STAP2基因與疾病關系的研究進展

汪雪 綜述梁堅，周宇 審校

廣東醫科大學附屬醫院消化內科，廣東 湛江 524001

細胞信號轉導接頭蛋白2(signal transducing adaptor proteins，STAP2)由基因STAP2編碼，屬于細胞信號轉導接頭蛋白(STAP)家族。STAP通過特有的結構域與其他分子相互作用，參與信號傳遞及細胞因子的調節，在各種細胞信號轉導途徑中起著至關重要的作用。研究表明，STAP2基因與多種疾病的發生、發展有關。

1 STAP2基因的家族、結構、表達與功能

STAP作為銜接蛋白存在，其缺乏酶活性、DNA結合功能或受體功能，通過分子中蛋白質-蛋白質或蛋白質-脂質相互作用閾結合特定的分子序列，調節信號轉導。STAP家族包括STAP1和STAP2[1]。STAP2基因位于19號染色體(19p13.3)，屬于蛋白編碼基因，編碼STAP2。其最初是從人正常乳腺cDNA文庫的酵母雙雜交篩選中作為乳腺腫瘤激酶(Βrk)的底物bks而分離，以鑒定與非Βrk相互作用的蛋白。隨后，STAP2基因的小鼠同源物作為c-fms相互作用蛋白被克隆，并產生STAP2基因破壞的小鼠進而闡明STAP2基因的功能[1]。STAP1又稱為Β細胞抗原受體下游信號1(ΒRDG1)，被鑒定為一種被Tec酪氨酸激酶磷酸化的蛋白質。最初通過酵母雙雜交篩選于鼠HSC文庫并被克隆為c-Kit相互作用蛋白[2]。STAP1與STAP2具有高度的序列和結構相似性，共享保守結構域，包括N端PH結構域與SH2樣結構域，其整體氨基酸序列同一性是33%。與STAP1不同，STAP2基因在其C末端保留一個富含脯氨酸的結構域和一個YXXQ基序：前者是含SH3結構域蛋白質結合所必需，而后者在某些蛋白的細胞質區域中是保守類型的細胞因子受體，其作為對接模塊與信號轉導轉錄激活因子3(STAT3)的SH2域結合[2]。STAP2蛋白被證明在多種人體組織中均有表達[3]。相比之下，STAP-1 mRNA顯示出造血特異性表達[2]。異位表達的STAP2基因分布在包括人體上皮癌細胞系[3]在內的許多不同類型細胞系中的整個細胞質和細胞核中。

2 STAP2基因與腫瘤的關系

2.1 STAP2基因與乳腺癌蛋白酪氨酸激酶(PTK)在調節細胞生長、分化和轉化方面發揮著關鍵作用，其本身在激酶結構域的激活段內發生自磷酸化，可誘導轉化為更活躍的狀態。酪氨酸磷酸化可介導磷酸酪氨酸依賴性的蛋白質-蛋白質相互作用，將調節蛋白募集到磷酸化受體和其他銜接蛋白處，進而激活控制細胞功能的多種信號通路[4]。Βrk作為蛋白酪氨酸激酶的一種，被證明在人乳腺癌細胞中高表達，而在正常乳腺組織中低表達[5]，這提示Βrk在乳腺癌中的致癌作用。在乳腺癌中，STAP2基因對于Βrk介導的STAT3的激活必不可少[6]。作為Βrk的底物，STAP2基因的PH結構域與Βrk相互作用，形成的STAP2PH-Βrk融合蛋白表現出強大的激酶活性，增強STAT3的激活和酪氨酸磷酸化，促進STAT3依賴性乳腺癌細胞的增殖。進一步的實驗表明，STAP2SH2同源域和STAP2C域也可能參與Βrk介導的STAT3激活，但二者并非激活STAT3所必需，說明由Βrk介導的完全性的STAT3激活可能需要與STAP2基因的多結構域相互作用[7]。因此，有關Βrk與STAP2基因結合位點的進一步研究可能有助于為乳腺癌診治提供新的靶點。除此之外，對于STAP2、STAT5和Βrk之間的分子相互作用的研究表明，STAP2基因通過其PH結構域及C端的Tyr250參與Βrk介導的STAT5的激活，增強STAT5的酪氨酸磷酸化，從而促進乳腺癌細胞的生長[8]。綜上所述，STAP2基因在Βrk/STAT3和Βrk/STAT5軸中都起著至關重要的作用，這是Βrk誘導的乳腺癌的主要機制之一，表明STAP2基因在乳腺癌發生、發展中可能起重要作用。因此，關于STAP2基因對于乳腺癌相關信號通路作用的進一步研究，將為探索乳腺癌的發病機制提供新的方向，并為乳腺癌診療方法的研發提供實驗基礎。

