻報道其在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中扮演著促癌基因的角色[6]，IQGAP2在腫瘤中可能發(fā)揮著抑癌基因的作用[7]。目前對IQGAP3的報道較少，現(xiàn)有研究大多表明IQGAP3可能是一個促癌基因，與腫瘤預后相關[8]?；谥Ъ艿鞍准易錓QGAPS在腫瘤中的重要生物學功能，我們在此對近年來IQGAP蛋白家族在腫瘤中的研究進展做簡要綜述。

1 IQGAP蛋白家族成員的結(jié)構及表達定位

IQGAP蛋白具有相似的結(jié)構域，并且這些結(jié)構域具有相當大的序列同源性。IQGAP蛋白是一類多結(jié)構域蛋白，包含多個蛋白間相互作用的結(jié)構域。這些結(jié)構域主要包括以下5種：肌鈣樣蛋白（calponin）同源結(jié)構域（CHD）、多聚脯氨酸結(jié)合結(jié)構域（WW）、鈣調(diào)蛋白結(jié)合蛋白（IQ）、Ras-GAP激活蛋白相關結(jié)構域（GRD）及C端序列Ras-GAP_C。這些結(jié)構域可與不同的蛋白相互結(jié)合而發(fā)揮作用。CHD結(jié)構域可與F-actin相結(jié)合，WW結(jié)構域可與ERK1/2結(jié)合發(fā)揮作用，IQ部分可與MEK1/2、Raf、EGFR及鈣調(diào)蛋白相互作用，GRD部分可與Cdc42、Rac1等相互作用[9]。在IQGAP蛋白家族中，由于IQGAP1、IQGAP2、IQGAP3三者的蛋白結(jié)構域不完全相同，這3種同源蛋白可能在人體組織中的表達、亞細胞定位及功能等方面存在差異。目前，IQGAP1是三者中研究最早也最全面的，它在人體組織中幾乎呈全身性表達趨勢。IQGAP2主要存在于肝臟中，但也有報道在胃[7]、前列腺[10]、卵巢[11]等中也可檢出。IQGAP3被報道存在于結(jié)腸[8]、肝[12]、肺[13]、胃[2]、乳腺[14]等組織中。IQGAP蛋白各成員在人的亞細胞定位上既有相似之處，也有不同之處。在培養(yǎng)的人上皮細胞中，內(nèi)源性IQGAP1分布在整個細胞質(zhì)中，并在E-cadherin共定位的細胞連接處聚集[15]。在靜止的人血小板中，IQGAP2顯示出彌漫性的細胞質(zhì)染色[16]。當血小板被激活時，IQGAP2主要存在于絲狀偽足中，在細胞體中染色不明顯。目前，IQGAP3在人類細胞中的定位尚不清楚。IQGAP3在PC12大鼠嗜鉻細胞中彌散分布于細胞漿中[17]，而在培養(yǎng)的Eph4小鼠上皮細胞中分布于細胞-細胞交界處。IQGAP1和IQGAP3在大鼠胚胎海馬神經(jīng)元的細胞體、軸突遠端和軸突生長錐中分布相似。還有學者報道，IQGAP3的表達局限于增殖細胞[18]。需要進一步的研究來明確IQGAP2和IQGAP3在人體組織中的亞細胞分布。

