PIAS3抑癌效應研究進展*

鄢明果， 劉亮明△， 張吉翔

(1上海交通大學附屬第一人民醫院松江分院，上海 201600；2南昌大學第二附屬醫院分子醫學中心，江西 南昌 330006)

·綜述·

PIAS3抑癌效應研究進展*

鄢明果1,2， 劉亮明1,2△， 張吉翔2

(1上海交通大學附屬第一人民醫院松江分院，上海 201600；2南昌大學第二附屬醫院分子醫學中心，江西 南昌 330006)

PIAS3； 腫瘤； 類泛素化； 轉錄因子

腫瘤是一種基因病，涉及到癌基因的激活和/或抑癌基因的失活。在這些基因中，某個或某些基因可能起了關鍵作用，其通過對下游細胞信號分子或網絡的影響，進一步影響細胞的增殖和凋亡過程，造成失控性細胞增殖，最終形成腫瘤。近年來由于對PIAS3生物學功能的進一步認識，其在腫瘤發生發展中的作用也正日益受到了國內外學者的重視。文章將就PIAS3在腫瘤方面的研究進展作一簡要介紹。

1 分子結構及其抑癌效應

STAT3(signal transducer and activator of transcription 3,轉錄信號轉導和激活因子3)蛋白質抑制分子PIAS3(protein inhibitor of activated STAT3)是1997年Chung等[1]通過對PIAS家族表達序列標簽進行克隆時鑒定并命名的，并認為其是PIAS蛋白家族的新成員。已知編碼PIAS3蛋白的基因定位于人類染色體1q21[2c，有1個包含有583個氨基酸的開放閱讀框和1個鋅結合基序[C2-(X)21-C2][1]。作為PIAS家族的成員，PIAS3的結構中也含有一套保守的結構和功能區域。PIAS3的功能結構域主要有：(1)C末端：保守的氨基酸末端區域，富含Ser/Thr序列;(2)AD區：靠近C末端的一個高度酸性區域，是TIF2的結合區域[3];(3)RDL區：類似于鋅指結構的環指區域，是PIAS3具有SUMO-E3連接酶功能的重要區域[4-6]，也是Smad3的連接區[7];(4)PINIT區：該區的PIAS82-132區域與抑制MITF及STAT的轉錄活性密切相關，該區域的過表達可誘導肥大細胞及黑素細胞凋亡[8];(5)N末端：含有SAF-A/B、Acinus及SAP區[9]。SAP區可識別富含AT的DNA序列并能與之結合[10]。SAP區域還含有1個LXXLL基序，該基序與介導核受體及其調節的信號轉導如AR、PR等密切相關，并可與NF-κB p65結合和抑制其轉錄活性[11]。這提示，PIAS3可調控許多與細胞生長增殖密切相關的轉錄因子的活性，有可能對細胞的多條生存信號通路產生影響。

已證實，人體許多正常組織或細胞內特別是上皮組織和內皮細胞中，PIAS3的表達明顯[12]，而在腫瘤組織或細胞中，PIAS3的表達顯著降低甚至出現表達缺失現象[13]。研究發現，當PIAS3表達沉默后， STAT3活性出現持續增高，腫瘤的生長和增殖活性顯著提高[14]。研究還發現，PIAS3表達上調后，可抑制癌細胞的生長并增加其對化療藥物的敏感性[15]。另外，PIAS3與表皮生長因子受體抑制劑合用時，能產生協同抗腫瘤的作用，并顯著抑制腫瘤細胞的分裂增殖能力[16]。提示PIAS3具有抑癌基因活性。

