FK506結(jié)合蛋白在腫瘤中的研究進(jìn)展

邱 林 王 爽 劉 涵 張 軍

FK506結(jié)合蛋白(FKBP)是一種分布廣泛，系統(tǒng)發(fā)育保守的非淋巴特異性蛋白，存在于從酵母菌到人體的許多真核生物中[1]。FKBPs屬于親免疫家族，能與免疫抑制藥物如FK506和雷帕霉素結(jié)合，并且參與腫瘤進(jìn)展和化療耐藥等各種過程[2]。該家族的原型FKBP12在1989年第一次被分離出來，只包含一個(gè)由108個(gè)氨基酸殘基組成的FK506結(jié)合閾(FK506-binding domain，F(xiàn)KBD)，被認(rèn)為是代表了FKBP家族一部分成員所必需的最小結(jié)構(gòu)閾[3]。FKBPs可以和免疫抑制藥物結(jié)合正是由于FKBD的存在，并且FKBPs也具有肽基脯氨酰/反式異構(gòu)酶活性(PPIase),這種酶活性有助于多肽重組[4]。

人FKBPs包含多種蛋白質(zhì)，范圍從(12～135)kDa，分布于各種組織和亞細(xì)胞室中。這些蛋白質(zhì)最多可包含3個(gè)FKBD，通常緊隨其后的是四肽重復(fù)(TPR)結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域與熱休克蛋白90(Hsp90)、C-末端鈣調(diào)蛋白結(jié)合域、跨膜基序的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用有關(guān)。根據(jù)已有的研究表明，F(xiàn)KBP12-免疫抑制劑復(fù)合物可以通過干擾Ca2+來調(diào)節(jié)神經(jīng)磷酸酶，從而導(dǎo)致T淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中下游信號被抑制，因此可以用于治療某些自身免疫性疾病，防止器官移植后產(chǎn)生排斥反應(yīng)[5]。除此之外，F(xiàn)KBPs還參與許多細(xì)胞功能，如蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、激酶活性、受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)萚6]。

最近，F(xiàn)KBPs已被證明參與了其他的細(xì)胞過程，特別是癌變進(jìn)展和化療耐藥性。與正常的組織和細(xì)胞比較，F(xiàn)KBPs的表達(dá)水平在癌細(xì)胞系和人類癌癥組織中發(fā)生了改變。因此本文就FKBPs核心成員的分子結(jié)構(gòu)、基因表達(dá)水平和在腫瘤發(fā)生及發(fā)展中的功能作用、臨床意義及相關(guān)分子機(jī)制研究進(jìn)行回顧,并介紹它們作為癌癥生物學(xué)標(biāo)志物的潛在用途。

一、FKBP3

FKBP3(也稱為FKBP25)是第1個(gè)被確認(rèn)主要位于細(xì)胞核中的FKBP家族成員，相對分子質(zhì)量為25kDa，它定位于染色體14q21.2，由7個(gè)外顯子組成，普遍存在于多種組織中，以腦、前列腺、心臟表達(dá)量最多[7]。它包含1個(gè)N末端螺旋-環(huán)-螺旋(HLH)域和1個(gè)C末端FKBD，它們通過一個(gè)長度為35個(gè)氨基酸殘基的柔性環(huán)相連。它獨(dú)特的N末端結(jié)構(gòu)域與DNA相互作用，且與任何哺乳動(dòng)物蛋白均未顯示出明顯的序列相似[8]。盡管FKBP3兩個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)已經(jīng)明確，但它的全長結(jié)構(gòu)以及和核酸之間相互作用的分子機(jī)制還不是很明確。Prakash等[9]通過磁共振法確定了人FKBP3在溶液中的三維結(jié)構(gòu)，表征了其與DNA的結(jié)合，并提出了一個(gè)模型來顯示FKBP3的DNA結(jié)合機(jī)制，為識別核酸的分子調(diào)控機(jī)制提供見解，由此進(jìn)一步明確了它的結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步的功能研究奠定了基礎(chǔ)。

