FK506結合蛋白在腫瘤中的研究進展

邱 林 王 爽 劉 涵 張 軍

FK506結合蛋白(FKBP)是一種分布廣泛，系統發育保守的非淋巴特異性蛋白，存在于從酵母菌到人體的許多真核生物中[1]。FKBPs屬于親免疫家族，能與免疫抑制藥物如FK506和雷帕霉素結合，并且參與腫瘤進展和化療耐藥等各種過程[2]。該家族的原型FKBP12在1989年第一次被分離出來，只包含一個由108個氨基酸殘基組成的FK506結合閾(FK506-binding domain，FKBD)，被認為是代表了FKBP家族一部分成員所必需的最小結構閾[3]。FKBPs可以和免疫抑制藥物結合正是由于FKBD的存在，并且FKBPs也具有肽基脯氨酰/反式異構酶活性(PPIase),這種酶活性有助于多肽重組[4]。

人FKBPs包含多種蛋白質，范圍從(12～135)kDa，分布于各種組織和亞細胞室中。這些蛋白質最多可包含3個FKBD，通常緊隨其后的是四肽重復(TPR)結構域，該結構域與熱休克蛋白90(Hsp90)、C-末端鈣調蛋白結合域、跨膜基序的蛋白質-蛋白質相互作用有關。根據已有的研究表明，FKBP12-免疫抑制劑復合物可以通過干擾Ca2+來調節神經磷酸酶，從而導致T淋巴細胞轉導途徑中下游信號被抑制，因此可以用于治療某些自身免疫性疾病，防止器官移植后產生排斥反應[5]。除此之外，FKBPs還參與許多細胞功能，如蛋白質折疊、蛋白質穩定性、激酶活性、受體信號轉導和蛋白質運輸等[6]。

最近，FKBPs已被證明參與了其他的細胞過程，特別是癌變進展和化療耐藥性。與正常的組織和細胞比較，FKBPs的表達水平在癌細胞系和人類癌癥組織中發生了改變。因此本文就FKBPs核心成員的分子結構、基因表達水平和在腫瘤發生及發展中的功能作用、臨床意義及相關分子機制研究進行回顧,并介紹它們作為癌癥生物學標志物的潛在用途。

一、FKBP3

FKBP3(也稱為FKBP25)是第1個被確認主要位于細胞核中的FKBP家族成員，相對分子質量為25kDa，它定位于染色體14q21.2，由7個外顯子組成，普遍存在于多種組織中，以腦、前列腺、心臟表達量最多[7]。它包含1個N末端螺旋-環-螺旋(HLH)域和1個C末端FKBD，它們通過一個長度為35個氨基酸殘基的柔性環相連。它獨特的N末端結構域與DNA相互作用，且與任何哺乳動物蛋白均未顯示出明顯的序列相似[8]。盡管FKBP3兩個獨立結構域的結構已經明確，但它的全長結構以及和核酸之間相互作用的分子機制還不是很明確。Prakash等[9]通過磁共振法確定了人FKBP3在溶液中的三維結構，表征了其與DNA的結合，并提出了一個模型來顯示FKBP3的DNA結合機制，為識別核酸的分子調控機制提供見解，由此進一步明確了它的結構，為進一步的功能研究奠定了基礎。

Liu等[10]對經過褪黑素處理的兩種乳腺癌細胞進行全基因組芯片檢測，發現了203個mRNA和66個長鏈非編碼RNA(lncRNA)在兩種細胞中均下調了至少2倍，通過篩選找到了下調量最多的FKBP3和Nonmmut010561并將后者命名為lnc010561。通過Western blot法檢測證明FKBP3在乳腺癌細胞中高表達；在體外實驗中，沉默FKBP3和lnc010561后發現乳腺癌細胞的增殖、侵襲以及集落形成能力減弱；RNA免疫沉淀分析表明lnc010561和FKBP3是miR-30的內源競爭RNA(CeRNAs)，由此表明，褪黑素通過lnc010561/miR-30/FKBP3軸調節乳腺癌的進展。

