針對人PTEN基因異常腫瘤個體化治療的分析

茅衛(wèi)鋒，趙 茜，關家偉 （大連醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院，遼寧大連116044）

針對人PTEN基因異常腫瘤個體化治療的分析

茅衛(wèi)鋒，趙 茜，關家偉 （大連醫(yī)科大學基礎醫(yī)學院，遼寧大連116044）

PTEN基因是一個具有雙重特異磷酸酶活性的抑癌基因，可影響細胞周期調(diào)控和細胞增殖．異常PTEN可導致PI3K通路失調(diào)，細胞異常增殖．多種腫瘤中可檢測到異常的PTEN突變．最近的研究顯示，除了在PI3K通路中的作用外，PTEN還具有DNA損傷修復等其它生物學功能，PTEN缺陷腫瘤細胞對DNA損傷藥物敏感．因此，針對PTEN基因異常腫瘤可采取PI3K抑制劑、DNA損傷化療藥物等治療方法聯(lián)合使用的個體化治療策略，本文對人PTEN基因異常腫瘤的個體化治療進行初步分析．

PTEN基因；抑癌基因；PI3K信號通路；DNA修復；抗腫瘤藥物

0 引言

PTEN（phosphatase and tensin homolog）作為一種抑癌基因，在人類多種癌癥中如子宮癌、肺癌、前列腺癌、乳腺癌等癌癥中都具有非常高的突變頻率．PTEN基因在細胞生長、凋亡、粘附、遷移、浸潤等方面也具有重要作用．PTEN的脂磷酸酶酶活性將細胞膜上PIP3去磷酸化成PIP2，進而拮抗磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）信號通路．隨后的研究發(fā)現(xiàn)，PTEN不但在細胞質中具有重要作用，還能通過多種修飾調(diào)節(jié)作用進入細胞核，核內(nèi)的PTEN在調(diào)節(jié)細胞周期、維持染色體組的穩(wěn)定性及在DNA損傷修復中都具有重要作用．本文概述了PTEN基因結構和PTEN蛋白翻譯后修飾對其功能的影響；其次總結了PTEN在PI3K信號通路和DNA損傷修復中的功能，并分析了PTEN異常腫瘤中的個體化治療策略．

1 PTEN基因結構

PTEN是一種抑癌基因，位于人染色體10q23．3［1］．PTEN最初于1997年被報道，隨后的研究發(fā)現(xiàn)PTEN基因與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有密切關系，同時在細胞生長、凋亡、粘附、遷移、浸潤等方面也具有重要作用［2-4］．PTEN基因全長200 kb，其中包含9個外顯子和8個內(nèi)含子，轉錄出的mRNA長5．5 kb，cDNA長1212 bp，編碼了一個含有403個氨基酸的蛋白，可得到一個相對分子質量約為55 kD的蛋白［5］．該蛋白含有一個磷酸酶結構域，是其主要的活性區(qū)域，位于N-端的190個氨基酸；一個C2結構域，該結構域能夠介導PTEN與脂的結合和膜定位，同時可維持PTEN的穩(wěn)定性；C端50個氨基酸尾區(qū)含蛋白相互作用區(qū)（PDZ），參與蛋白間的結合和相互作用，調(diào)控PI3K去磷酸化．

2 PTEN翻譯后修飾

PTEN蛋白在細胞質中的翻譯后修飾包括泛素化、小泛素化、磷酸化、乙酰化等［6-7］．CREB結合蛋白（CREB-binding protein，CBP）可乙酰化 PTEN蛋白Lys402，而P300／CBP相關因子［p300／CREB-binding protein（CBP）-associated factor，PCAF］作為一種重要的組蛋白乙酰轉移酶，可促進Lys125和Lys128兩位點的乙酰化，乙酰化的PTEN降低了其磷酸酶活性［8］．PTEN的磷酸化位點包括 Ser299，Thr321，Tyr336，Thr366，Ser370，Ser380，Thr382，Thr383，Ser385等［9］，這些特定位點的磷酸化、調(diào)節(jié)PTEN的活性及穩(wěn)定性．RAK蛋白是SRC家族成員，對乳腺癌具有抑制作用．RAK的抑癌作用主要是通過調(diào)節(jié)PTEN翻譯后修飾實現(xiàn)，RAK可以磷酸化PTEN蛋白的Tyr336氨基酸，抑制E3泛素化連接酶NEDD4-1介導的PTEN降解途徑，因此維持了PTEN在細胞質中的穩(wěn)定性，從而起到了抑癌作用［10］．