2 抑癌機制

2.1蛋白質的泛素化效應 PIAS3具有SUMO-E3(E3-type small ubiquitin-like modifier)連接酶活性，可介導多種蛋白質發生泛素化作用[17]。研究證實PIAS3的介導作用是特定的轉錄因子受體發生泛素化的一個重要機制[18]。泛素化是調節蛋白質水平的基本方式。泛素-蛋白酶體途徑是細胞內重要的蛋白質調控系統，參與調節細胞周期進程、細胞增殖與分化，以及信號轉導等多種細胞生理過程。研究證實，原癌基因表達的蛋白質主要是通過泛素化途徑降解的，原癌蛋白如得不到及時清除會誘導細胞發生轉化，甚至惡變，并引起腫瘤的形成[19]。研究發現，PIAS3可介導M2型丙酮酸激酶泛素化，從而負向調控正常細胞和腫瘤細胞的糖酵解途徑[20]。M2型丙酮酸激酶已被證實在惡性腫瘤組織中有高水平表達，是腫瘤糖酵解代謝旺盛、腫瘤細胞增殖活躍和惡性程度高的標志[21]，目前已被用于腫瘤的臨床診斷、療效判斷、預測預后等[22]。因而，通過泛素化作用，PIAS3可對腫瘤細胞的生長、增殖和能量代謝等多方面產生抑制性影響。

2.2對轉錄因子的調控效應 在正常生理狀態下，PIAS3可作為多種細胞信號轉導和轉錄因子的負性調控機制，在維持細胞的正常分裂、增殖和凋亡過程中發揮著重要的調控作用。PIAS3的表達降低或缺失，可使與細胞生長密切相關的轉錄因子異常激活，從而引起細胞異常增殖和腫瘤的發生發展。目前鑒定出的受PIAS3調控的轉錄因子有許多，主要有STAT3、Akt、MITF、TIF2、Oct4、NF-κB 、AR和PR等。其中與細胞增殖和腫瘤發生發展密切相關的轉錄因子有STAT3、Akt、MITF和Oct4。

① 抑制STAT3的活性 STAT3可被多種細胞因子所激活。在活化后，STAT3能轉入細胞核內，并與相應的DNA結合，發揮信號轉導和轉錄調控的雙重功能。JAK-STAT3途徑是STAT3信號轉導與轉錄激活的經典途徑[23-25]，在細胞生長和發育中發揮著不可缺少的重要作用，亦是腫瘤發生發展的重要途徑。在正常情況下，STAT3的DNA結合活性主要受PIAS3的調控。研究表明，PIAS3是STAT3的特異性抑制分子[1]，其羧基末端的酸性區域能特異地與STAT3的rPP-C8區域結合，從而抑制腫瘤細胞的增殖，促進凋亡[26]。研究人員發現，在T/null-cell淋巴瘤[14]、腦膠質母細胞瘤內，PIAS3降低或缺失， STAT3活性則持續性增高。Roberts等[27]也發現，運用PIAS3阻斷JAK-STAT信號通路后，腫瘤細胞的生長受到抑制，腫瘤細胞對化療藥物的敏感性明顯增強。

② 抑制Akt的活性 絲/蘇氨酸蛋白激酶Akt是PI3K的重要下游效應分子，是許多生命活動的關鍵信號分子。其參與的PI3K /Akt信號通路調節細胞的分裂、增殖、分化及凋亡。PI3K /Akt信號通路能促進腫瘤細胞的生長和增殖，與腫瘤的侵襲轉移行為也密切相關，在腫瘤的發生、發展中發揮促進作用[28]。研究發現，Akt磷酸化后可促進耐藥相關蛋白(MRP)及STAT蛋白的表達，從而增強腫瘤細胞的增殖及耐藥性。PIAS3可抑制Akt的磷酸化，使PI3K /Akt失活，從而抑制腫瘤細胞生長、提高腫瘤對化療藥物的敏感性[15]。

③ 抑制MITF的活性 MITF是一種具有基本螺旋-環-螺旋-亮氨酸拉鏈(bHLHZip)結構的轉錄因子，MITF可與酪氨酸基因家族啟動子的M box結構結合，參與黑素細胞黑素生成的調控[29]，是色素細胞信號轉導途徑下游的一個信號分子，在色素細胞發育分化和功能調節中起到關鍵性作用。MITF的異常表達可導致腫瘤的產生。目前，MITF被用于惡性黑素瘤臨床診斷的特異性標記物[30.31]。研究表明，PIAS3是抑制MITF轉錄活性的關鍵分子[32]。還研究發現在含有mMCP啟動子熒光素酶的NIH 3T3成纖維細胞內轉染MITF和PIAS3，高達94％的MITF轉錄激活被抑制。MITF的Zip結構是與PIAS3結合的關鍵部位。與PIAS3結合后，MITF的轉錄活性受到顯著抑制[33]。MITF-PIAS3結合域編碼區的缺失會導致MITF活性持續增高，從而使腫瘤細胞的分裂和增殖能力明顯增強[34]。

