原癌基因Gankyrin及其在腫瘤發生中的作用研究進展

王靈巧，陳濟安，舒為群*

（第三軍醫大學軍事預防醫學院，重慶 400038）

原癌基因Gankyrin及其在腫瘤發生中的作用研究進展

王靈巧，陳濟安，舒為群*

（第三軍醫大學軍事預防醫學院，重慶 400038）

腫瘤的發生和發展是多基因交互影響、多種環境因素協同作用的結果。Gankyrin是近年來發現的一種新的原癌基因，研究表明Gankyrin在正常肝組織到肝癌過程中表達逐漸增強，提示其可能影響了肝細胞癌的發生過程。后來研究又陸續發現Gankyrin蛋白在肺癌、乳腺癌、結直腸癌等多種腫瘤組織中高表達。Gankyrin在調控細胞周期進程、細胞凋亡以及細胞免疫等多種生物學事件中發揮重要作用，從而加速細胞惡性化程度，促進腫瘤的發生。本文主要綜述Gankyrin的表達調控，參與腫瘤發生的分子機制以及在化學物致肝癌發生中的作用。

腫瘤；Gankyrin；分子機制；肝癌

表觀遺傳和基因改變在腫瘤的發生過程中起著至關重要的作用。文獻報道，Myc、MDM2和p53等基因的表達異常（突變、甲基化水平的改變和組蛋白脫乙酰作用）導致其蛋白產物參與的細胞周期進程和細胞內信號轉導也發生異常改變，促進腫瘤細胞的惡性增殖，共同促進了腫瘤的發展［1］。Gankyrin是近年來發現的一種新的原癌基因，與多種腫瘤的發生關系密切，且與腫瘤的惡性程度相關。本文對Gankyrin及其參與腫瘤（特別是肝癌）發生關系的研究進展作一綜述。

1 Gankyrin的發現

2000年，Higashitsuji等［2］從人肝細胞癌組織高表達的基因中應用消減雜交法篩選出Gankyrin。經進一步測序證實，它的基因序列與從26 S蛋白酶體亞基19S/PA700復合物中的一個非ATP酶亞單位p28蛋白完全一致，從而又命名為p28、p28GANK或PSMD10。Gankyrin位于人染色體Xq22.3，是一個在所有哺乳動物中高度保守［3］的小分子蛋白（25 kDa，226個氨基酸）。它由7個串聯排列的ankyrin（ANK）錨蛋白重復序列，加上由向N端延伸的38個氨基酸組成［4］。文獻報道，肝癌發生的早期分子機制涉及Gankyrin與泛素蛋白連接酶MDM2結合，促進p53的泛素化和降解，另一方面Gankyrin與成視網膜細胞瘤蛋白（Rb）結合后加速其磷酸化和降解［2］。近來有文獻報道Gankyrin作為重要的分子伴侶，在19 S調節顆粒的組裝過程中發揮著重要作用［5-6］。Gankyrin已在各種惡性腫瘤，包括肝癌，胰腺癌和食道癌被發現過表達，并且已經表明，在人類腫瘤發生的早期階段普遍存在Gankyrin過表達的現象。此外，Gankyrin被認為是一個潛在的限制癌細胞增長和激活細胞凋亡的藥物治療靶標。

2 Gankyrin表達與調控的研究

2.1 Gankyrin的上游調控信號

作為癌基因，Gankyrin啟動腫瘤發生主要是由其異常高表達引起。Jin等［7］發現在轉化Ras的NIH3T3細胞中，檢測到Gankyrin的表達顯著增加，而通過干涉Gankyrin的表達會阻斷Ras激活引起的細胞轉化和腫瘤發生。這是首次證明Gankyrin可能參與Ras介導的細胞惡性轉化過程。在Ras引起的細胞轉化和腫瘤發生過程中，Gankyrin作為Ras-PI3K下游靶基因激活Akt發揮作用，但是Gankyrin并未參與調控Ras下游另一條重要的信號通路——MAPK的傳遞。另外，Her等［8］通過動物實驗證明，Bcl-2家族蛋白可通過上調Gankyrin表達來抑制肝癌細胞凋亡，提示Gankyrin與Bcl-2信號通路之間存在正向反饋機制。因此，目前已證實Ras與Bcl-2可作為Gankyrin的上游調控信號。