泛素化修飾的PTEN對于維持其穩(wěn)定性，促進其在細胞核中的定位具有重要意義．PTEN泛素化主要包含兩個位點，一個是Lys13，另一個為Lys289．這兩個位點在多聚泛素化作用時啟動了蛋白降解途徑，而在單泛素化修飾時則增強了PTEN蛋白的穩(wěn)定性，同時，促進了PTEN進入細胞核，實現(xiàn)PTEN在細胞核內(nèi)的作用．這種PTEN蛋白的多聚泛素化和單泛素化作用共同維持了細胞質中和細胞核中PTEN蛋白的穩(wěn)定，同時也維持了PTEN在細胞質中的表達量．研究［9］顯示，除了泛素化修飾的PTEN外，小泛素化修飾也可實現(xiàn)PTEN在細胞核中的定位．PTEN的小泛素化位點包括Lys254和Lys266．兩位點被小泛素化修飾時，可以促進PTEN的進核，當兩位點突變時，細胞核中的PTEN量顯著降低．PTEN蛋白翻譯后修飾影響PTEN細胞內(nèi)定位和功能．

3 PTEN在PI3K信號通路中的功能和個體化治療策略的分析

PTEN脂磷酸酶活性在拮抗PI3K信號通路中的功能已被深入研究．在PI3K通路中，PI3K脂質激酶將細胞膜上脂質受體磷脂酰肌醇4，5-二磷酸（PIP2）轉變?yōu)榱字＜〈?，4，5-三磷酸（PIP3）．PIP3作為第二信使結合包含PH結構域的蛋白，例如AKT，活化的AKT可激活下游蛋白，調(diào)節(jié)細胞的生長、分裂、凋亡等．PTEN通過對PIP3的3’端去磷酸化，阻斷PI3P下游AKT信號通路，從而抑制細胞增殖．PTEN缺陷導致細胞膜上PIP3積累，下游AKT／mTOR信號通路持續(xù)激活，細胞異常增殖．有研究報道PI3K通路靶向藥物，包括PI3K抑制劑BKM120，AKT／mTOR通路的抑制劑西羅莫司 （temsirolimus），雷帕霉素 （rapamycin）等針對PTEN缺陷細胞有較明顯的治療效果［11］．有研究顯示PTEN野生型細胞中，PI3K的p110α和p110β亞基都參與PIP3信號通路；而PTEN缺陷的細胞主要依靠p110β亞基在 PIP3信號通路中起作用，因此針對p110β亞基的特異性抑制劑為PTEN缺陷腫瘤細胞的潛在治療靶點［12］．然而，并非所有PI3K通路靶向藥物對PTEN缺陷細胞都有顯著療效．Her2陽性乳腺癌患者可采用一種曲妥珠單抗（trastuzumab）的靶向治療藥物，該藥物是Her2的單克隆抗體，能夠特異性與Her2結合，阻斷PI3K通路中酪氨酸激酶，從而達到治療作用．曲妥珠單抗對約35%的Her陽性的乳腺癌患者有效，5%的患者出現(xiàn)了嚴重的副作用，40%左右的患者出現(xiàn)了其他不良癥狀．有研究表明，曲妥珠單抗激活PTEN，通過限制Src酪氨酸激酶的活性抑制PTEN的磷酸化，保證了PTEN的磷酸酶活性，實現(xiàn)了抗腫瘤作用．因而在PTEN功能缺失的乳腺癌患者中，曲妥珠單抗的作用明顯降低［13］．因此，針對腫瘤細胞中PTEN的異常，即使在選用靶向PI3K通路的抑制劑也需要針對PTEN突變的情況而采用不同的個體化治療策略．

