PFN2基因在惡性腫瘤中的研究進展*

侯曉貞 綜述，任鐵軍 審校

(1.新鄉醫學院研究生院，河南新鄉 453000；2.河南省洛陽市中心醫院腫瘤內科 471000)

肌動蛋白結合蛋白(Profilin)分子量為12～15×103，最初從小牛胸腺中分離出來，隨后在阿米巴、酵母、蒼蠅和植物中均被發現[1]。盡管Profilin最初被鑒定為G-肌動蛋白(G-actin)隔離蛋白，但近來研究表明，Profilin既可通過隔離G-actin來抑制肌動蛋白細絲的自發成核/聚合，并通過與EnA/VASP、Formins和依賴Arp2/3的WASP/WAVE家族相互作用來促進肌動蛋白細絲的成核和伸長，與多種肌動結合蛋白相互作用，成為肌動蛋白動力學的關鍵調節因子[2]。另一方面，Profilin還可通過催化二磷酸腺苷(ADP)到三磷酸腺苷-G肌動蛋白(ATP-G-actin)的交換，將G-actin上的ADP-ATP交換加速1 000倍，從而補充細胞中的三磷酸腺苷-肌動蛋白(ATP-actin)池[3]。除了加速肌動蛋白單體上的核苷酸交換外，在封閉蛋白解離后，Profilin還可以促進自由端的細絲伸長，游離的細絲末端與肌動蛋白結合域締合，而與其結合的肌動蛋白被釋放并添加到細絲中，通過這種機制，Profilin可以使肌動蛋白單體轉移到細絲中，并促進肌動蛋白聚合[1]。除了肌動蛋白、多聚脯氨酸和磷脂酰肌醇結合結構域之外，Profilin還可能影響微管動力學，從而在調節細胞骨架整合方面發揮重要作用[3]。

雖然Profilin家族在進化上高度保守的，但不同物種之間和來自同一生物體的不同Profilin之間的序列同源性卻很低。Profilin-1(PFN1)和Profilin-2(PFN2)作為哺乳動物細胞中最常見的Profilin，顯示出相似的肌動蛋白單體結合特性。細胞的生命活動，如運動、分裂和內吞都依賴于肌動蛋白細胞骨架的動態重塑，PFN2作為一種肌動蛋白單體，可以調節肌動蛋白的聚合動力學，導致細胞骨架發生變化，從而積極參與多種生物體的發育的早期階段、細胞生長和運動等幾個生物學過程[4]。近年來的腫瘤學研究表明，異常表達的PFN2基因參與人體多種器官、組織腫瘤的形成和發展過程，可能參與了惡性腫瘤細胞的增殖、凋亡、侵襲、轉移及腫瘤血管生成過程，并因所在組織和器官的不同而可能表現出癌基因或抑癌基因這兩種截然相反的作用。

1 Profilin家族的組成與主要功能

大多數低級真核生物，如酵母，只有1個編碼Profilin的基因。PFN1首先在牛非肌肉肌動蛋白的純化提取物中被鑒定為G-肌動蛋白結合蛋白[3]。目前為止，在哺乳動物中，Profilin家族由普遍表達的PFN1、腦特異的PFN2、睪丸特異的Profilin-3(PFN3)和Profilin-4(PFN4)組成,其中PFN1和PFN2是其主要亞型[5]。

PFN1在哺乳動物的所有胚胎階段均表達，存在于成年小鼠除骨骼肌之外的所有類型的細胞中，其可以調節細胞骨架重塑，是施萬(Schwann)細胞中板狀偽足形成所必需的，也是髓鞘形成的關鍵，從而在動作電位的傳播和神經系統的正常功能中起重要作用，而大腦中PFN1的失調可能導致精神異常[6]。最近的研究表明PFN1在肝細胞癌[7]、乳腺癌[8]中具有促凋亡作用，例如，PFN1通過抑制NF-κB和上調p53而使乳腺癌細胞對阿霉素、長春新堿和紫杉醇誘導的凋亡敏感[8]。

在羊膜動物中,已經鑒定了兩種可變剪接的PFN2變體(PFN2a和PFN2b),PFN2a是在神經元中表達的主要同種型，在小鼠海馬神經元中發現PFN2a通過調節肌動蛋白的穩定性來調節神經的發生，在大腦的發育中發揮了重要作用[6]。LI等[9]發現PFN2a也可通過p53途徑在肌原發育中起調控作用。JUNEJA等[10]研究提示PFN2在2型腓骨肌萎縮癥(Charcot-Marie-Tooth type 2 ，CMT2)發病機制和疾病進展中的作用，可作為CMT2的新生物標志物。LUSCIETI等[11]在小鼠腦中鑒定了PFN2 mRNA有1個功能保守的3′UTR鐵反應元件,PFN2蛋白是1種新的鐵調蛋白鐵相互作用轉錄本,改變膜運輸和內吞途徑的關鍵調節因子(如PFN2)的表達會改變細胞水平的鐵代謝，并影響身體鐵的動態平衡。PFN2最近被證明在來自不同組織(包括肺[12]、結直腸[13]和食管[14])的癌細胞遷移和增殖中起重要作用，PFN2的這些不同作用表明，它的表達不限于神經系統，還參與多種細胞生物學過程和細胞骨架的調節。PFN2b是一種罕見的亞型，其mRNA可在有限數量的成人組織(主要位于腎臟)中檢測到[6]。