2.2 Gankyrin的轉錄調控

研究發現在由正常肝組織到肝癌的過程中Gankyrin的表達逐漸增強且啟動Gankyrin的表達是通過NFY復合物的作用。這一發現與Qian 等［9］報告Gankyrin基因轉錄是受結合于啟動子INR元件的NFY復合物控制相一致。Gankyrin通過INR與轉錄因子NFY結合，NFY招募具有組蛋白乙酰化酶活性的轉錄輔助因子p300/CBP，從而使啟動子鄰近的組蛋白乙酰化，導致核小體結構松散并促進轉錄的發生。但HDAC可使組蛋白發生去乙酰化，導致其調控的基因轉錄受抑制。Jiang等［10］采用DEN 誘發的小鼠肝癌模型發現，法尼酯X受體（FXR）可通過HDAC1-C/EBPβ復合物沉默Gankyrin啟動子，抑制Gankyrin轉錄，下調Gankyrin的表達，從而抑制了Gankyrin對Rb、 p53、HNF4α和C/EBP蛋白的作用，防止肝腫瘤的發生。

3 Gankyrin參與腫瘤發生的分子機制研究

Gankyrin在肝癌、乳腺癌等多種惡性腫瘤中高表達，它與Rb、p53、MDM2等多個細胞信號通路中的重要分子發生相互作用，參與調控細胞周期進程、細胞凋亡以及細胞免疫等多種生物學事件。

3.1 Gankyrin與細胞周期

當DNA發生損傷，紡錘體不能正常形成或DNA復制不完全時，細胞周期將會被阻斷。細胞內最主要的兩個“檢驗點”——復合物pRb-p16INK4A和p53-ARF-MDM2被持續的激活可使細胞周期紊亂，導致基因組的不穩定和破壞，從而引發癌癥。正常細胞到達G1/S調控點時，高度磷酸化的Rb會釋放出轉錄因子E2F，活化E2F-1，E2F-1與DP-1形成二聚體E2F-1/DP-1，進而促使DNA合成基因的表達。研究表明，Gankyrin含有LXCXE模序能特異性的結合Rb，促進Rb的過度磷酸化，導致活性轉錄因子E2F-1的釋放，引起參與細胞增殖一系列相關基因的轉錄激活［2］。同時，Gankyrin還可以競爭性抑制p16INK4A與細胞周期蛋白依賴性激酶4（CDK4）結合，拮抗p16INK4A對腫瘤細胞增殖的抑制作用［11-13］。Meng Yun團隊［14］對胰腺癌研究發現，Gankyrin主要是通過下調細胞周期依賴性蛋白酶CDKs、增殖細胞核抗原PCNA、pRb基因的表達和上調p27蛋白表達來阻滯細胞周期。下調Gankyrin表達能導致細胞周期阻滯在G1/S期，而上調Gankyrin表達導致了與上述相反的結果。在細胞增殖、周期調控及惡性轉化過程中，Rb與MDM2的交互作用被認為是腫瘤細胞存活及增殖的重要機制［14］。在乳腺癌（p53陽性）中檢測到Gankyrin過表達，而且Gankyrin導致p53的蛋白表達水平顯著降低，同時又明顯的抑制p53的活性［15］。以上研究提示Gankyrin通過與Rb特異性的結合后促使Rb的降解，并又可促使p53蛋白泛素化和降解，導致細胞周期和細胞凋亡調控紊亂，從而加速細胞惡性化程度，促進腫瘤的發生。

3.2 Gankyrin與細胞凋亡

細胞凋亡無論是在生物體正常的發育中還是在病理情況下都具有十分重要的作用。當受到外界強烈刺激時，細胞核轉錄因子p53與DNA結合，啟動阻滯細胞周期的相關蛋白質表達，從而介導受損細胞的凋亡。但是過表達的Gankyrin可促使p53蛋白的降解，造成依賴于p53的基因表達轉錄受阻，抑制了細胞凋亡。有研究證實，通過下調Gankyrin的表達可誘導p53野生型的細胞凋亡［16-17］。因此，由Gankyrin引起的P53泛素化和降解，是腫瘤細胞逃逸細胞凋亡的化療耐藥性的分子基礎。Bcl-2是重要的抗凋亡分子，其活性受可逆性磷酸化調節。迄今僅發現PP2A與Bcl-2共定位于線粒體膜，PP2A通過去磷酸化Bcl-2，抑制Bcl-2的抗凋亡活性，促進細胞凋亡［15］。Nagao等［18］應用酵母雙雜交技術鑒定了另一個與Gankyrin相互作用的蛋白質——黑色素瘤抗原之一MAGE-A4，MAGE-A4的C-端介導與Gankyrin的結合。有研究報道，MAGE-A4本身并不能夠調控細胞周期和細胞凋亡。雖然目前它的功能還不清楚，但是在Gankyrin高表達的腫瘤細胞以及裸鼠成瘤實驗中，MAGE-A4表現出了抑瘤的活性，這提示MAGE-A4與Gankyrin結合后，可以抑制Gankyrin抗凋亡的活性。

