APC與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的關(guān)系

韓沖 王在軍 王利東 中國醫(yī)科大學(xué)

APC與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的關(guān)系

韓沖 王在軍 王利東 中國醫(yī)科大學(xué)

APC蛋白（adenomatous polyposiscoli，APC）具有多種功能：參與Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，抑制細(xì)胞生長和促進細(xì)胞調(diào)亡，影響細(xì)胞分化，調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架運動，影響細(xì)胞遷移、黏合和分裂等。本文著重介紹APC蛋白的結(jié)構(gòu)及與腫瘤的發(fā)生發(fā)展、侵襲轉(zhuǎn)移的關(guān)系。

APC；腫瘤；Wnt；β-catenin；微管；細(xì)胞骨架

一、APC蛋白的結(jié)構(gòu)

APC基因定位于染色體的5q21-q22，編碼胞質(zhì)蛋白[1]，其中密碼子第1286-1513之間的10%左右的編碼區(qū)集中了約65%體細(xì)胞的突變，被稱為“突變密集區(qū)”（MSR），MSR位于第15外顯子內(nèi)[2]。

APC蛋白由2843個氨基酸組成[8]。野生型APC 的N端的前十七個氨基酸通過形成α-螺旋介導(dǎo)APC同源二聚體的形成。緊接著是一個系列的七個保守的Armadillo重復(fù)區(qū)，它對于蛋白質(zhì)之間的相互作用和細(xì)胞黏合是非常重要的，與該區(qū)域結(jié)合的蛋白質(zhì)主要有P P2 A (phosphatase2a),Asef(APC-stimulated guanine nucleotide exchange factor for Rhofamily protein)和Kap3(kinesin superfamily-associated protein)以及軸蛋白[3]。在APC分子的中間區(qū)域包含了一個重要的結(jié)構(gòu)域與β-catenin相連。與20個氨基酸重復(fù)區(qū)域相接的是三個稱為“SAMP”的氨基酸序列，該序列涉及軸蛋白與APC的結(jié)合部位。APC的C端含有數(shù)個富含堿性氨基酸的結(jié)構(gòu)域，是微管蛋白的結(jié)合位點。在此區(qū)域之后是與EB1（an ending binding protein）的結(jié)合位點[4]。

二、APC在Wn t信號通路中的作用

Wnt信號傳遞途徑的異常調(diào)節(jié)可引起腫瘤發(fā)生[5]。APC在W nt途徑中的主要功能是作為一個多種蛋白質(zhì)復(fù)合物相互連接的骨架。該復(fù)合物中含有APC、糖原合成酶激酶3β（serine/theronine glycogen synthase kinase3β，GSK-3β）和軸蛋白（axin）[4]，其中Axin的RGS功能域（regulators of G protein signaling domain）能與全長的APC蛋白結(jié)合[5]。β-

三、APC與細(xì)胞骨架

catenin將肌動蛋白action骨架與細(xì)胞間跨膜粘附受體鈣粘素（cadherin）家族成員相連接[5]，同時還是發(fā)育系統(tǒng)的一個信號傳遞分子[6]。Wnt/β-catenin通路能調(diào)節(jié)30多種基因的轉(zhuǎn)錄活性，當(dāng)沒有Wnt信號傳入時，GSK-3β是活化的，它可以磷酸化APC/β-catenin/Axin，增加它們之間的相互作用。

多種機制可導(dǎo)致APC基因失活，包括等位基因丟失、基因突變、啟動子CpG島甲基化等。APC的致癌截短突變幾乎總是使蛋白中心區(qū)能與β-catenin相互作用的串聯(lián)重復(fù)序列的20個氨基酸至少丟失4個（通常為5個），從而產(chǎn)生截短的APC蛋白，丟失與軸蛋白結(jié)合的區(qū)域，不能形成APC—axin—GSK-3β多蛋白復(fù)合物，引起游離的β-catenin在細(xì)胞漿內(nèi)集聚，并以一種與Imoporin beta類似的方式通過核孔被轉(zhuǎn)運入核內(nèi)[5]，導(dǎo)致Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常。Cyclin D1也是β-catenin/Lef-1途徑激活的直接靶基因，它是細(xì)胞周期調(diào)節(jié)的正性調(diào)控因子，其含量及活化程度在細(xì)胞增殖周期卡點G1/S轉(zhuǎn)換過程中起限速作用，過度表達(dá)可導(dǎo)致細(xì)胞周期調(diào)控異常，從而發(fā)生腫瘤[9]。