④ 抑制Oct4的活性 轉錄因子Oct4有助于維持干細胞正常發生過程中的多潛能活性，是細胞分化全能性的標記[35]。有研究認為，人類表達Oct4基因的成人干細胞可能是引起腫瘤發生的靶細胞。在細胞分化過程中，某些基因突變如造成Oct4持續表達，可使細胞保留異常自我更新的能力，進一步可形成腫瘤[36]。PIAS3可通過 N末端的SAP結合區與Oct4結合并抑制其活性，從而抑制了腫瘤的形成，但目前尚不清楚其抑制功能是否與SUMO E3連接酶有關。哺乳動物在進化的過程中可能依賴于PIAS家族的抑制作用，以維持細胞的正常生長和發育[37]。

3 結語

隨著近年研究的深入，對PIAS3成為抑癌基因家族一員的證據更加的充分。已有的證據表明，PIAS3的活性對于維持正常的細胞動力學或組織穩態至關重要。PIAS3通過對包括STAT3在內的多種癌基因或轉錄因子活性的抑制，包括抑制其活性作用程度和作用持續時間，從而有助于防止腫瘤的發生[38]。另外，由于其對腫瘤能量代謝的抑制性影響，使得其在腫瘤相關的研究中獲得了更加廣泛的重視。近年許多學者正致力于PIAS3治療腫瘤的研究，部分研究成果令人十分鼓舞。研究發現，PIAS3的應用不僅能顯著抑制腫瘤細胞的生長，也能顯著增加腫瘤細胞對化療藥物的敏感性。然而研究發現，在某些腫瘤中，對PIAS3基因有異常的高表達[3]。這種抑癌基因在不同腫瘤中差異性表達現象，可能與基因的突變有關。抑癌基因的突變可能造成其表達產物失去對腫瘤的抑制效應。這與p53在不同腫瘤中的差異性表達似乎有相似之處。最近，有文章指出，PIAS3作為信號分子的功能效應可能還遠未被研究清楚，我們的認識可能只是其功能作用的冰山一角(tip of the iceberg)。目前已發現PIAS3可調控免疫細胞內的關鍵信號蛋白，影響免疫細胞內分子信號轉導，從而對免疫系統功能作用的發揮有十分重要的作用[39]。PIAS3在腫瘤免疫監視或調控中的作用如何？調控的方式或途徑怎樣？在腫瘤治療中的意義如何？等等問題，都值得我們今后進行深入的研究。

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InhibitoryeffectsofPIAS3ontumors

YAN Ming-guo1,2,LIU Liang-ming1,2,ZHANG Ji-xiang2
(1SongjiangHospitalAffiliatedtoTheFirstPeople’sHospitalofShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai201600,China;2MolecularMedicineCenter,SecondAffiliatedHospitalofNanchangUniversity,Nanchang330006,China.E-mail:liuliangming@hotmail.com)

PIAS3 possesses special functional and structural domains,which have key effects on a variety of important intracellular molecules.PIAS3 inhibits the growth and proliferation of tumors.The roles of PIAS3 in anti-tumor functions are involved in the effects of sumoylation enhancement,resulting in degradation of oncoproteins,inhibition of tumor metabolism,and reducing the activity of transcription factors such as STAT3,Akt,MITF,Oct4 and so on.

PIAS3; Neoplasms; Sumoylation; Transcriptional factors

1000-4718(2011)05-1016-04

R363

A

10.3969/j.issn.1000-4718.2011.05.036

2010-10-07

2011-01-04

國家自然科學基金資助項目(No.30660066；No.81070357)

△通訊作者Tel:021-67720053; E-mail: liuliangming@hotmail.com