3.3 Gankyrin與細胞免疫

炎癥與腫瘤的發生關系密切，多項研究證明，生物體內先天性免疫和炎癥反應的關鍵作用因子NF-κB信號通路異常與腫瘤的發生有關。但NF-κB信號通路發揮癌基因或抑癌基因的作用［19-21］取決于細胞類型及其環境。在許多腫瘤中（如大腸癌、乳腺癌等），NF-κB復合體持續性激活并高表達，癌細胞凋亡受阻，細胞生長失控［22］。然而最新研究發現在肝細胞癌中NF-κB 則起抑癌作用［14］，并且在化學物質誘導肝損傷的過程中，NF-κB 的活性局部性被抑制，將導致肝細胞癌的發生［23］。2007 年，有兩個實驗團隊同時報道Gankyrin參與調控了NF-κB信號通路［24-25］。Gankyrin作為核-漿穿梭蛋白可以直接或間接與RelA及P50結合，使其阻滯于胞漿，負調控本底的以及由TNF-α刺激引起的NF-κB的激活［17］。此外，Gankyrin含有的7個串聯排列的ankyrin（ANK）重復序列，而作為NF-κB主要抑制因子IκBs蛋白家族也含有6個ANK重復序列，其中IκBαC端的兩個ANK與NF-κB結合并抑制NF-κB活性。由此推測Gankyrin可能在細胞炎癥反應中起重要作用。Gankyrin對細胞增殖、轉化是否與其調控NF-κB信號有關目前還是未知。

3.4 Gankyrin與其他信號通路的交互作用

Gankyrin的表達受多種信號傳導通路和調控機制的嚴密控制。有研究報道，Gankyrin能通過活化PI3K/Akt/HIF1α信號通路促進VEGF、MMP、Twist等細胞因子的表達，從而促使肝癌細胞發生上皮-間質轉換，影響肝癌細胞的轉移和侵襲［11］。腫瘤細胞生長以糖酵解為主要途徑，缺氧將激發腫瘤血管新生、增強轉移能力等適應性應答反應，轉錄因子HIF1α在其中發揮中心作用。由此推測，Gankyrin也可能參與腫瘤發生過程中促血管生成。目前在用DEN和CCl4等化學毒物致肝癌的動物模型中發現，肝細胞內活性氧的水平均出現升高［26］。已有研究報道，Gankyrin可介導AKT信號途徑來增強細胞氧化應激耐受的作用。Zhang等［27］在子宮內膜癌細胞模型中分別通過下調和上調Gankyrin的表達，觀察到其可分別引起細胞增殖的抑制和增加。這項研究表明子宮內膜癌中Gankyrin異常高表達，其通過雌激素驅動GPR30信號肽介導的PTEN/PI3K/AKT信號途徑促進癌細胞不斷增殖。在DEN誘導的大鼠肝癌發生模型中檢測到Gankyrin表達升高，并發現Gankyrin通過下調HNF4α的表達，在誘導肝細胞去分化的過程中發揮關鍵作用［28］。近來研究發現，β-catenin能夠直接與Gankyrin啟動子區結合，啟動Gankyrin 的轉錄，而上調表達的Gankyrin又正向反饋調節β-catenin的轉錄活性。研究發現，在肝癌發生早期β-catenin出現異常聚集，進而促進肝癌的發生以及早期肝癌細胞的快速增殖［29］。除此之外，Gankyrin還可以與其他信號通路如RhoA/ROCK，Janus kinase/ STAT 等發生交互作用（cross-talk），促進腫瘤的發生。