Liu等[10]對經(jīng)過褪黑素處理的兩種乳腺癌細(xì)胞進(jìn)行全基因組芯片檢測，發(fā)現(xiàn)了203個(gè)mRNA和66個(gè)長鏈非編碼RNA(lncRNA)在兩種細(xì)胞中均下調(diào)了至少2倍，通過篩選找到了下調(diào)量最多的FKBP3和Nonmmut010561并將后者命名為lnc010561。通過Western blot法檢測證明FKBP3在乳腺癌細(xì)胞中高表達(dá)；在體外實(shí)驗(yàn)中，沉默F(xiàn)KBP3和lnc010561后發(fā)現(xiàn)乳腺癌細(xì)胞的增殖、侵襲以及集落形成能力減弱；RNA免疫沉淀分析表明lnc010561和FKBP3是miR-30的內(nèi)源競爭RNA(CeRNAs)，由此表明，褪黑素通過lnc010561/miR-30/FKBP3軸調(diào)節(jié)乳腺癌的進(jìn)展。

Tong等[11]通過real-time PCR和Western blot法檢測了結(jié)直腸癌中FKBP3和HDAC2的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)FKBP3和HDAC2在結(jié)直腸癌組織中高表達(dá)；在體外，通過慢病毒轉(zhuǎn)染使得原代結(jié)直腸癌細(xì)胞中的FKBP3表達(dá)量下調(diào)，HDAC2的表達(dá)量降低，AKT的磷酸化也隨之減少，同時(shí)增加了PTEN的表達(dá)并顯著增加原代結(jié)直腸癌細(xì)胞對奧沙利鉑的敏感度，由此證明FKBP3下調(diào)可能通過降低HDAC2表達(dá)減弱結(jié)直腸癌細(xì)胞對奧沙利鉑的抗性，而且FKBP3可能會(huì)通過調(diào)節(jié)PTEN/AKT通路參與結(jié)直腸癌的化療耐藥中。

Zhu等[12]研究證明，非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中FKBP3的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平均上調(diào)，體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)均表明它可以促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞增殖。同時(shí)在體外實(shí)驗(yàn)中FKBP3的敲低顯著降低了非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中HDAC2的表達(dá)，增加了p27(細(xì)胞周期抑制劑)的表達(dá)，并且FKBP3通過抑制轉(zhuǎn)錄因子Sp1的泛素化誘導(dǎo)HDAC2啟動(dòng)子活性。由此表明，F(xiàn)KBP3 可能通過調(diào)節(jié) Sp1/HDAC2/p27通路促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞增殖。

目前針對FKBP3在腫瘤中的研究內(nèi)容還比較少，涉及的癌癥類型也相對局限，雖然研究人員對FKBP3的結(jié)構(gòu)以及功能的認(rèn)知日漸完善，但是它在所有的癌組織中是否都是高表達(dá)以及它對于促進(jìn)各種癌細(xì)胞的增殖能力有無差異這些都是未知的。以往的研究已經(jīng)為FKBP3在乳腺癌、結(jié)直腸癌和非小細(xì)胞肺癌中存在的可能作用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，經(jīng)過進(jìn)一步挖掘相關(guān)的分子機(jī)制以及增加動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，那么它或許有望成為這幾類癌癥臨床治療的新靶點(diǎn)。除此之外，F(xiàn)KBP3在其他癌組織中的表達(dá)特點(diǎn)以及是否發(fā)揮某些作用還需要進(jìn)行更多的驗(yàn)證。

二、FKBP11

FKBP11是FKBP家族的一個(gè)新興成員，最初由Rulten等描述，它包含1個(gè)編碼22kDa前體蛋白的開放閱讀框，這個(gè)前體蛋白在3kDa的預(yù)測位點(diǎn)上被切割留下1個(gè)19kDa的成熟蛋白，因此FKBP11也被命名為FKBP19。FKBP11的其他特征還包括1個(gè)富含亮氨酸的具有25個(gè)氨基酸殘基的N-末端前導(dǎo)序列，1個(gè)包含跨膜結(jié)構(gòu)閾的C-末端，最后是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜蛋白中發(fā)現(xiàn)的定位基序，由此認(rèn)為FKBP11參與蛋白質(zhì)的折疊和分泌[13]。FKBP11定位于染色體12q13.12，由8個(gè)外顯子組成，在胰腺和闌尾組織中廣泛表達(dá)。研究表明，F(xiàn)KBP11與許多炎性疾病有關(guān)，如當(dāng)處于高水平循環(huán)游離脂肪酸的環(huán)境中，F(xiàn)KBP11可能調(diào)節(jié)β細(xì)胞中未折疊的蛋白反應(yīng)(UPR)，從而參與2型糖尿病的發(fā)病機(jī)制[14]。

