PTEN基因與口腔頜面部腫瘤的研究進展

王宇飛(綜述),唐維平(審校)

(南昌大學a.研究生院醫學部2008級;b.第二附屬醫院口腔頜面外科,南昌 330006)

PTEN是在1997年由美國的3個獨立研究小組在人類第10號染色體上發現的一個新的腫瘤抑制基因,是迄今發現的第1個具有特異性磷酸酶活性的抑癌基因[1],該基因的突變失活與人類多種惡性腫瘤的發生發展密切相關,在細胞凋亡、細胞周期和細胞遷移過程中起關鍵性作用[2]。本綜述對PTEN基因的結構和生物學功能以及它們在口腔頜面部各種腫瘤中的表達作了簡要介紹,并對近來的發展提出展望。

1 PTEN基因簡介

1.1 PETN基因的來源

PTEN與細胞骨架張力蛋白同源,第10號染色體缺失的磷酸酶基因,發現于乳腺癌第10q23染色體的同源性丟失區的同時,克隆并分離出一種新基因[1],又名MMAC1多種進展期癌突變基因1,存在于膠質母細胞瘤細胞系定位于10q23.3的基因[3]或TEP1可被轉化生長因子β調節并在上皮細胞中富含磷酸酶的基因,采用生物信息學方法克隆到富含于上皮細胞[4]。后經確認,PTEN、MMAC1、TEP1為同一基因,編碼同一種蛋白質,現統稱為PTEN。

1.2 PTEN基因結構與功能

PTEN基因定位于人類染色體10q23.3,全長約200 kb,含9個外顯子和8個內含子。其cDNA共有1209個核苷酸,編碼403個氨基酸殘基組成的蛋白質[5]。PTEN的5′端非翻譯區很長,含多個CGG重復序列,為甲基化提供基礎[1]。第1外顯子有4個ATG序列,但真正的蛋白編碼起始于第4個ATG。第5外顯子編碼的第122-133位氨基酸與蛋白質酪氨酸磷酸酶和絲/蘇氨酸磷酸酶催化中心具有同源序列HCXXGXXTS/T,表明PTEN是雙特異性磷酸酶,具有磷酸酪氨酸磷酸酶(PIP)和雙重特異性磷酸酶(DSP)活性[6]。第5外顯子編碼的第122-132位的氨基酸序列內含有一個酪氨酸磷酸酶基因的催化結構,其氨基酸序列為I/VHCXAGXXRS/TG,說明該區具有雙特異磷酸酶功能,在多種信號轉導和細胞周期中發揮作用,此區極易突變[4]。第5外顯子編碼的酶活性中心有3個堿性氨基酸,為特異催化酸性底物奠定結構基礎,這3個堿性氨基酸是突變熱點,其突變不影響蛋白磷酸酶的活性,卻使PTEN失去脂質磷酸酶的活性,喪失大部分的抑癌功能,因此PT EN的抑癌功能主要依賴于脂質磷酸酶活性[7]。此外,PTEN的C有C2結構域、PEST結構域和 PDZ(PSD95/D1g/ZO1 homology)結構域。C2結構域能促使PTEN結合于細胞膜,有利于 PTEN和其它底物的膜定位;PEST維持蛋白質的穩定性;PDZ參與蛋白質間的相互作用,增強磷酸酶活性和信號通路的轉導效率[8]。PTEN的 C端尾部有 PEST序列和一個PDZ結合結構域,此區域突變可影響突變體的穩定性和磷酸酯酶活性,并引起分子構象改變[9]。PT EN在體內、外均可使FAK(focal adhesion kinase)脫磷酸,從而阻礙整合素介導的腫瘤細胞擴散、轉移、侵襲和骨架蛋白組裝[10]。PTEN還與調控細胞的存活多種途徑有關,如MAPK通路[11]。用Zn2+處理以后的人呼吸上皮細胞PTEN蛋白水平的表達明顯下降,且與時間和劑量成依賴關系。進一步研究還發現Zn2+是通過泛素介導的PTEN蛋白降解來對PTEN表達進行調節的[12]。通過相同的途徑來對PTEN表達進行調控的還有骨形成蛋白2[13]。

1.3 PTEN基因的分布

在胚胎發展早期,很多組織顯示PTEN表達,如中腎、胃、肝、中樞和外周神經系統等[14]。隨著胚胎進一步發展,PTEN在不同組織中表達有所變化,所有器官系統中,PTEN在中樞和外周神經系統中表達最高。這種高表達貫穿從胚胎到胎兒整個胚胎發展過程,影響神經元干細胞的自我更新和增生。PTEN基因具有組織特異性,亞細胞定位與其末端結構域有關。在皮膚、結腸、乳腺、前列腺中,PTEN分布于細胞質;在神經細胞、成纖維細胞、腎上腺髓質、甲狀腺中,PTEN分布于細胞核;在極化的MDCK(Madin-Darby canine kidney)細胞,PTEN位于細胞間的緊密連接處[15]。

2 PTEN基因的抑癌作用

2.1 PTEN基因與細胞周期

腫瘤發生與細胞周期調控的紊亂有關,而PTEN對細胞周期調控起著重要的調節作用。PTEN基因控制細胞周期的機制是它能特異性誘導細胞周期素依賴激酶(cyclin dependent kinases,CDKs)抑制因子p21,p27和p51,從而發揮調控細胞周期的作用。PTEN作為雙磷酸脂酶,能使PIP3脫磷酸,阻斷PI3K調控的生長因子信號通路,維持細胞正常的生長周期[16]。PTEN的缺失導致PIP3堆積,PIP3又可激活其下游的多種信號分子,使細胞惡性轉化[17];相反,PT EN的過表達也會使細胞阻滯于G1期而不能進入S期[18]。