Tong等[11]通過real-time PCR和Western blot法檢測了結直腸癌中FKBP3和HDAC2的表達，發現FKBP3和HDAC2在結直腸癌組織中高表達；在體外，通過慢病毒轉染使得原代結直腸癌細胞中的FKBP3表達量下調，HDAC2的表達量降低，AKT的磷酸化也隨之減少，同時增加了PTEN的表達并顯著增加原代結直腸癌細胞對奧沙利鉑的敏感度，由此證明FKBP3下調可能通過降低HDAC2表達減弱結直腸癌細胞對奧沙利鉑的抗性，而且FKBP3可能會通過調節PTEN/AKT通路參與結直腸癌的化療耐藥中。

Zhu等[12]研究證明，非小細胞肺癌細胞中FKBP3的mRNA和蛋白質表達水平均上調，體外和體內實驗均表明它可以促進非小細胞肺癌細胞增殖。同時在體外實驗中FKBP3的敲低顯著降低了非小細胞肺癌細胞中HDAC2的表達，增加了p27(細胞周期抑制劑)的表達，并且FKBP3通過抑制轉錄因子Sp1的泛素化誘導HDAC2啟動子活性。由此表明，FKBP3 可能通過調節 Sp1/HDAC2/p27通路促進非小細胞肺癌細胞增殖。

目前針對FKBP3在腫瘤中的研究內容還比較少，涉及的癌癥類型也相對局限，雖然研究人員對FKBP3的結構以及功能的認知日漸完善，但是它在所有的癌組織中是否都是高表達以及它對于促進各種癌細胞的增殖能力有無差異這些都是未知的。以往的研究已經為FKBP3在乳腺癌、結直腸癌和非小細胞肺癌中存在的可能作用提供了實驗依據，經過進一步挖掘相關的分子機制以及增加動物實驗驗證，那么它或許有望成為這幾類癌癥臨床治療的新靶點。除此之外，FKBP3在其他癌組織中的表達特點以及是否發揮某些作用還需要進行更多的驗證。

二、FKBP11

FKBP11是FKBP家族的一個新興成員，最初由Rulten等描述，它包含1個編碼22kDa前體蛋白的開放閱讀框，這個前體蛋白在3kDa的預測位點上被切割留下1個19kDa的成熟蛋白，因此FKBP11也被命名為FKBP19。FKBP11的其他特征還包括1個富含亮氨酸的具有25個氨基酸殘基的N-末端前導序列，1個包含跨膜結構閾的C-末端，最后是內質網膜蛋白中發現的定位基序，由此認為FKBP11參與蛋白質的折疊和分泌[13]。FKBP11定位于染色體12q13.12，由8個外顯子組成，在胰腺和闌尾組織中廣泛表達。研究表明，FKBP11與許多炎性疾病有關，如當處于高水平循環游離脂肪酸的環境中，FKBP11可能調節β細胞中未折疊的蛋白反應(UPR)，從而參與2型糖尿病的發病機制[14]。

FKBP11可以通過抑制克羅恩病中內質網應激相關的JNK/caspase凋亡途徑，保護腸上皮細胞免受干擾素-γ(IFN-γ)/腫瘤壞死因子-α(TNF-α)誘導的凋亡[15]。通過分析靜止性系統性紅斑狼瘡(SLE)患者B細胞轉錄組，證實FKBP11過表達，同時，動物實驗證實FKBP11過表達可通過在paired box 5主調節基因的上游發揮作用來破壞B細胞對DNA的耐受性，并啟動漿細胞分化，這可能在SLE免疫病理學中協同促成B細胞基因異常[16]。Lin等[17]通過分析腫瘤組織和與腫瘤相鄰的組織樣本，發現無論它們的臨床病理特征如何，均可在肝癌組織中觀察到FKBP11高表達，重要的是FKBP11表達水平從良性肝組織到癌組織逐漸增加。因此，確定FKBP11為肝細胞癌新型標志物，并認為FKBP11有可能成為肝癌早期標志物。此外，與正常皮膚比較，在黑色素瘤中FKBP11的表達上調了2.42倍。有關FKBP11是否在黑色素瘤進展中發揮作用以及它是否能成為惡性黑色素瘤的標志物尚未見任何報道[18]。