FKBP11可以通過抑制克羅恩病中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的JNK/caspase凋亡途徑，保護(hù)腸上皮細(xì)胞免受干擾素-γ(IFN-γ)/腫瘤壞死因子-α(TNF-α)誘導(dǎo)的凋亡[15]。通過分析靜止性系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)患者B細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組，證實(shí)FKBP11過表達(dá)，同時(shí)，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)FKBP11過表達(dá)可通過在paired box 5主調(diào)節(jié)基因的上游發(fā)揮作用來破壞B細(xì)胞對DNA的耐受性，并啟動(dòng)漿細(xì)胞分化，這可能在SLE免疫病理學(xué)中協(xié)同促成B細(xì)胞基因異常[16]。Lin等[17]通過分析腫瘤組織和與腫瘤相鄰的組織樣本，發(fā)現(xiàn)無論它們的臨床病理特征如何，均可在肝癌組織中觀察到FKBP11高表達(dá)，重要的是FKBP11表達(dá)水平從良性肝組織到癌組織逐漸增加。因此，確定FKBP11為肝細(xì)胞癌新型標(biāo)志物，并認(rèn)為FKBP11有可能成為肝癌早期標(biāo)志物。此外，與正常皮膚比較，在黑色素瘤中FKBP11的表達(dá)上調(diào)了2.42倍。有關(guān)FKBP11是否在黑色素瘤進(jìn)展中發(fā)揮作用以及它是否能成為惡性黑色素瘤的標(biāo)志物尚未見任何報(bào)道[18]。

FKBP11在腫瘤中的研究僅限于此，對于FKBP11的探索還處于初級階段。對FKBP11的結(jié)構(gòu)認(rèn)識仍需不斷的完善，以期為后續(xù)具體的功能研究提供理論基礎(chǔ)。但是，已有證據(jù)表明，大約25%的人類癌癥歸因于慢性炎癥，許多微生物與癌癥的發(fā)生和進(jìn)展有關(guān)，炎性標(biāo)志物在癌癥患者中高表達(dá)也與預(yù)后差有關(guān)，這充分表明炎癥是癌癥的重要標(biāo)志之一[19]。因此，在已有的關(guān)于FKBP11在炎癥方面研究的基礎(chǔ)上，可以針對炎癥相關(guān)癌癥的調(diào)控進(jìn)行探索，同時(shí)FKBP11在其他類型的癌癥組織中的表達(dá)特點(diǎn)以及在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的功能作用及其潛在機(jī)制也需要進(jìn)一步探索。

三、FKBP38

FKBP38 是FKBP家族中的一種多功能蛋白，又名FKBP8，包含F(xiàn)KBD、三方TPR結(jié)構(gòu)域及推測的鈣調(diào)蛋白和跨膜基序。它定位于染色體19p13.11，由9個(gè)外顯子組成，在睪丸和腦組織中表達(dá)量最高。與大多數(shù)規(guī)范性FKBPs不同，F(xiàn)KBP38是非規(guī)范性家族成員，缺乏結(jié)合FK506和PPIase活性所需的保守氨基酸殘基，表明其有獨(dú)立于FKBPs的功能[20]。在壓力超負(fù)荷時(shí)，F(xiàn)KBP38通過防止蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊并產(chǎn)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)的細(xì)胞凋亡，起到保護(hù)心臟作用[21]。在腫瘤中，F(xiàn)KBP38可以幫助抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-XL定位于線粒體膜，并保護(hù)細(xì)胞免于凋亡，從而促進(jìn)腫瘤發(fā)生和化療抵抗，但作用機(jī)制尚不明確[22]。