2.2 PTEN基因與細胞凋亡

PTEN誘導細胞凋亡主要是通過它的脂質磷酸酶的活性來實現的。PTEN通過信號轉導通路PI3K/AKT脫磷酸,抑制PI3K/AKT,激活Capase-3,Capase-9,促進凋亡[19]。AKT能降低凋亡因子,增強抗凋亡蛋白的活性。過度激活的AKT會使細胞失去凋亡能力[20]。反之,PTEN的氧化性降低,可以提高PIP3的濃度,PIP3激活其下游的信號分子AKT,活化的AKT激活其下游的抗凋亡的信號分子,也證實了PTEN具有誘導細胞凋亡的功能[21]。

2.3 PTEN基因與細胞的黏附、遷移

晚期轉移癌中經常觀察到PTEN基因的丟失,這可能與PTEN參與調節細胞的黏連和移動,從而負調節腫瘤細胞的遷移和浸潤有關。PTEN通過降低、抑制FAK和Shc磷酸化來調節細胞與細胞、細胞與細胞外基質的相互作用,從而影響細胞的粘附和遷移等多個方面[22]。FAK及Shc均介導PTEN的抑制細胞遷移效應,但FAK與定向遷移有關,而Shc與隨機遷移有關。

2.4 PTEN基因與血管

存在PI3K或AKT過表達的細胞中血管內皮生長因子VEGF的mRNA水平明顯增高。PI3K的抑制劑LY294002能降低這種升高的水平,提示PI3K在調節VEGF表達方面起重要作用。PTEN則能抑制PI3K或AKT的過表達所誘導的廣泛新生血管形成。PTEN的突變則能促進VEGF介導的血管內皮細胞增殖和腫瘤微血管形成[23]。也有學者認為PTEN的抑血管活性是通過抑制PI3K/AKT通路實現的[24]。

2.5 PTEN基因與免疫穩定

免疫系統是機體重要的監護系統,失去了免疫系統的穩定,會導致機體對細胞惡變的免疫監視失控。出現細胞偏離正常的生長軌道而表現出惡性生長。PT EN基因純合性敲除的小鼠會在胚胎期死亡;雜合性敲除的小鼠雖然可以成長,經常出現淋巴組織增生、T細胞淋巴瘤、子宮內膜癌、前列腺癌等[25],而且發現小鼠胸腺組織結構遭到破壞,T細胞增多,外周血中B細胞、CD4 T細胞增多,產生大量自身抗體,并伴有高丙種球蛋白血癥,同時,外周免疫系統也遭到破壞。增多的B細胞拮抗細胞凋亡,細胞的遷移能力也增強[26]。因此,PTEN與免疫系統穩定的維持有重要的意義。

3 PTEN基因在口腔頜面部腫瘤中的作用

Shin K.H.等[27]對8l例微衛星穩定(microsatellite stability,MSS)和5例微衛星不穩定(microsatellite instability,MSI)的口腔鱗癌的PTEN基因全部序列進行檢測,發現有l例MSS和3例MSI的PT EN基因有錯義突變,有2例MSS的口腔鱗癌的染色體的第5外顯子有缺失,從而使PIEN的整個mRNA缺失。雖然有1例MSS和1例MSI的口腔鱗癌中PTEN基因是完整的但它卻沒有PT EN的mRNA的表達。這說明在口腔鱗癌的發生過程中FIEN的突變與缺失起著一定的作用。Lee J.I.等[28]檢測41例舌鱗癌患者標本中PTEN蛋白的表達,12例(29%)腫瘤標本中PTEN陰性表達,25例提示PTEN在蛋白水平上的改變更為常見,4例強表達。其表達與性別、年齡無關,與組織學分級、臨床分期及淋巴結轉移均無顯著相關。使用Cox風險模型進行多因素分析顯示,PTEN的陰性表達是預后不良的預測指標。Zhang R.H.等[29]用聚合酶鏈反應(PCR)及克隆、基因測序等方法來分析腮腺多形性腺瘤、黏液表皮樣癌及正常腺體組織中PT EN基因第5、第6及第8外顯子有無突變及缺失。通過對PT EN基因3個外顯子的克隆測序,發現有2例腮腺多形性腺瘤外顯子8發生突變,其中1例引起編碼的氨基酸發生變化;而腮腺黏液表皮樣癌中均未發現有突變及缺失。提示在涎腺腫瘤中PT EN基因的純合性缺失或點突變對PTEN的表達失活并非起主要作用,可能PT EN基因的突變或缺失在涎腺腫瘤中屬于稀有事件。Kleist B.等[30]研究小組在對腮腺上皮-肌上皮癌在兩個不同組織中進行DNA模擬比較,也證明PTEN基因沒有突變的存在。

4 展望

具有雙重磷酸酶活性的一種抑癌基因PTEN的發現,被形容為能揭開人類腫瘤基因學一些未知迷團的里程碑[16]。對PTEN在細胞生長、周期調控、細胞凋亡、移動、免疫和信號傳遞等方面的重要作用已被逐步揭示并進行更深入的研究。但是PTEN蛋白在腮腺多形性腺瘤、粘液表皮樣癌中的作用、用途還不明確;各途徑間的關系如何等都有待于進一步的研究。但隨著對PTEN在細胞間信號傳導調節機理的深入研究,最終將揭示其抑制腫瘤生長的本質。利用PTEN基因的對細胞諸多調控功能,在人類腫瘤臨床的基因診斷、基因治療及預后判斷方面取得更大進展,還需要更深入的研究。相信隨著對FIEN基因研究的深入將為今后進一步研究腮腺多形性腺瘤、黏液表皮樣癌的發生、惡性轉化以及臨床診斷治療等提供新的思路。

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