胰島素受體酪氨酸激酶底物生物學(xué)功能的研究進展

拜蘇揚，任茜，劉征，楊曉艷，陳兆峰，王玉平，周永寧

(蘭州大學(xué)第一醫(yī)院·甘肅省胃腸病重點實驗室，蘭州730000)

胰島素酪氨酸激酶底物(IRTKS)是一種胰島素受體底物，是逆向-二重-兩性蛋白-RVS(I-BAR)超家族成員之一。其基因最早由人類國家基因組南方研究中心(上海)于2001年在對腦垂體-下丘腦-腎上腺內(nèi)分泌系統(tǒng)進行大規(guī)模的表達序列標(biāo)簽測序過程中，經(jīng)電子克隆得到新基因，位于染色體7q21.3～q22.1，全長108 310 bp。IRTKS蛋白相對分子質(zhì)量約57 kDa，由511個氨基酸殘基組成，主要功能區(qū)有IMD結(jié)構(gòu)域、SH3結(jié)構(gòu)域及3個富含脯氨酸的區(qū)域[1,2]。IRTKS在腦組織、脾臟等幾無表達，而在臍帶、肺、胃、肝臟、心臟、卵巢等組織中高表達。IRTKS屬于BAR結(jié)構(gòu)域家族，與家族經(jīng)典成員IRSp53有約40%的同源性[1]，也被稱為BAI1聯(lián)合蛋白2同型1。該家族以擁有IMD結(jié)構(gòu)域為標(biāo)志性特征。IMD結(jié)構(gòu)域可以與肌動蛋白和脂質(zhì)結(jié)合，調(diào)節(jié)細胞骨架裝配和細胞膜突起形成，參與機體多種生理病理進程，發(fā)揮其生物學(xué)功能。本文就IRTKS在機體的生物學(xué)功能研究進展作一綜述。

1 IRTKS與腫瘤

1.1 IRTKS抑制腫瘤細胞凋亡 研究表明，IRTKS主要通過兩種途徑抑制腫瘤細胞凋亡。一方面通過影響半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶3(Caspase-3)依賴的細胞凋亡途徑抑制腫瘤細胞凋亡。Caspase-3是細胞凋亡過程中的重要執(zhí)行分子之一，有無活性前體、活化型、分裂型三種狀態(tài)。在外界信號刺激下無活性的前體Caspase-3被激活為活化型Caspase-3，其活化是細胞凋亡進入不可逆階段的標(biāo)志[3，4]。Caspase-3最主要的底物是多聚ADP-核糖聚合酶(PARP)。在細胞凋亡啟動時，PARP被活化型Caspase-3剪切成兩個片段，正常功能被抑制，引起細胞凋亡[5]。Chao等[6]研究發(fā)現(xiàn)，卵巢癌細胞經(jīng)過紫外線照射或順鉑處理24 h后，IRTKS表達下調(diào)，促進分裂型Caspase-3和分裂型PARP水平明顯升高。說明IRTKS表達下調(diào)后通過影響Caspase依賴的凋亡途徑促進腫瘤細胞凋亡。

除影響caspase依賴的細胞凋亡途徑，IRTKS還能通過影響抑癌基因p53的活性抑制細胞凋亡。Wang等[7]通過實驗證實，在正常生理狀態(tài)下，IRTKS通過IMD結(jié)構(gòu)域直接與p53、MDM2相互作用增強低濃度的鼠雙微體基因2(MDM2)介導(dǎo)的p53泛素化，進而抑制p53誘導(dǎo)的細胞凋亡并降低p53的轉(zhuǎn)錄活性。但在應(yīng)激狀態(tài)下，IRTKS與p53分離，并且被p53活化誘導(dǎo)的高濃度MDM2誘導(dǎo)發(fā)生多聚泛素化進而降解。

1.2 IRTKS促進腫瘤細胞增殖 Wang等[8]檢測了68個肝細胞癌(HCC)患者癌組織和14種HCC細胞株的IRTKS mRNA表達，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HCC組織IRTKS mRNA表達高于癌旁非腫瘤肝組織，而且大部分HCC細胞中的IRTKS基礎(chǔ)水平也明顯偏高。臨床病理統(tǒng)計結(jié)果顯示，HCC患者IRTKS表達量與腫瘤的大小相關(guān)，同時也與HCC患者發(fā)病年齡相關(guān)。Wang等[8]進一步研究發(fā)現(xiàn)，IRTKS過表達能夠促進HCC細胞增殖和克隆形成。而IRTKS主要通過兩個途徑促進HCC細胞增殖，一方面IRTKS能夠通過促進腫瘤細胞進入S期促進HCC細胞增殖；另一方面IRTKS作用于與細胞增殖相關(guān)的表皮生長因子受體(EGFR)/細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)信號通路，IRTKS通過與EGFR相互作用，對ERK信號通路起正性調(diào)控作用。