4 PTEN在DNA損傷修復中的功能和個體化治療策略的分析

PTEN在DNA損傷修復和維持基因組穩(wěn)定方面有重要作用，并且其DNA損傷修復的功能不依賴于磷酸酶活性．PTEN與組蛋白H1結合維持基因組穩(wěn)定，還有研究報道顯示PTEN和核內(nèi)CENP-C蛋白結合保護細胞在有絲分裂時染色體穩(wěn)定，此外，PTEN在核內(nèi)通過 cyclin D1控制細胞周期生長及結合APC-CDH1增強其活性［14-15］．PTEN缺陷細胞顯示出DNA修復能力降低，并對DNA損傷類腫瘤藥物敏感．有報道顯示PTEN缺陷，乳腺癌細胞中Rad51表達下調(diào)，同源重組修復能力降低，對順鉑等DNA損傷藥物敏感［15］．PTEN在DNA損傷修復中的作用和其核內(nèi)定位密切相關，并且受到翻譯后修飾的調(diào)控，如PTEN的泛素化和小泛素化影響其入核能力，因此針對這些翻譯后修飾位點異常PTEN突變的腫瘤細胞，可嘗試應用DNA損傷類化療藥物或放射治療方法．

多聚腺嘌呤核糖聚合酶［poly（ADP-ribose）polymerase，PARP］在DNA損傷修復中有修飾DNA修復因子，參與DNA修復的重要作用，因而PARP抑制劑在臨床上應用于BRCA1和BRCA2缺陷的乳腺癌和卵巢癌細胞的治療［16］．由于PTEN缺失會導致細胞同源重組修復能力降低，有研究顯示在PTEN缺失細胞中抑制多聚腺嘌呤核糖聚合酶會導致協(xié)同性致死（synthetic lethality）［17］．有臨床報道顯示，BRCA1／BRCA2正常但PTEN缺陷的子宮內(nèi)膜細胞對PARP抑制劑olaparib敏感［18］．盡管PARP1針對PTEN異常腫瘤的作用機制仍需進一步研究，PARP1抑制劑已逐漸成為治療DNA同源重組修復異常腫瘤的一種前景藥物．

5 針對PTEN異常腫瘤治療展望

PTEN基因是人類腫瘤組織中缺失和突變率很高的抑癌基因，近年來國內(nèi)外醫(yī)學界關于PTEN基因各方面都研究得很多，PTEN作為一個重要的“節(jié)點”不僅在細胞生長信號通路中起作用，而且在很多生物學行為中起關鍵作用．針對PTEN異常腫瘤尋找能夠協(xié)同作用的靶點，調(diào)節(jié)PTEN細胞內(nèi)定位、調(diào)節(jié)PTEN轉錄和翻譯后修飾的藥物都是PTEN異常腫瘤個體化治療的研究方向．針對腫瘤患者PTEN基因情況，采用特定的診斷、治療和預后判斷方法，并采用特定的PI3K抑制劑和DNA損傷化療藥物的個體化治療為前景較好的PTEN異常腫瘤臨床治療方案．

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《轉化醫(yī)學電子雜志》征訂啟事

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Analysis of individual therapeutic strategies in the treatment of tumors with PTEN mutants

MAO Wei-Feng，ZHAO Qian，GUAN Jia-Wei

Basic Medical College of Dalian Medical University， Dalian 116044，China

PTEN is a tumor suppressor gene characterizing with dual phosphatase activities，which can affect cell cycle regulation and cell proliferation．Aberrant PTEN results in dis-regulation of PI3K cascade pathway and abnormal cell proliferation．Coincidently，PTEN mutants were detectable in various types of cancers．Besides of its effect in PI3K pathway，recent reports demonstrate PTEN also functions in DNA repair and other biological activities；while PTEN deficient tumor cells are sensitive to DNA damage drugs．Thus，PI3K inhibitors and DNA damage drugs can be combined to target tumor cells with different PTEN mutants，which would be a promising personalized therapy．This paper primarily analyzes the individual therapeutic strategies to tumors with PTEN mutants．

PTEN；tumor suppressor gene；PI3K pathway；DNA repair；antitumor drug

R392．12

A

2095-6894（2017）05-74-03

2016-10-24；接受日期：2016-11-12

國家自然科學基金資助項目（81201563，31371254）

茅衛(wèi)鋒．副教授．E-mail：maoweife＠hotmail．com