抑癌基因LKB1與腫瘤關系的研究進展

柏書博綜述, 王敬晗,陳貴敏審校

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抑癌基因LKB1與腫瘤關系的研究進展

柏書博1綜述, 王敬晗2,陳貴敏1審校

肝激酶B1(LKB1)是一種具有普遍作用的抑癌基因，編碼一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，LKB1基因的胚系突變是黑色素斑-胃腸多發性息肉綜合征的主要致病因素。現有研究表明，LKB1對細胞代謝、細胞周期和細胞極性等的調控是其抑制腫瘤發生和發展的重要方面。LKB1的失活性表達以低頻率事件廣泛存在于全身多種類型惡性腫瘤中，如肺癌、胃癌和乳腺癌等；其功能異常還與腺癌的發生密切相關。本文就目前已知的LKB1的抑癌機制作以綜述。

抑癌基因；肝激酶B1；腫瘤; 細胞生長和代謝

肝激酶B1(liver kinase B1，LKB1)基因又名STK11(serine/threonine kinase 11)基因是1998年被芬蘭及德國學者在黑色素斑-胃腸多發性息肉綜合征(Peutz-Jeghers syndrome，PJS)患者中鑒定的抑癌基因[1]。它可通過調節細胞的代謝、細胞周期和誘導細胞凋亡等功能來發揮抑癌作用[2]。研究結果顯示LKB1蛋白表達的下降可見于肺癌、胃癌、乳腺癌等多種惡性腫瘤[3]。

1　LKB1的生物學特征

人的 LKB1基因定位于第19號染色體短臂13.3區，編碼分子量為 60KD 的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，該激酶由433個氨基酸組成，包括非催化區，激酶催化區，核定位信號序列和C端調節區。人體中幾乎所有組織均有LKB1的表達。LKB1的胚系突變是PJS患者的主要致病因素。LKB1的激酶活性需要第189位點的蘇氨酸(Thr)的自磷酸化來完成，此位點的突變可使其喪失激酶活性，導致LKB1的失活，與其由錯構瘤樣息肉向腺瘤和癌變發展關系密切[4]。LKB1與假激酶樣銜接蛋白和腳手架蛋白25形成復合體，可極大地提高其激酶活性和穩定性[5]。

2　LKB1的功能和調控作用

2.1LKB1是腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)的上游激酶AMPK是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，由催化亞基AMPKα和調節亞基AMPKβ，AMPKγ組成的異源三聚體，它是LKB1最重要的底物。AMPK被稱為細胞的“代謝和能量感受器”，與AMP/ATP比值密切相關。機體在各種應激情況下，AMPK被激活后，抑制脂肪的生成、增加脂肪酸氧化、抑制脂肪分解、促進葡萄糖攝取和利用，維持機體的正常代謝。AMPK 的活化需要上游激酶(AMPKK)對 AMPKα亞基活化環上172位點的Thr進行磷酸化來完成。LKB1可以磷酸化Thr進而激活AMPK，因此認為它是 AMPKK 家族的成員。同時LKB1也激活12種接近AMPK的酶，使它們的活性增加50倍以上，AMPK和這12種AMPK相關激酶是LKB1激酶主要的下游底物。

2.2LKBI下調哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)活性，抑制細胞生長mTOR蛋白是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，它以mTORC1和mTORC2兩種復合體形式存在，mTOR抑制劑通過阻斷細胞周期、促進腫瘤細胞凋亡和自噬并抑制腫瘤血管的生成，從而抑制腫瘤生長，但在大多數腫瘤細胞卻出現異常調節[6]。活化的mTOR主要通過磷酸化核糖體蛋白S6激酶(S6K)和真核細胞翻譯啟始因子(4E-BP1)來控制細胞生長，二者是蛋白翻譯的起始因子。S6K在多種人類腫瘤中呈高表達，高表達S6K的腫瘤預后較差[7]。4E-BP1經mTOR作用發生磷酸化后，解除了翻譯起始的抑制作用，并減少腫瘤細胞凋亡，同時促進細胞周期蛋白D1、缺氧誘導因子1、血管內皮生長因子等一組促進細胞生長關鍵蛋白的翻譯，促進細胞周期進展和血管生成，而這些都可成為形成腫瘤的成因。此外，在缺氧、營養匱乏等應激下，LKB1依賴的激活AMPK，活化的AMPK還可以磷酸化結節性硬化癥復合物(TSC1-TSC2)，TSC復合物可抑制小GTP酶Rheb而抑制mTORC1的活性[8]。mTOR的調控結合蛋白(raptor)被確定為AMPK下游直接底物，raptor的磷酸化在AMPK激活后下調mTOR活性和G2/M阻滯的過程中是必須的[9]。在能量壓力下，LKB1-AMPK還可以直接磷酸化TSC2 和raptor 來抑制mTORC1活性。上述研究表明，LKB1通過激活其直接底物AMPK對mTOR通路發揮負向調控。