1.3 IRTKS促進腫瘤細胞侵襲 腫瘤細胞侵犯臨近組織器官的過程中的一個重要環(huán)節(jié)是腫瘤細胞與臨近組織器官細胞膜之間的融合。Oikawa等[9]的研究表明，銜接蛋白Tks5參與調(diào)控癌細胞形成侵襲性偽足，進而誘導(dǎo)破骨細胞相互融合及破骨細胞與癌細胞之間的融合。IRTKS含有IMD結(jié)構(gòu)域，參與細胞膜突起的形成。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，IRTKS與Tks5兩個不同的SH3結(jié)構(gòu)域有相互作用。進而推測IRTKS可能是Tks5誘導(dǎo)破骨細胞融合的重要調(diào)控者之一。

1.4 IRTKS促進腫瘤細胞遷移與轉(zhuǎn)移 Chen等[10]通過細胞劃痕實驗觀察IRTKS過表達和低表達的HT1080穩(wěn)定細胞株的遷移能力，結(jié)果顯示IRTKS過表達的細胞遷移速度最快，IRTKS正常表達的細胞次之，而IRTKS低表達的細胞最慢。在利用小干擾RNA干擾類固醇受體輔助活化因子(Src)后，高表達IRTKS的細胞遷移速度顯著下降。后續(xù)實驗中，用胰島素刺激使IRTKS表達水平提高，同時用Src的抑制劑使Src激酶活性下降，發(fā)現(xiàn)IRTKS磷酸化水平顯著提高。證實Src介導(dǎo)IRTKS磷酸化能夠促進細胞遷移。

Williams等[11]在人膀胱移行細胞癌細胞SW780中利用熒光原位雜交檢測確定了1個t(4;7)易位，該斷裂點包括4號染色體上的成纖維細胞生長因子受體3(FGFR3)和7號染色體上的IRTKS。Nakanishi等[12]也在膀胱癌患者和肺癌患者中找到了FGFR-IRTKS融合基因，并深入研究了此融合基因的致癌潛力，結(jié)果表明FGFR3-IRTKS激活細胞生長信號通路如MAPK通路，并抑制腫瘤抑制信號通路如p53、RB1、CDKN2A通路，同時也能促進腫瘤細胞轉(zhuǎn)移。

2 IRTKS與細胞形態(tài)

IMD結(jié)構(gòu)域是由多個α螺旋組成，可結(jié)合肌動蛋白促進纖維肌動蛋白的裝配，還可以與Ras相似物GTP酶Rac結(jié)合誘導(dǎo)細胞膜形態(tài)學(xué)改變，參與板狀偽足形成[13]。IRTKS作為一種細胞支架蛋白，其生物學(xué)功能主要通過IMD和SH3結(jié)構(gòu)域與其他蛋白質(zhì)等結(jié)合發(fā)揮調(diào)節(jié)功能。

李婷婷等[14]通過細胞免疫熒光實驗研究受條件表達誘導(dǎo)劑DOX調(diào)控的高表達IRTKS的穩(wěn)定細胞株HT1080，發(fā)現(xiàn)與IRTKS正常表達細胞株相比，其細胞形態(tài)變得更加鋪展，纖維狀肌動蛋白出現(xiàn)絲狀聚集，同時細胞出現(xiàn)了板狀偽足。該研究證實IRTKS能夠促進細胞板狀偽足的形成。

3 IRTKS與代謝

Huang等[15]構(gòu)建了IRTKS缺陷小鼠，與正常小鼠相比，其空腹血糖水平與血清胰島素水平明顯增高，同時出現(xiàn)葡萄糖不耐受和胰島素敏感性下降的現(xiàn)象；而在給予外源性IRTKS之后，IRTKS缺陷小鼠胰島素抵抗現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)。證明IRTKS缺乏會導(dǎo)致胰島素抵抗。為深入研究IRTKS缺乏導(dǎo)致胰島素抵抗的機制，Huang等[15]進一步研究證實，IRTKS受到胰島素刺激后發(fā)生了明顯的酪氨酸磷酸化。進一步研究證明IRTKS作為胰島素受體適配器，通過調(diào)節(jié)胰島素受體的磷酸化進而調(diào)控IR-IRS1- PI3K-AKT信號通路，最終實現(xiàn)對血糖的調(diào)節(jié)。證實IRTKS與機體血糖的調(diào)節(jié)有密切關(guān)系，且研究還檢測到2型糖尿病小鼠的脂肪組織和肝組織中IRTKS表達降低，推測IRTKS很可能參與了2型糖尿病的發(fā)病。