FKBP11在腫瘤中的研究僅限于此，對于FKBP11的探索還處于初級階段。對FKBP11的結構認識仍需不斷的完善，以期為后續具體的功能研究提供理論基礎。但是，已有證據表明，大約25%的人類癌癥歸因于慢性炎癥，許多微生物與癌癥的發生和進展有關，炎性標志物在癌癥患者中高表達也與預后差有關，這充分表明炎癥是癌癥的重要標志之一[19]。因此，在已有的關于FKBP11在炎癥方面研究的基礎上，可以針對炎癥相關癌癥的調控進行探索，同時FKBP11在其他類型的癌癥組織中的表達特點以及在腫瘤發生、發展中的功能作用及其潛在機制也需要進一步探索。

三、FKBP38

FKBP38 是FKBP家族中的一種多功能蛋白，又名FKBP8，包含FKBD、三方TPR結構域及推測的鈣調蛋白和跨膜基序。它定位于染色體19p13.11，由9個外顯子組成，在睪丸和腦組織中表達量最高。與大多數規范性FKBPs不同，FKBP38是非規范性家族成員，缺乏結合FK506和PPIase活性所需的保守氨基酸殘基，表明其有獨立于FKBPs的功能[20]。在壓力超負荷時，FKBP38通過防止蛋白質錯誤折疊并產生內質網相關的細胞凋亡，起到保護心臟作用[21]。在腫瘤中，FKBP38可以幫助抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-XL定位于線粒體膜，并保護細胞免于凋亡，從而促進腫瘤發生和化療抵抗，但作用機制尚不明確[22]。

眾所周知，癌癥形成的過程很復雜，與癌基因和抑癌基因突變的逐漸累積有關，會導致細胞周期失調、生長抑制和抗凋亡。與此同時，腫瘤細胞與微環境的相互作用也會促進癌癥的進展。癌細胞增殖速度普遍較快，疾病進展也通常迅速，在短短幾個月內腫瘤的體積可以增加一倍，這種加速的進展也是癌癥預后不良的原因之一，因此抑制腫瘤細胞的增殖現在也成為了研究熱點。細胞凋亡作為抑制細胞增殖的一種機制，也同樣具有很廣闊的研究前景，FKBP38已經展現出了和細胞凋亡的關系，那么未來或許可以研究在不同癌癥中FKBP38的表達特點從而將FKBP38的異常表達與癌細胞的凋亡相結合。

四、FKBP51

FKBP51又名FKBP5、FKBP54，相對分子質量為51kDa，定位于染色體6p21.31，由13個外顯子組成，在脂肪及淋巴結中表達量最高。FKBP51由兩個連續的FKBP域和一個TPR(四肽重復)域組成，第1個FKBP閾具有肽基脯氨酰基異構酶活性，第2個FKBP閾與第1個相似，二者的不同之處在于第2個FKBP結構域缺少肽基脯氨酰基異構酶活性，而且第2個FKBP結構域的插入會影響孕酮受體復合物的形成。該蛋白還可以通過與Hsp90結合，參與高親和力類固醇受體復合物的形成，比如糖皮質激素(GR)或孕激素(PR)的受體必須通過涉及Hsp40、Hsp70、Hsp90及各種Hsp結合伴侶蛋白的有序途徑進行組裝[23]。除了FKBP51在免疫抑制方面的作用研究外，近些年在腫瘤中的研究也取得了一定進展。如Wu等[24]研究發現FKBP51在前列腺癌中高表達，并且可以促進雄激素受體的活性，增強雄激素受體結合雄激素的能力，導致下游基因表達上調，最終促進前列腺癌細胞的增殖。Gao等[25]研究發現與臨近的正常組織比較，FKBP51在甲狀腺乳頭狀癌中表達增加，并且表達水平與臨床腫瘤、淋巴結和轉移階段相關。