2 PFN2在腫瘤中表達的臨床意義

PFN2蛋白的高表達與食管鱗狀細胞癌的浸潤深度和淋巴結轉移呈正相關，且是獨立的不良預后因素，提示PFN2可作為預后標志物的潛在價值[14]。JIANG等[15]發現PFN2在乳腺癌中表達上調，PFN2的上調可以增強體內和體外乳腺癌細胞的侵襲，且與不良預后相關。ZHAO等[16]研究發現敲除PFN2能夠抑制骨肉瘤細胞的遷移和侵襲能力。LIU等[17]通過生物信息學分析發現PFN2的高表達可能是頭頸部鱗癌總體生存率較差的有價值的預測指標。綜合看來，PFN2在腫瘤中的表達狀態與多種臨床病理因素具有明顯的相關性，這有望成為腫瘤治療和預后判斷的生物標志物。

3 PFN2基因在惡性腫瘤發生、發展中的作用

PFN2基因定位于第3號染色體25.1區域，KEGG數據庫(https://www.kegg.jp)分析表明，PFN2通過促進肌動蛋白聚合、應力纖維和板狀偽足的形成，從而促進細胞遷移。PFN2可能參與不同信號通路的調節，例如PI3K/Akt[18]和TGF-β/Smad[12]信號傳導通路，從而導致不同的生物學后果。其中，PFN2的表達在頭頸部鱗癌[18]、非小細胞肺癌[12]、乳腺癌[15]、食管癌[14]和骨肉瘤[16]中上調，與促進腫瘤細胞的侵襲和遷移相關。KIM等[13]研究表明，PFN2過表達可以誘導上皮間充質轉換(epithelial mesenchymal transition，EMT)從而增強HT29人結直腸干細胞的侵襲和遷移能力。然而ZHANG等[19]在轉移性結直腸癌中的研究卻發發現了相反的結果，即PFN2的低表達與結直腸癌中增強的EMT過程相關。PFN2在惡性腫瘤進展中主要發揮以下3方面作用。

3.1 影響腫瘤細胞增殖、凋亡及腫瘤干細胞的自我更新能力和干性

惡性腫瘤的發生是細胞過度增殖的結果。傳統的抗腫瘤藥物包括烷化劑、抗代謝類、鉑類及植物類藥物等則是基于細胞增殖周期中各時相(G1、S、G2、M期)的作用靶點不同來發揮抗腫瘤作用。TANG等[12]研究發現，PFN2過表達和敲低分別明顯增加和抑制非小細胞肺癌細胞的集落形成能力，PFN2通過表觀遺傳機制增強Smad2和Smad3的轉錄激活，從而激活TGF-β/Smad信號傳通路，而Smad2和Smad3過表達則補救了PFN2敲低對非小細胞肺癌細胞軟瓊脂集落形成的抑制作用。在ZHOU等[18]對頭頸部鱗癌的研究中，通過CCK-8實驗檢測中發現PFN2的敲低明顯減慢了頭頸部鱗癌細胞的增殖，隨后又利用克隆形成實驗對CCK-8實驗結果進行了補充，即克隆形成實驗顯示了在PFN2敲除的頭頸部鱗癌細胞中，其集落形成能力明顯較低。他們還發現PFN2的敲低抑制了其下游PI3K/Akt/β-catenin信號通路中Akt在Ser473和Thr308位點的磷酸化及β-catenin的表達，而在PFN2高表達的細胞頭頸部鱗癌中獲得了相反的結果；β-catenin在細胞質中的積累促進下游靶基因的轉錄，這些基因在細胞增殖、遷移和侵襲中至關重要，表明PFN2可能通過PI3K/Akt/β-catenin信號通路潛在地調節頭頸部鱗癌細胞的增殖。ZHAO等[16]在骨肉瘤細胞中轉染si-PFN2后，PFN2的mRNA和蛋白水平明顯降低，隨后通過MTT實驗探討了敲除PFN2對骨肉瘤細胞增殖的影響，結果顯示骨肉瘤細胞的增殖能力明顯減低。

細胞凋亡可以維持機體內環境穩定，保證了機體的健康，凋亡減弱與腫瘤的發生、發展和轉移密切相關。ZHOU等[18]使用RNA干擾技術，以shRNA干擾鱗癌頭頸部細胞中PFN2的表達，發現PFN2低表達明顯抑制由順鉑誘導的頭頸部鱗癌細胞的凋亡，這與其調節頭頸部鱗癌細胞增殖的能力是一致的。