APC的功能不僅體現(xiàn)在W nt信號通路中，還參與細(xì)胞骨架兩種主要成分微絲和微管的調(diào)節(jié)[10,11]。近來發(fā)現(xiàn)APC的突變可以導(dǎo)致染色體不穩(wěn)定（chromosomal instability,CIN）[12,13],研究顯示，APC蛋白可以通過其分子羧基末端的微管結(jié)合區(qū)域與微管正極直接結(jié)合，調(diào)節(jié)微管組裝及增加微管穩(wěn)定性，因此被稱為微管正極示蹤蛋白(plus-end tracking protein)。目前發(fā)現(xiàn)APC至少可以以三種方式與微管結(jié)合。APC的基本結(jié)構(gòu)域可與微管直接結(jié)合[14]；還可通過EB1間接與微管相互作用[15]；當(dāng)缺乏以上兩個微管結(jié)合區(qū)域時，仍可以依賴ATP提供能量的方式向微管的遠(yuǎn)中心體端運動，成簇地聚集在細(xì)胞的突起部位[16]，有研究表明，APC中段（1500bp-4800bp）可能通過SM AP/KAP3參與沿微管的運動[17]。APC通過與微管結(jié)合引發(fā)微管成束，使微管平行排列于高度極性上皮細(xì)胞基質(zhì)膜區(qū)域[18]，APC蛋白也能在體外促進微管聚合，這和其他微管結(jié)合蛋白（如：CLIP-170,dynactin,EB1以及CLASPs、L IS-1）的作用相類似。因此，APC與細(xì)胞骨架的相互作用在癌癥細(xì)胞的發(fā)育過程中扮演了重要的角色。

四、APC與結(jié)直腸癌

APC基因的失活啟動了結(jié)直腸癌沿正常黏膜-增生-腺瘤-癌的多階段多步驟發(fā)生模式，且穩(wěn)定存在于腫瘤發(fā)生發(fā)展的全過程[19]。在結(jié)直腸癌中APC基因突變的情況尤為重要。一種情況是基因突變進而翻譯出截短蛋白，這些截短蛋白可以通過Wnt信號通路的異常激活而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生；另一種情況是APC基因由于二次打擊而導(dǎo)致完全失活，此時雜合性缺失（LOH）加突變可能是其主要形式[20]。因此，大腸癌的形成源于基因組損傷的漸進性累積，最初的發(fā)病基礎(chǔ)之一是W nt/β-catenin通路的異常激活。以Wnt/β-catenin通路中的APC為靶點，在大腸癌的診斷和治療上有巨大的潛力[7]。

五、結(jié)論和展望

APC蛋白作為一種重要的多功能蛋白，處于多種信號通路的交匯處，作為潛在的細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)分子將細(xì)胞骨架與重要的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路緊密聯(lián)系在一起，通過多種途徑調(diào)控腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移。因此，APC蛋白對于研究腫瘤有重要的意義，檢測APC基因?qū)υ缙谠\斷和治療腫瘤也有著重大的指導(dǎo)意義。因此，關(guān)于APC還有許多重要的問題亟待解決。例如失去微管結(jié)合區(qū)域的截短APC蛋白究竟如何與微管連結(jié)，其觀點尚未統(tǒng)一；受W n t途徑調(diào)節(jié)的APC-β-catenin-axin如何影響APC對細(xì)胞微管蛋白動力學(xué)的調(diào)節(jié)；Wnt途徑與細(xì)胞周期染色體分離調(diào)節(jié)之間的關(guān)系；在臨床方面，APC是否影響大腸癌的浸潤深度、臨床分期等還存有爭議。這些問題有待于今后對APC基因的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系、作用機制，它與其它相關(guān)基因的相互作用以及細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)與細(xì)胞間信號交流的分子機制深入研究。

[1]Thliveris, A. et al. Long-range physical map and deletion characterization of the1100-kb NotI restriction fragment harboring the APC gene. Genomics,1996,34～:226780.