在體外實驗中選用K1細胞和TPC-1細胞，確定FKBP51可以促進甲狀腺乳頭狀癌的遷移和侵襲。進一步研究表明，FKBP51激活了NF-κB通路和上皮間充質轉化從而導致細胞的遷移和侵襲能力增強。夏志秀等[26]研究發現，與正常結直腸組織比較，FKBP51在結直腸癌組織中表達高，而且與腫瘤增殖和浸潤深度呈正相關，由此表明FKBP51作為癌基因可能促進結直腸癌生長和侵襲，有可能成為結直腸癌個體化診治的候選靶點。Chen等[27]研究發現，與鄰近正常組織比較，肺癌組織中FKBP51表達量明顯下調。在非小細胞肺癌細胞A549中過表達FKBP51可顯著增加細胞凋亡，p53和caspase-3的水平也顯著升高；A549細胞生存力與空載對照比較，暴露在順鉑中的FKBP51過表達細胞顯示出明顯較低的存活率，由此表明FKBP51可以通過改變p53信號轉導途徑的活性影響肺癌進展且提高藥物敏感度。李慶敏等[28]研究發現，FKBP51 在乳腺癌中低表達，而且其表達水平與組織學分級呈負相關，即FKBP51 的表達水平越高，組織學分級越低，細胞分化越好，惡性程度越低,預后相對較好，可能在乳腺癌中發揮抑癌基因的作用而抑制癌細胞增殖。

綜上所述，FKBP51在前列腺癌、甲狀腺乳頭狀癌、結直腸癌、黑色素瘤、神經膠質瘤中過表達，在肺癌、乳腺癌中表達下調或不表達。因此，對于FKBP51的性質目前還無法給出一個明確的定義，對于腫瘤的誘發機制來說，可能作為促癌基因或抑癌基因在不同腫瘤組織中受不同信號通路調控發揮作用。雖然FKBP51在腫瘤中的研究比較廣泛，但由于它在不同腫瘤甚至是不同分化程度的同一腫瘤中都有可能表現出不同作用，表明它在某些腫瘤中的功能作用不具有普遍性，在疾病中受到的調控機制相對復雜且尚不明確。因此針對FKBP51的這種表達特性，未來研究的方向主要是針對于它在不同類型的癌癥中的個性化靶向治療，在沒有完全認清它對于某種癌癥及其全部分型的作用之前，不可以貿然下結論。

五、展 望

自1989年FKBP被發現并且命名后，已陸續發現多達16種FKBPs，它們擁有相似的結構與作用，定位于不同的染色體，在各種組織中的表達有明顯差異[3]。盡管FKBPs發現30余年，但相關研究仍處于初級階段，許多問題亟待探究，如該蛋白家族成員尚未完全被發現，現已發現的成員結構認識尚不完全以及相關生理作用未見報道，研究多在基因表達和細胞實驗水平，蛋白表達調控及功能作用機制研究不全面深入，缺乏體內實驗驗證，多數研究對象是結直腸癌、前列腺癌、乳腺癌等發生率較高的惡性腫瘤，在其他類型癌癥發生、發展中的作用、分子機制及臨床意義方面鮮有研究。

目前腫瘤治療依然是以外科手術、放療以及化療等治療手段為主的綜合治療模式，盡管這種模式日益成熟，但癌癥患者的預后仍然不理想，所以迫切需要尋找一些具有足夠特異性和敏感度的標志物用于臨床癌癥診斷，特別是早期癌癥，以求做到早發現、早診斷、早治療。隨著分子腫瘤時代的到來，針對腫瘤治療的策略實現了從“尋找和破壞腫瘤”到“靶向和控制腫瘤”的轉變。除FKBPs在免疫抑制方面作用外，其在腫瘤發生與化療耐藥中的作用也愈來愈受重視，未來一或多個蛋白家族成員可能成為腫瘤個體化診治的候選靶點，結合傳統臨床治療模式，最終達到阻遏和治療腫瘤的目的。