2 IQGAP蛋白在腫瘤中的生物學功能

2.1 IQGAP1在腫瘤中的表達及作用

IQGAP1是一種關鍵的支架蛋白，可調(diào)節(jié)許多細胞過程和信號通路。與許多其他細胞蛋白類似，IQGAP1經(jīng)歷翻譯后修飾，包括磷酸化。IQGAP1是IQGAP蛋白在腫瘤中研究最早并且最透徹的成員，它在腫瘤中主要發(fā)揮促癌基因的作用[6]。多項研究表明IQGAP1在許多腫瘤組織樣本和腫瘤細胞系中的表達明顯上調(diào)。臨床腫瘤標本研究證明IQGAP1在結(jié)直腸癌[19]、胃癌[20]、胰腺癌[21]、頭頸部鱗狀細胞癌[22]等多種癌癥中高表達，其表達水平與腫瘤分級及轉(zhuǎn)移潛力密切相關。免疫組化研究表明，除表達增加外，IQGAP1在腫瘤組織和某些癌細胞系中的定位也發(fā)生了改變。例如，與中央腫瘤區(qū)域和癌旁組織相比，高轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌[19]表現(xiàn)出強烈的IQGAP1染色，特別是在腫瘤周圍。IQGAP1染色通常位于細胞膜褶邊，特別是鄰近細胞的交界處或侵襲性腫瘤的侵襲前沿。IQGAP1從細胞質(zhì)到膜的定位變化與腫瘤病理分級有一定的相關性。并且，IQGAP1在不同類型腫瘤中細胞質(zhì)到膜質(zhì)染色模式的改變以及IQGAP1的高表達與不良預后有顯著相關性[19]。值得注意的是，IQGAP1的過表達可能對一些腫瘤實現(xiàn)快速生長、高侵襲潛能和血管生成至關重要[23]。IQGAP1在頭頸部鱗狀細胞癌中過表達，其過表達與頭頸部鱗狀細胞癌患者的預后較差有關，這表明IQGAP1在頭頸部鱗狀細胞癌的發(fā)展中可能很重要。IQGAP1至少部分通過支架EGFR/PI3K信號傳導途徑促進頭頸部鱗狀細胞癌中發(fā)揮作用[24]。此外，研究表明乙肝病毒上調(diào)IQGAP1通過依賴Rac1的ROS蓄積和激活Src/FAK信號轉(zhuǎn)導，促進肝癌細胞抗凋亡、遷移和侵襲，提示IQGAP1可作為乙肝病毒感染的肝癌患者的預后指標和新的治療靶點[25]。Hebert等[26]使用敲低和敲除IQGAP1來研究其在體內(nèi)黑色素瘤和乳腺癌細胞轉(zhuǎn)移級聯(lián)中的作用，發(fā)現(xiàn)IQGAP1表達降低減少了自發(fā)和實驗轉(zhuǎn)移的形成，而沒有限制原發(fā)性或轉(zhuǎn)移性腫瘤的生長。此外，IQGAP1敲除可顯著抑制腫瘤細胞從循環(huán)中滲出，可能涉及內(nèi)足功能。這項研究表明，IQGAP1通過調(diào)節(jié)外滲對于體內(nèi)轉(zhuǎn)移至關重要，暗示它可能成為一種抑制轉(zhuǎn)移的有效治療靶點。

2.2 IQGAP2在腫瘤中的表達及作用

目前，IQGAP2在腫瘤中的研究報道比較局限，在一些炎癥方面也有涉及，有學者報道缺乏IQGAP2基因的小鼠對化學誘導的結(jié)腸炎有抵抗力，IQGAP2可在2個不同水平上促進炎癥反應，主要通過TLR4/NF-κB信號通路在結(jié)腸上皮中局部定位，并通過控制成熟和募集髓樣免疫細胞系統(tǒng)性定位[27]。米蒂酮通過TLR4/NF-κB/IQGAP2信號通路對炎癥性腸病發(fā)揮抗炎作用[28]。多數(shù)研究表明IQGAP2在腫瘤中呈低表達，Kumar等使用TCGA等大型數(shù)據(jù)集，進行了IQGAP2的全癌狀態(tài)分析，同時進行了臨床免疫組化驗證，在結(jié)直腸癌和胃癌中，IQGAP2在腫瘤組織中的表達低于癌旁組織，在大多數(shù)癌癥中IQGAP2表達與生存能力呈正相關，并且IQGAP2主要定位于組織的細胞質(zhì)和細胞膜中[29]。另外，IQGAP2是前列腺癌的腫瘤抑制因子，并且IQGAP2的下調(diào)可促進前列腺癌的復發(fā)和轉(zhuǎn)移[10]。在胃癌中，IQGAP2和SHIP2在胃癌細胞的細胞質(zhì)中共定位，IQGAP2通過提高SHIP2磷酸酶活性來抑制胃癌細胞的遷移和侵襲[7]。IQGAP2在卵巢癌中表達下調(diào)，進一步的生存分析表明IQGAP2降低與卵巢癌患者的無進展生存期惡化有關，生物學功能研究表明IQGAP2通過抑制Wnt誘導的β-catenin抑制卵巢癌細胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化、遷移和侵襲[11]?？傊琁QGAP2結(jié)構域特異性阻斷劑可能成為一種治療炎癥性疾病和其他與炎癥相關的疾?。òò┌Y）的新穎策略。