腫瘤干細胞具有自我更新并多向分化和極強的致瘤能力，對腫瘤生長、轉移及復發有著重要作用。KIM等[13]在人結直腸癌干細胞中通過干擾PFN2的表達，在球形成實驗中發現PFN2的高表達增強了人結直腸癌干細胞球的形成能力，而PFN2的敲低則降低了細胞球的數量，表明PFN2直接參與了腫瘤干細胞的自我更新能力。Western blot結果表明PFN2的過表達和敲低分別增強和抑制人結直腸癌干細胞中干性標志物CD133和β-catenin的表達，而干性標志物SOX2的表達則受到PFN2敲低的影響。

3.2 影響腫瘤的浸潤和轉移

浸潤和遠處轉移是惡性腫瘤的主要特征之一，腫瘤細胞獲得遷移表型通常與肌動蛋白細胞骨架的破壞有關。EMT是實體惡性腫瘤浸潤轉移的重要途徑[20-21]，最近被發現在腫瘤免疫抑制和免疫逃逸中其重要作用[22]。細胞收縮性增強和肌動蛋白應力性纖維形成是EMT的特征。在EMT過程中，細胞表面上皮標志物E-鈣黏蛋白和細胞角蛋白的表達降低，間質性蛋白如波形蛋白、N-鈣黏蛋白、纖連蛋白等表達上調，導致上皮細胞失去極性，獲得轉移和侵襲的能力[23]。

CUI等[14]證實在食管鱗狀細胞癌中，PFN2的表達與其淋巴結轉移和浸潤深度呈正相關，在體外培養的PFN2-siRNA轉染的食管鱗癌細胞中，E-鈣黏蛋白的表達上調，波形蛋白的表達下降，從而削弱了EMT過程，導致細胞遷移和侵襲能力的減弱。

作為一種研究較多的信號通路，TGF-β信號轉導通路對EMT的影響已經得到廣泛證實[24-26]。TANG等[12]在非小細胞肺癌細胞的研究中發現，PFN2的高表達明顯增強了肺癌細胞中TGF-β1誘導的EMT的轉錄因子E盒結合鋅指蛋白1(ZEB1)和N-鈣黏蛋白的表達，同時減弱了E-鈣黏蛋白的表達；同樣，PFN2的敲低則明顯抑制了TGF-β誘導的N-鈣黏蛋白和ZEB1的表達，增強了E-鈣黏蛋白的表達。以上結果表明，PFN2通過激活TGF-β1誘導的EMT從而促進肺癌細胞的遷移和侵襲。LING等[27]為了探索PFN2促腫瘤作用的分子機制，在三陰性乳腺癌細胞系中評估了隨PFN2表達狀態改變的EMT相關標志物，結果發現在PFN2過表達的三陰性乳腺癌細胞系中，間充質標志物N-鈣黏蛋白、TGF-β1、Slug和Snail被上調，反之則相反，表明PFN2對三陰性乳腺癌細胞的遷移和侵襲能力具有積極影響。因此，PFN2促進腫瘤的浸潤和轉移過程可能是通過促進腫瘤的EMT來實現的。

LIU等[8]采用侵襲性導管癌組織芯片技術，發現PFN2在淋巴結轉移的乳腺癌組織中表達明顯增加，雙熒光素酶報告基因檢測顯示PFN2 mRNA 30-UTR區域的UAGGG序列與hnRNPA2/B1結合后，PFN2 mRNA下調，敲除PFN2可明顯降低乳腺癌細胞的遷移和侵襲。

3.3 影響腫瘤的血管生成

新血管的形成或血管生成是惡性腫瘤生長和轉移的重要組成部分。在非小細胞肺癌中發現，PFN2過表達或敲低分別明顯上調或降低血管內皮生長因子的表達，從而影響腫瘤的生長和轉移[12]。CAO等[28]揭示了PFN2通過癌癥衍生的外泌體增加了腫瘤微環境中腫瘤血管的生成，從而促進小細胞肺癌的生長。

4 總 結

以往對于Profilin家族的研究主要集中在PFN1上，證實了其在腫瘤增殖和轉移過程中的重要作用，這也為Profilin家族在腫瘤學領域的研究提供了切入點，而PFN2基因在惡性腫瘤的發展、轉移等方面均有著重要的作用。PFN2在不同的惡性腫瘤發生、發展過程中的作用也不完全相同，其在肺癌中的高表達可以促進肺癌細胞的增殖及遷移，誘導腫瘤血管生成，增加腫瘤細胞所必需的營養成分，從而促進腫瘤的生長；而在口腔鱗癌中卻抑制腫瘤細胞的侵襲等，引起這一差異的具體機制仍有待于進一步研究。

綜上所述，腫瘤發生、發展及轉移是一個復雜的過程，加強對PFN2的深入研究，了解其在不同腫瘤細胞中的表達情況，探索研究其對腫瘤細胞及其微環境的作用機制，將會為腫瘤的分子診斷標準和判斷疾病預后等提供更加重要的價值。隨著人們對PFN2的進一步深入研究，會為腫瘤的早期預防、早期診斷及針對性的靶向治療提供新的思路和方法。