TOB/BTG家族的研究進展

曹倪豪，陳明

(1．東南大學醫學院，江蘇南京 210009;2．東南大學附屬中大醫院，江蘇南京 210009)

抑癌基因編碼蛋白的主要功能為抑制細胞周期進程、誘導細胞凋亡，并可影響腫瘤侵襲及轉移，抑癌基因發生基因突變或正常功能缺失將導致腫瘤的發生［1-2］。近年來研究表明，TOB/BTG家族成員均為抑癌基因，且該家族與其他抑癌基因如p53等具有密切的聯系。作者就TOB/BTG家族的構成、功能、與腫瘤發生發展的關系等方面的研究進展作一綜述。

1 TOB/BTG家族的構成

TOB/BTG家族目前已有超過20個家族成員，包括 BTGl、BTG2/PC3/TIS21、ANA/BTG3、TOB、TOB2 和PC3b等。己知該家族所有成員都具有抑制細胞增殖的功能，此外還可對細胞周期進行負性調控。Matsuda等［3-4］綜合以往的研究結果認為，盡管TOB/BTG家族中各成員具體功能有所不同，但它們具有以下共同的功能:調控細胞生長、促進細胞分化成熟并可能與細胞DNA損傷修復有關。而其中最為突出的功能就是抑制細胞增殖，所以也有學者主張該家族應稱為抗增殖基因家族(APRO)。屬于人類TOB/BTG的家族成員共分6類。

BTG1最早是在B淋巴細胞性白血病中發現的［5］。PC3 是 Bradbuty等［6］在 PCI2(嗜鉻細胞瘤株)cDNA文庫中刪選出的可被神經因子(NGF)特異性誘導的分泌性蛋白，具有抗增殖特性。TOB1是一個能和ErbB2酪氨酸蛋白激酶受體(receptor-type protein tyrosine kinase，RPTK)結合的分子。隨后，用不同的克隆方法相繼發現了這個家族的其它成員。

2 BTG結構域的作用

TOB/BTG家族成員以蛋白分子氨基端一段較特異的BTG結構域為共同特征，他們的N端有104～106個具有高度同源性的氨基酸，這個同源區域包括兩個高度保守的同源區A盒和B盒，A盒具有抑制細胞增殖作用，B盒具有和靶分子結合的功能。

BTG結構域是TOB/BTG家族發揮作用的主要作用位點。例如:同源盒(homebox，HOX)是一種轉錄調控因子，在胚胎發育和細胞分化中起重要作用，BTG1和BTG2通過BTG結構域中特異性的N端作用于Hoxb9，形成更加牢固的 Hoxb9-DNA復合體，增強Hoxb9的轉錄活性，進而可影響胚胎發育、細胞分化和細胞癌變等［7］。E2FI對細胞周期正常進入S區起重要作用，BTG3通過BTG結構域中的A盒及特異性N端作用于E2FI，能抑制E2FI-DPI轉錄復合物的形成，從而抑制細胞周期進入S期，抑制細胞增殖［8］。BTG1能夠刺激一些成纖維細胞中的轉錄因子活性，機制是BTG結構域中的C端與細胞核受體TRa和肌源性因子MyoD發生相互作用［9］。

3 抑制細胞增殖

多項研究發現TOB/BTG家族具有抑制細胞增殖的功能。TOB/BTG的絕大多數成員通過作用于細胞周期基因(CDc)來調控細胞周期進程，從而抑制細胞增殖。例如:有研究發現，BTG2在乳腺癌中的表達與細胞周期素D1(cyclin D1)呈顯著的負相關，高表達BTG2可抑制周期素 D1轉錄，阻礙D1/CDK4復合物對Rb的磷酸化滅活，從而阻止細胞從G1期進入S期，表明BTG2可通過Rb依賴性途徑來發揮作用［10］。Rouault等［11］發現在NIH3T3細胞中，PC3通過相同的途徑抑制細胞增殖。Ryu等［12］則發現 BTG2/PC3/TIS21通過阻止細胞周期素B1和Cdc2的結合，抑制Cdc2激酶活性，導致G2期的停滯，由此可以看出PC3也可通過非Rb途徑發揮作用。Ikematsu等［13］發現，在人胚腎293細胞株中，BTG2通過降低細胞周期素E蛋白水平來阻止細胞從G1到S期的過渡。Canzoniere等［14］在小腦神經細胞發育過程中發現，PC3/BTG2通過抑制細胞周期素D1和促進Math1轉錄因子活性的雙重途徑來共同調節G1期停滯。在肝臟細胞的再生過程中發現，TOB1通過CAF-1和細胞周期素D1來調控細胞增殖［15］。