4 IRTKS與免疫

Xia等[16]研究發(fā)現(xiàn)，IRTKS-/-小鼠抗RNA病毒反應(yīng)明顯增強。后續(xù)研究進一步證明，IRTKS能夠通過調(diào)節(jié)RIG-Ⅰ-MAVS通路進而抑制抗RNA病毒免疫反應(yīng)。Poly C結(jié)合蛋白2(PCBP2)隸屬于核不均一核糖核蛋白家族，能特異性結(jié)合富含胞嘧啶的RNA片段參與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，與microRNA、蛋白相互作用，并且參與多種病毒RNA復(fù)制，調(diào)控機體抗病毒免疫反應(yīng)。RNA病毒感染后，IRTKS能夠聚集E2連接酶Ubc9促使細胞核內(nèi)的PCBP2小泛素樣修飾蛋白(SUMO)化，SUMO化的PCBP2出核定位于細胞質(zhì)，與線粒體抗病毒信號蛋白(MAVS)相互作用引起MAVS降解，削弱抗病毒免疫應(yīng)答。IRTKS通過促進PCBP2 SUMO化介導(dǎo)的MAVS降解對抗病毒免疫反應(yīng)起負性調(diào)控作用。

5 IRTKS與胚胎

Chou等[17]發(fā)現(xiàn)，IRSp53基因敲除的小鼠胚胎表現(xiàn)出發(fā)育遲緩、少趾畸形和皮下水腫等多效性表型，且多有明顯的心臟發(fā)育缺陷和胎盤形態(tài)學(xué)及功能異常，60%死于妊娠晚期。表明IRSp53是小鼠胚胎發(fā)育的重要影響因素。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)IRSp53和IRTKS雙陰性的小鼠生存能力顯著下降，僅為2.7%。IRSp53和IRTKS同時缺失會導(dǎo)致比單獨IRSp53缺失更為嚴重的胚胎致死性。表明IRTKS和IRSp53之間存在著潛在遺傳學(xué)相互作用，共同調(diào)節(jié)正常的胚胎和胎盤發(fā)育，是胚胎正常發(fā)育不可或缺的輔助因素。

6 IRTKS與腸出血性大腸桿菌(EHEC)

大腸桿菌是人類和大多數(shù)溫血動物腸道中的正常菌群，一般不致病，但也有某些血清型的大腸桿菌可致病，如EHEC。EHEC是出血性結(jié)腸炎和溶血性尿毒癥綜合征的病原體，主要致病類型是O157∶H7血清型。

EHEC感染機體后，進入腸道黏附于腸上皮細胞，在這個過程中發(fā)生黏附/脫落(A/E)損傷，啟動了O157:H7的致病過程。研究證實，IRSp53和IRTKS在EHEC O157∶H7致病機制中起重要作用[18]。EHEC TirC端的Asn-Pro-Tyr(NPY)序列可以被IRTKS N端的I-BAR結(jié)構(gòu)域識別并結(jié)合，隨后IRTKS的SH3結(jié)構(gòu)域可被內(nèi)膜素受體偶聯(lián)細胞骨架蛋白C端的一段富含脯氨酸的重串聯(lián)復(fù)序列PxxP識別后結(jié)合，在宿主細胞內(nèi)，EspFU N端的疏水性片段與N-WASP的GBD位點結(jié)合激活N-WASP，形成1個由IRTKS/IRSp53的SH3結(jié)構(gòu)域、EspFU及N-WASP的GBD位點組成的三元復(fù)合體，進一步激活A(yù)rp2/3誘導(dǎo)肌動蛋白聚集裝配，形成細菌定植的肌動蛋白基座，最終發(fā)生A/E損傷[19]。

綜上所述，目前對IRTKS生物學(xué)功能的研究主要包括其能促進腫瘤細胞的增殖、侵襲和遷移及抑制腫瘤細胞凋亡，調(diào)控細胞膜形態(tài)變化，參與胰島素代謝通路的調(diào)節(jié)，而且IRTKS還能負調(diào)控抗RNA病毒免疫應(yīng)答及參與腸出血性大腸桿菌的致病機制。此外，IRTKS和IRSp53通過潛在遺傳學(xué)相互作用，共同調(diào)節(jié)胚胎正常發(fā)育。已有報道從多角度對IRTKS進行分析研究，證實IRTKS的生物學(xué)功能多樣，但其發(fā)揮功能的內(nèi)在分子機制還有待于深入研究。

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