眾所周知，癌癥形成的過程很復(fù)雜，與癌基因和抑癌基因突變的逐漸累積有關(guān)，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期失調(diào)、生長抑制和抗凋亡。與此同時(shí)，腫瘤細(xì)胞與微環(huán)境的相互作用也會(huì)促進(jìn)癌癥的進(jìn)展。癌細(xì)胞增殖速度普遍較快，疾病進(jìn)展也通常迅速，在短短幾個(gè)月內(nèi)腫瘤的體積可以增加一倍，這種加速的進(jìn)展也是癌癥預(yù)后不良的原因之一，因此抑制腫瘤細(xì)胞的增殖現(xiàn)在也成為了研究熱點(diǎn)。細(xì)胞凋亡作為抑制細(xì)胞增殖的一種機(jī)制，也同樣具有很廣闊的研究前景，F(xiàn)KBP38已經(jīng)展現(xiàn)出了和細(xì)胞凋亡的關(guān)系，那么未來或許可以研究在不同癌癥中FKBP38的表達(dá)特點(diǎn)從而將FKBP38的異常表達(dá)與癌細(xì)胞的凋亡相結(jié)合。

四、FKBP51

FKBP51又名FKBP5、FKBP54，相對分子質(zhì)量為51kDa，定位于染色體6p21.31，由13個(gè)外顯子組成，在脂肪及淋巴結(jié)中表達(dá)量最高。FKBP51由兩個(gè)連續(xù)的FKBP域和一個(gè)TPR(四肽重復(fù))域組成，第1個(gè)FKBP閾具有肽基脯氨?；悩?gòu)酶活性，第2個(gè)FKBP閾與第1個(gè)相似，二者的不同之處在于第2個(gè)FKBP結(jié)構(gòu)域缺少肽基脯氨酰基異構(gòu)酶活性，而且第2個(gè)FKBP結(jié)構(gòu)域的插入會(huì)影響孕酮受體復(fù)合物的形成。該蛋白還可以通過與Hsp90結(jié)合，參與高親和力類固醇受體復(fù)合物的形成，比如糖皮質(zhì)激素(GR)或孕激素(PR)的受體必須通過涉及Hsp40、Hsp70、Hsp90及各種Hsp結(jié)合伴侶蛋白的有序途徑進(jìn)行組裝[23]。除了FKBP51在免疫抑制方面的作用研究外，近些年在腫瘤中的研究也取得了一定進(jìn)展。如Wu等[24]研究發(fā)現(xiàn)FKBP51在前列腺癌中高表達(dá)，并且可以促進(jìn)雄激素受體的活性，增強(qiáng)雄激素受體結(jié)合雄激素的能力，導(dǎo)致下游基因表達(dá)上調(diào)，最終促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的增殖。Gao等[25]研究發(fā)現(xiàn)與臨近的正常組織比較，F(xiàn)KBP51在甲狀腺乳頭狀癌中表達(dá)增加，并且表達(dá)水平與臨床腫瘤、淋巴結(jié)和轉(zhuǎn)移階段相關(guān)。