[2]Smith Aj,Stern HS,Penner M,et al.Somatic APC and K-kascodon12 mutation in aberrant crypt foci from hum an colons [J]. Cancer Res,1994,54:5527-5530.

[3]Nathke IS et al. Annu Rev Cell Dev Bio l,2004,20:337-366.

[4]李卓玉,袁靜明.腫瘤抑制蛋白APC的結(jié)構(gòu)與功能.生命的化學(xué).2006,26:136-138.

[5]高豐,張學(xué),宋今丹.Wnt途徑——調(diào)控細(xì)胞增殖和癌變的關(guān)鍵途徑. 生命科學(xué).2001,2,13:14-17.

[6]Po lakis P. Curr Opin Genet Dev,1999;9 (1):15-21.

[7]李琳娜,袁守軍.Wnt/β-catenin信號通路與大腸癌的始發(fā)和防治策略.世界華人消化雜志.2006,1,18,14 (2):201-206.

[8]戴文斌.Wnt通路成員APC、β-catenin、c-myc及黏附分子E-cadherin與大腸癌的關(guān)系.中國腫瘤臨床與康復(fù).2007,14:73-75.

[9]Krecicki T,Smigiel R,Fraczek M,et al. Studies of the cell cycle regulatory proteins P16,cyclin D1 and retinoblastoma protein in laryngeal carcinoma tissue[J].J Laryngol Otol,2004,118(9):676-680.

[10]Van Noort M,Meeldijk J,van der Zee R, et al.Wnt signaling controls the phosphorylation status of beta-caten in[J].J Biol Chem,2002,277(20):17901-17905.

[11]Fodde R.The APC gene in colorectal cancer [J].Eur J Cancer,2002,38(7):867-871.

[12]Foddc R,Smits R,Clevers H.APC,signal transduction and genetic instability in colorectal cancer.Natu re Rev Cancer,2001,1(1):55-67.

[13]Kaplan K B,Burds A A,Swedlow J R,et al.A role for the adenomatous polyposis coli protein in chromosome segregation.Nat Cell Biol,2001,3(3):429-432.

[14]Zumbturm J,Kinoshita K,Anthony A L,et al.Binding of the adenomatons polyposis coli protein to micro tubules increases microtubule stability and is regulated by GSK3-beta phosphorylation.Current Biology,2001,11(1):44-49.

[15]Berrueta L,Tirnauer J S.The APC-associated protein EB1 associates with components of the dynactin complex and cytoplasmie dynein intermediate cham.Current Biology,1999,9(8):425-428.

[16]Mirnori K Y,Shrina N,Tsukita S.The dynamic behavior of the APC-binding protein EB1 on the distal ends of microtubules. Current Biology,2000,10(14):865-868.

[17]王成,鄭多,et a l.結(jié)腸腺瘤性息肉病蛋白通過與SMAP/KAP3相互作用與微管結(jié)合.生物化學(xué)與生物物理進展.2002,29(6):885-890.

[18]Mogensen M M,Tucker J B,Mackie J B, et al.The adenomatous polyposis coli protein unambiguously localizes to microtubule plus end and is involved in establishing parallel arrays of microtubule bundles in highly polarized epithelial cells.J Cell Biol,2002,157(6):1041-1048.

[19]Yuan P,Sun MH,Zhang JS,et al.APC and K-ras gene mutation in aberrant crypt foci of hum an colon[J].World J Gastroenterol,2001,7(3):352-354.

[20]葉建新,許東坡,李心翔等.散發(fā)性結(jié)直腸癌APC基因雜合缺失和突變的研究[J].中華實驗外科雜志.2004,21(10):1209-1211.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.14.089