其他研究還發現存在其他幾種可能的機制:Maekawa等［16-17］發現Tobl的表達是MAPK通路下游的重要效應分子，在絲氨酸/蘇氨酸位點容易被磷酸化而失活，通過Ras/MAPK通路間的聯系，對抗增殖活性進行調控。進一步研究發現，增加Tobl蛋白表達水平能夠引起細胞周期阻滯，抑制細胞增殖。BTGl蛋白通過與分解代謝產物阻遏蛋白-聯合因子1［carbon catabolite repressor protein(CCR4)-associative factor 1，CAF-1］、同源結構域蛋白(a homeodomain-containing protein，HoXb9)、蛋白質精氨酸N-甲基轉移酶1(protein arginine methyltransferase 1，PRMT1)等結合，共同調節自身的轉錄活性和血管增殖［18-19］，從而抑制腫瘤細胞增殖。BTG2/PC3/TIS21也可結合并激活PRMT1，活化的PRMT1與干擾素的α受體結合，從而抑制細胞增殖［20］。

研究還發現，TOB/BTG成員具有調節mRNA脫腺苷化作用:除了BTG4以外，所有的TOB/BTG蛋白都能與Ccr4-Not復合物的核心蛋白CNOT7、CNOT8相互作用，進而調節mRNA的poly(A)長度，直接影響mRNA代謝的多個過程，參與mRNA的降解以終止翻譯過程等［21-22］。

4 參與細胞凋亡

有研究發現，Bcl-2在乳腺癌中過度表達，合成反義Bcl-2可有效阻止其表達，轉染外源BTG1可增強反義 Bcl-2 誘導的腫瘤癌細胞凋亡［23］。Hong等［24］研究發現，在U937細胞中，TIS21穩定表達的細胞株的凋亡比例顯著高于對照組，TIS21可能通過抑制B1-Cdc2復合物的形成來抑制Cdc2的活性，從而導致細胞凋亡。在PC12細胞模型，PC3的過度表達能夠抑制細胞凋亡，敲除pc3基因的細胞則容易發生凋亡，由此可知PC3可能具有抗凋亡作用，作用機制主要是降低了周期素D1的水平而阻止了Rb失活，使細胞再次進入增殖周期［25］。另外，Corjay 等［26］在體外實驗中發現BTGl的過表達能誘導NIH/3T3細胞凋亡。BTG1還參與LPS和IFN-γ通過JAK/STAT1通路誘導的細胞凋亡［27］。

5 與P53的關系

p53是目前研究最廣泛深入的抑癌基因之一，在細胞受到損害導致DNA斷裂時，P53蛋白可使細胞分裂停滯在G1/S期，如損傷不能修復，p53基因則啟動細胞的程序性死亡過程引發細胞凋亡，一旦p53基因缺失或失活，將導致細胞惡性轉化，從而引發癌癥［28］。通過對p53下游調節基因的系統性篩查發現，BTG2通過Ras信號傳導途徑控制P53對腫瘤細胞的抗增殖作用，發揮抑癌作用［29］。

btg2和btg3是與P53的轉錄直接相關的靶基因，抑制腫瘤的發生。進一步研究發現，TOB1作為轉錄抑制因子，在P53信號傳導途徑的基因轉錄中起著重要的作用，參與調控細胞周期蛋白的表達。在結腸癌中，P53調節的miRNA(miR-34b和 miR-34c)參與DNA的高甲基化，影響BTG4的表達［30］。

研究前列腺癌細胞系LNCaP在雄激素受體(AR)被AR特異性阻斷劑氟他胺阻斷后的細胞周期相關蛋白表達情況發現，BTG1和CDKN1A表達水平較高，變化較明顯，而AR阻斷前后P53表達沒有顯著變化，說明LNCaP細胞在其胞內AR被阻斷后引發的細胞周期變化，是通過與P53無關的途徑發生的［31］。