2.3 IQGAP3在腫瘤中的表達及作用

在IQGAP蛋白家族中，IQGAP3是最晚被發(fā)現(xiàn)的，目前對IQGAP3在腫瘤中的研究報道較少。作為最新發(fā)現(xiàn)的IQGAP家族成員，IQGAP3在人體各組織的定位及在腫瘤中的生物學功能尚未完全明確，目前發(fā)現(xiàn)IQGAP3定位于lq21.3染色體，而lq21.3片段是腫瘤基因擴增的高發(fā)區(qū)域，所以很多學者認為IQGAP3可能促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展[2]。

研究發(fā)現(xiàn)IQGAP3在幾種人類癌癥中普遍高表達，包括卵巢癌[30]、胃癌[31]、結(jié)直腸癌[32]、肝癌[12]等，并且其表達水平可能與某些腫瘤的惡性程度呈正相關。Wu等[32]通過組織芯片和體外細胞實驗證實了IQGAP3的高表達預示著結(jié)直腸癌患者的預后不良。Oue等[31]報道了IQGAP3的過表達與胃癌患者的不良生存有關，在Ⅱ/Ⅲ/Ⅳ期病例中，IQGAP3陽性病例比Ⅰ期病例中更常見。同時很多研究表明，通過干預腫瘤細胞中IQGAP3的表達水平可以改善腫瘤的發(fā)生發(fā)展進程。當IQGAP3過表達后，乳腺癌患者預后不良并可增強其放療耐藥程度。體外實驗發(fā)現(xiàn)[33]，敲低IQGAP3可以顯著抑制胰腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲，并可誘導細胞凋亡[34]。IQGAP3沉默可顯著降低卵巢癌細胞系的增殖、遷移和侵襲，增強細胞凋亡，并且IQGAP3的下調(diào)可改變對奧拉帕尼化學敏感性的影響。IQGAP3還可作為一種新的非侵入性診斷標志物和預后標志物，Kim等[35]報道了尿液無細胞核酸IQGAP3可作為膀胱癌的新的非侵入性診斷標記，尿液無細胞核酸IQGAP3高水平也反映了在膀胱癌組織中的高表達；無尿細胞DNA IQGAP3/BMP4比率可作為非肌肉浸潤性膀胱癌的預后標志物[36]，IQGAP3/BMP4比率高的非肌肉浸潤性膀胱癌患者的無復發(fā)生存率和無進展生存率均較差。Cao等[37]在檢測IQGAP3、B7-H4和環(huán)氧合酶2在結(jié)直腸癌診斷和預后評估中的臨床價值時，發(fā)現(xiàn)IQGAP3的靈敏性和特異性高于后兩者?？傊?，IQGAP3在大多腫瘤中呈高表達狀態(tài)，發(fā)揮著促癌因子的作用，并且與癌癥的惡性程度有關，還可能成為腫瘤的一種診斷和預后標記物。

3 IQGAP蛋白家族在腫瘤中介導的相關信號通路

IQGAP蛋白家族在腫瘤中發(fā)揮的作用，主要是通過與多種信號通路關鍵分子結(jié)合并且與相應蛋白相互作用，從而參與信號通路的整合和發(fā)揮生物學功能。在腫瘤發(fā)生發(fā)展中，IQGAP蛋白能與MAPK、RAS等信號通路的關鍵分子結(jié)合并且與相應蛋白相互作用而發(fā)揮生物學功能 。