2.3LKB1通過細胞周期素依賴性激酶抑制因子(P21，P27)負向調控細胞周期LKB1可以穩定體內抑癌基因P53，直接參與P53的靶基因P21/WAF1激活過程。將LKB1融合到缺陷型P53可以提高P21/WAF1的激活，使細胞周期阻滯于G1期，抑制了細胞的增生[10]，相反，LKBI缺失或降低表達則伴隨著P21/WAF1水平下調，表明LKB1通過促進腫瘤細胞進入凋亡程序來抑制腫瘤細胞的增殖。有研究證明P27也是AMPK的底物，AMPK在調節P27能量脅迫時自噬和凋亡的選擇中起重要作用[10]。

2.4LKB1參與其他信號通路的調節蛋白激酶B (Akt/PKB)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，被認定為是一種癌基因。LKB1通過激活AMPK，負向調節Akt/PKB信號通路，使其具有抑制腫瘤血管生成及轉移的作用。LKB1通過抑制Akt的表達阻斷此基因的致癌作用，還能阻斷此通路上游多種相關聯的致癌基因，影響腫瘤的發生發展[11]。Smad是轉化生長因子β(TGF-β)的轉錄調節因子，LKB1與LIP1結合后，與Smad4形成LKB1-LIP1-Smad4三聚體，調節TGF-β信號轉導通路[12]。張力蛋白同源基因(PTEN)是第一個具有雙特異性磷酸酶活性的抑癌基因。有研究發現：在肺腺癌細胞株A549細胞中過表達LKB1，可使PTEN mRNA表達增加。3、4、5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)是促進細胞增殖的第二信使，PTEN具有磷酸酯酶的功能，可分解PIP3，說明LKB1可能參與PTEN信號通路的調節抑制細胞生長[13]。LKB1和PTEN共同作用可調節上皮間質轉化(EMT)來抑制腫瘤的轉移，相反LKB1的缺失會增進腫瘤細胞的EMT，促進腫瘤轉移[14]。

3　LKB1與腫瘤的關系

3.1LKB1與肺癌LKB1的突變見于各種病理類型的肺癌，并且與肺癌的發生發展以及肺癌的分化、轉移關系密切[15]。有研究表明，在非小細胞肺癌[16]和肺腺癌[17]中，LKB1的低表達能夠促進腫瘤的淋巴結轉移，提高肺癌的分期，提示不良預后。生存素基因(Survivin)是抑制細胞凋亡基因，LKB1的低表達和Survivin的高表達可能與肺癌的發生、轉移有關；LKB1有利于輔助診斷肺癌的臨床分期；而Survivin更利用在區分腫瘤病理類型和分化程度[18]。Liang等[19]以肺腺癌細胞株A549為研究對象，通過LKB1基因轉染至A549肺癌細胞后，發現LKB1的高表達通過降低轉錄因子SP1的表達導致VEGF的表達下調，從而抑制肺癌細胞的侵襲能力。另一項研究以大細胞肺癌細胞株95D為研究對象，通過建立沉默LKB1細胞模型，認為LKB1表達下調促進肺癌細胞的增殖活性，但對肺癌細胞的凋亡影響不明顯[20]。Safe等[21]研究也證實，LKB1突變所致的功能缺失，導致了SP1和VEGF表達水平的升高，促進肺癌新生血管形成，從而促進了腫瘤的轉移；同時，LKB1在低轉移性的大細胞肺癌中表達較高，而在高轉移性的肺腺癌細胞中表達較低。