4 Gankyrin參與化學物致肝癌發生的研究

肝癌是世界常見的十大惡性腫瘤之一，占全球惡性腫瘤死因的第3位［30］。全國3次惡性腫瘤死亡調查結果的綜合比較顯示，我國肝癌死亡率位居男性及女性惡性腫瘤的第2位和第3位［32］。目前的研究認為肝炎病毒感染、黃曲霉毒素B1（aflatoxins B1，AFB1）和家族遺傳基因是肝癌發生的主要危險因素［33］。對于AFB1以及MC-LR的致癌機制已有了部分研究，但是還不完善。已有實驗證明，Gankyrin參與了環境化學物誘導肝癌發生的過程。Dai等［29］研究團隊用小于600 μmol/L的H2O2刺激正常肝細胞系QSG7701和肝癌細胞系Hun7 12 h后，蛋白檢測結果發現這兩種細胞系中Gankyrin的表達均有不同程度的升高，肝癌細胞中Gankyrin的表達明顯高于正常組。提示氧化應激可刺激肝癌細胞中Gankyrin的高表達，上調的 Gankyrin又能夠促進肝癌細胞內各種抗氧化酶的表達。從而在氧化應激下，肝癌細胞可能通過這種機制維持細胞活力和保持細胞穩態。Sakurai等［33］用致癌物DEN誘導體內肝癌發生的過程中發現，DEN可以使肝細胞持續處于氧化應激狀態，最終導致肝癌發生。Jiang等［10］用DEN在Fiseher344鼠體內誘導肝癌的發生，在肝癌發生的不同階段，也分別檢測到Gankyrin基因的變化，證實Gankyrin在肝細胞的惡性轉化中可能發揮重要作用。肝臟作為絕大多數化學物在體內代謝或生物轉化的主要器官，化學物經Ⅰ相酶CYP450家族的生物代謝活化形成毒性較強的產物，對肝臟產生損害，同時Ⅰ相酶對其分解過程中產生大量ROS分子，是其細胞毒性的重要原因。AFB1、MC-LR都是以嗜肝細胞為主的環境污染物，AFB1與MC-LR進入細胞后，均能引起機體產生大量的氧自由基，對機體造成氧化損傷。DNA氧化損傷后又將引起細胞的DNA損傷后反應，包括DNA修復以及其他影響細胞功能和穩定的信號通路的改變（包括ATM-p53信號通路）［34］。前面提到DEN 誘導肝癌模型中Gankyrin表達上調，并且Gankyrin可調控p53信號通路，同時Gankyrin與相關的26 S蛋白酶體還參與DNA雙鏈的修復，發揮抗凋亡的功能。據此我們推測，Gankyrin可能參與黃曲霉毒素和微囊藻毒素致肝癌的發生過程，從而調控肝細胞惡性表型變化。因此，以Gankyrin作為研究目標，有望為日后揭示黃曲霉毒素與微囊藻毒素致細胞惡性轉化的機制提供理論依據。

5 結論與展望

綜上所述，目前關于Gankyrin基因參與腫瘤發生機制的研究主要聚焦于：① Gankyrin蛋白通過高度磷酸化與CDK相互作用后，降解抑癌蛋白Rb，致使Rb蛋白失活，促使細胞由G1期向S期轉化，進而擾亂了細胞周期；②Gankyrin通過與MDM2相互作用，介導p53蛋白泛素化降解，負調控p53的抗凋亡機制；③Gankyrin與RelA相互作用，參與調控腫瘤細胞免疫；④Gankyrin與其他信號通路的交互作用。圖1總結了 Gankyrin 參與腫瘤發生的主要分子機制。

2011年Douglas等［35］綜述了腫瘤細胞所具有的10大共性：增殖信號的自我補充、對抗增殖信號不敏感、抗凋亡、持續血管生成、無限復制能力、組織侵襲和轉移、避免免疫推毀、促進腫瘤炎癥、細胞能量代謝異常以及基因組不穩定和突變。目前的研究已證實Gankyrin參與調控細胞周期、細胞凋亡和細胞免疫的相關信號通路的分子機制，但對其參與調控其他方面如細胞能量代謝異常、維持血管生成等的作用機制還不清楚。Gankyrin作為活躍的參與肝癌發生眾多調控信號通路的分子，其在肝癌的預防、拮抗、治療和診斷中的靶標作用值得進行更深入的研究。

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R730.231

A

1004-616X（2015）01-0071-04

10.3969/j.issn.1004-616x.2015.01.016

2014-09-12；

2015-01-02

國家自然科學基金重點項目（81230064）；國家自然科學基金青年基金項目（81302407）

作者信息：王靈巧，E-mail：mamababa520qq@163.com。*通信作者，舒為群，E-mail：xm0630@sina.com