3.1 MAPK信號通路

MAPK信號通路參與細胞增殖、分化、遷移等多種生物學過程，可參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展調(diào)控[38]，并且RAS-RAF-MEK-ERK信號通路通常與MAPK信號通路級聯(lián)，常被稱為RAS/MAPK級聯(lián)，一直是癌癥藥物開發(fā)的重點。IQGAP蛋白可能與MAPK信號通路的多種成分結(jié)合，在某些生長因子的刺激下，在調(diào)節(jié)細胞過程中發(fā)揮重要作用[18]。IQGAP3干擾下調(diào)時，可誘導MAPK通路中ERK磷酸化來抑制Eph4乳腺上皮細胞的增殖，并且這種增殖反應可被ERK抑制劑u0126所阻斷[18]。IQGAP3的過度表達促進腫瘤細胞生長、遷移和侵襲，而敲低IQGAP3表現(xiàn)出相反的效果，IQGAP3能夠與ERK1相互作用并在經(jīng)EGF處理后增強其磷酸化，最終，IQGAP3促進EGFR-ERK信號傳導以及肺癌細胞的生長和轉(zhuǎn)移[18]。Bardwell等使用定量體外結(jié)合測定法證實，IQGAP1的IQ結(jié)構域?qū)τ诮Y(jié)合ERK1和ERK2以及MAPK激酶MEK1和MEK2都是必要和充分的，而IQGAP1的WW結(jié)構域?qū)τ诮Y(jié)合MAPK激酶ERK1和ERK2既非必需也非足夠的[39]。因此，IQGAP蛋白對腫瘤細胞的生物學作用可通過調(diào)節(jié)MAPK信號通路的反應來誘導。

3.2 RAS信號通路

RAS超家族的異常激活是致癌作用的關鍵因素之一。RAS基因家族中的H-Ras、K-Ras、NRas與人類腫瘤相關，其中K-Ras是最頻繁變異的一種，發(fā)生異常時引起下游通路信號分子的改變,可導致癌細胞持續(xù)生長，并能抑制細胞凋亡。同時，K-Ras表達水平代表不同的腫瘤免疫浸潤狀態(tài)，這可能是由于RAS/MAPK和RAS/PI3K途徑對PD-L1水平的影響所致[40]。IQGAP蛋白對腫瘤細胞的生物學作用可通過調(diào)節(jié)RAS信號通路的反應來誘導。Zoheir等發(fā)現(xiàn)IQGAP1基因沉默可誘導人肝癌細胞凋亡并降低其侵襲能力，觀察到IQGAP1沉默后 H-Ras、K-Ras、N-Ras和M-Ras的mRNA水平下降，這表明IQGAP1可能調(diào)節(jié)RAS基因家族的表達，并通過凋亡網(wǎng)絡起調(diào)節(jié)作用[6]。人胰腺癌細胞中的IQGAP1受RNA干擾并下調(diào)后，可抑制癌細胞的增殖、轉(zhuǎn)移。機制分析表明，IQGAP1介導的胰腺細胞增殖和腫瘤的發(fā)生發(fā)展可能是通過誘導Ras下游通路中的Cdc42/Rac1分子途徑導致的[3]。乳腺癌細胞中的IQGAP3沉默顯著抑制了細胞遷移和侵襲，可能與IQGAP3激活K-Ras信號下游的Rac和CDC42信號分子有關，從而影響腫瘤細胞的侵襲和遷移活動[14]。但也有文獻提出IQGAP蛋白不是H-Ras、K-Ras或N-Ras的功能性相互作用物，并挑戰(zhàn)了靶向Ras與IQGAP相互作用以開發(fā)治療劑的基本原理[41]。

4 結(jié)語

綜上所述，在IQGAP蛋白家族中，IQGAP1幾乎呈全身性表達，在腫瘤組織中高表達，發(fā)揮著促癌基因的作用；IQGAP2在腫瘤組織中低表達，可抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展；IQGAP3在已發(fā)現(xiàn)的腫瘤組織中高表達，可促進腫瘤細胞的增殖、侵襲、遷移等。IQGAP蛋白是多結(jié)構域蛋白，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中能與MAPK、RAS等信號通路的關鍵分子結(jié)合并且與相應蛋白相互作用而發(fā)揮生物學功能。因此，通過影響IQGAP蛋白各型的表達水平來介導腫瘤的發(fā)生發(fā)展，在理論上可行。但IQGAP蛋白家族直接參與腫瘤中發(fā)揮作用的確切機制尚不明確，IQGAP蛋白3個成員的實質(zhì)性差異尚待明晰。此外，IQGAP1、IQGAP2、IQGAP3在腫瘤中的表達為何不同，是什么過程觸發(fā)了它們的發(fā)生？闡明這些問題，仍需要大量的實驗研究來解決。