3.2LKB1與胃癌李利義等[22]通過研究LKB1和VEGF-C在70例人胃癌組織中的表達，發現LKB1在胃癌組織中的表達顯著低于正常組織；VEGF-C在胃癌組織中的表達顯著高于正常組織，LKB1表達與VEGF-C表達呈顯著負相關；胃癌組織中LKBI和VEGF-C的表達水平與腫瘤的組織分化程度、腫瘤浸潤深度、淋巴結轉移及TNM分期顯著相關(P<0.05)。徐新宇等[23]通過檢測115例胃癌組織、20例正常胃組織中LKB1和P53的表達證實：胃癌組織中LKB1及P53表達具有負相關性，LKB1和P53在胃癌組織中的表達程度與胃癌的TNM分期、淋巴結轉移、Lauren分型及預后有關(P<0.05)；LKB1和P53通過調節腫瘤細胞的增殖、分化和凋亡，調控胃癌的發生、發展。孫俊杰[24]分別應用熒光定量 PCR檢測胃癌高分細胞株 MKN-28、低分化細胞株MKN-45、正常人胃上皮細胞GES-1的 mRNA和蛋白表達情況,以及實時熒光定量PCR方法檢測155例胃癌患者和95例正常胃組織的石蠟標本，結果證明：LKB1的表達與胃癌的組織分化程度、TNM臨床分期明顯相關，提示LKB1mRNA低表達可能胃癌預后不良。3.3LKB1與乳腺癌有研究報道認為在乳腺癌中同樣存在著LKB1的缺失、突變。沈贊等[25]分別通過構建LKB1表達質粒，轉染至該基因低表達的乳腺癌細胞株MDA-MB-435細胞中，并檢測LKB1在121例乳腺癌手術標本的表達，認為轉入該基因能顯著抑制乳腺癌的生長，其抑制作用與P21介導的G1期細胞阻滯相關，并且LKB1與乳腺癌的預后差顯著相關。莊志剛等[26]應用RNA干擾技術建立LKB1沉默乳腺癌細胞模型，發現LKB1沉默后乳腺癌細胞增殖明顯加快，表明LKB1的表達下調對乳腺癌細胞的惡性生物學行為具有促進作用。進一步應用LKB1轉染的MDA-MB-435乳腺癌細胞，發現轉染后的腫瘤細胞中基質金屬蛋白酶2，9(MMP-2、MMP-9)和VEGF、堿性成纖維細胞生長因子(b-FGF)的表達下降，MMP是血管生成最初的調節因子，VEGF被證實在乳腺癌有較高表達，提示LKB1可能降低乳腺癌細胞的血管生成能力[27]。繼續通過組織芯片及免疫組織化學法對180例乳腺浸潤性導管癌、18例導管原位癌及20例正常乳腺組織中 LKBI、細胞角蛋白56(CK56)和P53 等基因的表達進行檢測，證明LKBl與乳腺浸潤性導管癌的淋巴結轉移呈負相關，提示LKB1對乳腺癌的浸潤與轉移過程有抑制作用[28]。以上研究表明，LKB1與乳腺癌的發生、發展以及乳腺癌的分化、轉移關系密切。

3.4LKB1與其他腫瘤有學者將LKB1過表達質粒轉染至人胰腺癌細胞ASPC-1，并與空載體及LKB1過表達的細胞株相比較，發現LKB1可能通過磷酸化激活AMPK信號通路抑制人胰腺癌細胞ASPC-1的上皮間質轉化，降低細胞遷移侵襲能力[29]。Gu等[30]通過對食管癌的研究發現：LKB1蛋白在食管癌組織中的表達下降，而且LKB1的低表達與食管鱗癌的浸潤、轉移密切相關。黃約翰等[31]研究證實LKB1的表達與肝細胞性肝癌的分化程度，TNM分期，門靜脈侵襲有關(P<0.05)。LKB1陽性表達的肝細胞性肝癌患者生存時間比陰性表達的顯著延長(P<0.05)。

4　結語和前景

LKB1作為一個重要的抑癌基因參與的信號通路和調節靶點被逐漸發現和分析，但是目前對LKB1的研究還處于起步階段，其生物學功能、LKB1相關蛋白的相互作用以及蛋白的磷酸化作用尚未得到全面的揭示。應用不斷更新的生物醫學技術和方法，并結合現有的科研成果以及臨床樣本分析，相信對LKB1抑癌機制的研究會不斷加深，LKB1作為抑癌基因中的一員，可能為基因治療腫瘤提供一個重要的選擇。

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(本文編輯：黃攸生)

1. 200052上海，解放軍85醫院口腔科； 2. 100048北京，解放軍海軍總醫院肝膽外科

陳貴敏，E-mail：chengm196009@sina.com

R730.2;Q754

A

10.3969/j.issn.1672-271X.2016.04.022

2016-06-12；

2016-06-24)

引用格式：柏書博,王敬晗,陳貴敏.抑癌基因LKB1與腫瘤關系的研究進展[J].東南國防醫藥，2016,18(4):408-410,414.