在體外實(shí)驗(yàn)中選用K1細(xì)胞和TPC-1細(xì)胞，確定FKBP51可以促進(jìn)甲狀腺乳頭狀癌的遷移和侵襲。進(jìn)一步研究表明，F(xiàn)KBP51激活了NF-κB通路和上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化從而導(dǎo)致細(xì)胞的遷移和侵襲能力增強(qiáng)。夏志秀等[26]研究發(fā)現(xiàn)，與正常結(jié)直腸組織比較，F(xiàn)KBP51在結(jié)直腸癌組織中表達(dá)高，而且與腫瘤增殖和浸潤深度呈正相關(guān)，由此表明FKBP51作為癌基因可能促進(jìn)結(jié)直腸癌生長和侵襲，有可能成為結(jié)直腸癌個(gè)體化診治的候選靶點(diǎn)。Chen等[27]研究發(fā)現(xiàn)，與鄰近正常組織比較，肺癌組織中FKBP51表達(dá)量明顯下調(diào)。在非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞A549中過表達(dá)FKBP51可顯著增加細(xì)胞凋亡，p53和caspase-3的水平也顯著升高；A549細(xì)胞生存力與空載對照比較，暴露在順鉑中的FKBP51過表達(dá)細(xì)胞顯示出明顯較低的存活率，由此表明FKBP51可以通過改變p53信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的活性影響肺癌進(jìn)展且提高藥物敏感度。李慶敏等[28]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)KBP51 在乳腺癌中低表達(dá)，而且其表達(dá)水平與組織學(xué)分級呈負(fù)相關(guān)，即FKBP51 的表達(dá)水平越高，組織學(xué)分級越低，細(xì)胞分化越好，惡性程度越低,預(yù)后相對較好，可能在乳腺癌中發(fā)揮抑癌基因的作用而抑制癌細(xì)胞增殖。

綜上所述，F(xiàn)KBP51在前列腺癌、甲狀腺乳頭狀癌、結(jié)直腸癌、黑色素瘤、神經(jīng)膠質(zhì)瘤中過表達(dá)，在肺癌、乳腺癌中表達(dá)下調(diào)或不表達(dá)。因此，對于FKBP51的性質(zhì)目前還無法給出一個(gè)明確的定義，對于腫瘤的誘發(fā)機(jī)制來說，可能作為促癌基因或抑癌基因在不同腫瘤組織中受不同信號通路調(diào)控發(fā)揮作用。雖然FKBP51在腫瘤中的研究比較廣泛，但由于它在不同腫瘤甚至是不同分化程度的同一腫瘤中都有可能表現(xiàn)出不同作用，表明它在某些腫瘤中的功能作用不具有普遍性，在疾病中受到的調(diào)控機(jī)制相對復(fù)雜且尚不明確。因此針對FKBP51的這種表達(dá)特性，未來研究的方向主要是針對于它在不同類型的癌癥中的個(gè)性化靶向治療，在沒有完全認(rèn)清它對于某種癌癥及其全部分型的作用之前，不可以貿(mào)然下結(jié)論。

五、展 望

自1989年FKBP被發(fā)現(xiàn)并且命名后，已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多達(dá)16種FKBPs，它們擁有相似的結(jié)構(gòu)與作用，定位于不同的染色體，在各種組織中的表達(dá)有明顯差異[3]。盡管FKBPs發(fā)現(xiàn)30余年，但相關(guān)研究仍處于初級階段，許多問題亟待探究，如該蛋白家族成員尚未完全被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的成員結(jié)構(gòu)認(rèn)識尚不完全以及相關(guān)生理作用未見報(bào)道，研究多在基因表達(dá)和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)水平，蛋白表達(dá)調(diào)控及功能作用機(jī)制研究不全面深入，缺乏體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，多數(shù)研究對象是結(jié)直腸癌、前列腺癌、乳腺癌等發(fā)生率較高的惡性腫瘤，在其他類型癌癥發(fā)生、發(fā)展中的作用、分子機(jī)制及臨床意義方面鮮有研究。

目前腫瘤治療依然是以外科手術(shù)、放療以及化療等治療手段為主的綜合治療模式，盡管這種模式日益成熟，但癌癥患者的預(yù)后仍然不理想，所以迫切需要尋找一些具有足夠特異性和敏感度的標(biāo)志物用于臨床癌癥診斷，特別是早期癌癥，以求做到早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療。隨著分子腫瘤時(shí)代的到來，針對腫瘤治療的策略實(shí)現(xiàn)了從“尋找和破壞腫瘤”到“靶向和控制腫瘤”的轉(zhuǎn)變。除FKBPs在免疫抑制方面作用外，其在腫瘤發(fā)生與化療耐藥中的作用也愈來愈受重視，未來一或多個(gè)蛋白家族成員可能成為腫瘤個(gè)體化診治的候選靶點(diǎn)，結(jié)合傳統(tǒng)臨床治療模式，最終達(dá)到阻遏和治療腫瘤的目的。