6 與腫瘤的關系

TOB/BTG家族成員具有抑制細胞增殖、調節細胞周期及參與細胞凋亡的作用，多項研究證實他們是一種抑癌基因。Lim［32］通過研究小鼠和人類的正常及腫瘤細胞中的BTG2蛋白發現，當正常無致瘤性的細胞通過一些刺激手段轉化為永生化的腫瘤細胞時，細胞內的BTG2蛋白表達水平顯著下降，表明在細胞惡變過程中存在btg2基因的表達被逐漸抑制的情況，提示該基因有抑癌作用。而當提高腎癌細胞系293細胞(其缺乏Rb，P53和Clycin D1功能)中的btg2基因表達，可明顯抑制細胞生長，也提示了該基因的抑癌作用。

在一些動物實驗中證實，缺乏TOB1的老鼠更容易患肝臟、肺、淋巴結的腫瘤［33］;缺乏BTG3的老鼠發生肺癌的可能性顯著增加［34］。此外，在多種人類腫瘤細胞系中也發現TOBl蛋白表達水平的下調［35］。如在肺癌和甲狀腺癌患者中，經常能發現這些患者中TOB1的表達缺乏［36］。Sean等［37］發現在正常乳腺上皮細胞能正常表達TOB，在乳腺癌細胞系MCF-7中TOB明顯缺乏;進一步研究發現，TOB通過多種途徑抑制腫瘤發生，其中的一個關鍵機制就是TOB作為ploy A的結合蛋白，調控細胞質中mRNA的凋亡達到抑癌作用［38］。另外，在前列腺癌、腎透明細胞癌和乳腺癌中，能夠觀察到BTG2的表達缺乏或低下［39-41］。在腎癌患者中，觀察到BTG3蛋白的表達減少，機制可能是BTG3 基因發生甲基化［42］。

有意思的是，最早在B淋巴細胞性白血病中發現的BTGl，近期研究發現在急性粒細胞白血病的發作期不能檢測到BTG1的表達，而在緩解期或者健康人群中可檢測到BTG1的表達，表明其可能在將來作為判斷急性粒細胞白血病緩解的一個指標［43］。

因為TOB/BTG家族具有腫瘤抑制因子的作用，已經有研究將外源性的TOB/BTG應用于腫瘤的治療。例如:裸鼠通過腹腔注射使得TOB1高表達能夠阻止胰腺癌的發生［44］;利用轉基因技術使得老鼠模型表達 BTG2，能夠阻止腦腫瘤的發生［45］;張林等［46］研究發現，在將btg2基因導入胃腺癌細胞株MKN45后，BTG2穩定表達的細胞株的生長和增值速度顯著低于轉染空載體及空白對照細胞，提示BTG2可能有抑制細胞生長和增值的作用。用流式細胞儀檢測發現，BTG2穩定表達細胞株的G0～G1期細胞比例顯著高于對照細胞，而S期細胞比例低于對照，提示BTG2的表達增高可使細胞處于非分裂期的比例顯著提高，從而抑制細胞生長。

在腫瘤治療過程中，選擇性增加促凋亡基因的活性，不僅可以加強化療藥或放療的效果，還可以減少其毒副作用。因此，選擇性地誘導腫瘤細胞凋亡同時減少健康組織的凋亡是目前腫瘤治療研究的一個熱點。此外，目前認為，臨床耐藥也與凋亡有關，誘導凋亡可能克服耐藥。有實驗證實，將外源性TOB1轉染乳腺癌細胞系MDA-MB-231后，其對離子輻射的敏感性增強，且凋亡相關蛋白Bax蛋白表達水平增加［47］。隨著對TOB/BTG家族更多研究的進行，可能為腫瘤的治療提供新的思路。

7 結 論

綜上所述，TOB/BTG家族具有抗細胞增殖特性，參與細胞的分化、生長、凋亡，在多種信號傳導通路中起著重要作用，對腫瘤細胞有抑制作用，將來可能對腫瘤的診斷和治療帶來新的思路。但是，仍然有很多問題需要解決，例如:TOB/BTG家族不同成員間是否有協同作用?與一些凋亡相關分子之間的具體機制究竟如何?mRNA的脫腺苷化與其抗增殖活性之間相互作用的具體機制是什么?聯合治療作用于人體后的效果如何?這些問題都有待進一步的深入研究。

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