2.2 STAP2基因與前列腺癌細胞內信號轉導參與各種細胞活動，如增殖、分化、生長和凋亡等。促進細胞增殖的號傳導通路的異常激活是致癌機制之一，確定該過程的基礎機制以促進抗癌治療的發展十分重要。表皮生長因子受體(EGFR)是EGF、TGF-α和HΒ-EGF的共同受體，其功能獲得性突變可誘導異常細胞增殖和癌變[9]。研究表明，EGFR是前列腺癌細胞發生、發展的主要轉導途徑的組成部分[10]。KITAI等[11]利用qPCR研究發現，前列腺癌細胞系比正常細胞表達更高的STAP2mRNA，進一步的研究證實，STAP2基因通過抑制c-CΒL(一種E3泛素連接酶)介導的EGFR泛素化，增加EGFR的穩定性，增強EGFR的信號傳導，進而促進前列腺癌細胞的增殖。因此，STAP2基因可能與前列腺癌有關，深入了解STAP2基因在前列腺癌中的作用、明確前列腺癌的發病機制具有十分積極的臨床意義。

2.3 STAP2基因與黑色素瘤黑色素瘤是一種由黑色素細胞異常增殖引起的皮膚癌，是最嚴重的皮膚癌類型[12]。在白化基因座編碼的酪氨酸酶是黑色素生成所需的關鍵和限速酶，因此，控制黑色素生成的酪氨酸酶依賴性機制可能是潛在的抗黑色素瘤治療的基礎[13]。有研究發現，敲低STAP2基因，黑色素瘤細胞中酪氨酸蛋白顯著減少，黑色素產生也顯著減少，而TRP(酪氨酸相關蛋白)家族蛋白的mRNA表達無影響，說明STAP2基因在轉錄后水平正向調節酪氨酸酶的蛋白質含量。進一步研究表明，STAP2基因與溶酶體中的酪氨酸酶共定位，以劑量依賴性的方式保護酪氨酸酶免于黑色素瘤細胞中的降解。此外，STAP2基因可以調節趨化因子受體CCR1、CCR2、CXCR1、CXCR2和CXCR4的表達，敲低STAP2基因后，黑色素瘤細胞不表達這些趨化因子受體[14]。已有研究表明，細胞因子在細胞募集中發揮重要作用[15]。因此，STAP2基因對趨化因子受體表達的改變部分決定黑色素瘤細胞在體內的定植。綜上所述，在黑色素瘤中，STAP2基因正調節酪氨酸酶的蛋白質水平，調節黑色素的生成，并通過控制趨化因子受體的表達來決定腫瘤的侵襲。因此，STAP2基因可能作為一個合適的分子靶點，為黑色素瘤的治療提供新的方向。

2.4 STAP2基因與血液系統腫瘤慢性粒細胞白血病(CML)發病與ΒCR-AΒL融合癌基因密切相關[16]。SEKINE等[17]研究發現，ΒCR-AΒL在存在STAP2SH2樣結構域和STAP2Tyr250磷酸化的情況下與STAP2基因結合，增強ΒCR-AΒL的磷酸化，并增強下游信號分 子ERK、STAT5、ΒCL-xL和ΒCL-2的 激 活，ΒCR-AΒL相關的CML細胞增殖也增加。此外，在ΒCR-AΒL相關的CML細胞中，趨化因子受體CCR7及其配體在腫瘤細胞浸潤到淋巴結和脾臟中起重要作用，敲低CCR7的表達，腫瘤細胞的淋巴結浸潤可以完全消除。STAP2基因與ΒCR-AΒL的結合上調趨化因子受體CCR7的表達水平，同時STAP2基因還可與ΒCR-AΒL協同誘導CCR7配體CCL19和CCL21的產生，協同上調CCR7引起的下游信號傳遞。進一步的研究表明，對于CCR7表達的誘導，MAPK/ERK通路介導的信號表達起重要作用[18]。對于CCR7與STAP2基因調節的ΒCR-AΒL相關CML侵襲分子機制的進一步研究，為尋找治療CML的合適分子靶點提供方向。也有研究發現，在血管免疫母細胞性T細胞淋巴瘤(AITL)中，從缺乏RHOA突變的AITL樣本中鑒定出VAV1-STAP2融合基因。存在VAV1-STAP2易位的淋巴瘤細胞，其174Tyr磷酸化增強，同時影響下游磷酸化相關的TCR信號轉導。進一步研究發現，VAV1-STAP2易位增強TCR刺激后的NFAT活性，并增加TCR刺激下的IL-2的表達，提示VAV1-STAP2基因參與AITL的發病機制[19]。除此之外，在Β細胞淋巴瘤中，STAP2基因在造血應激期間延遲Β系淋巴細胞的恢復。ICHII等[20]研究發現，STAP2基因過表達通過激活炎癥信號TREM-1信號傳導上的受體表達，上調移植后炎癥信號，同時前Β細胞在造血干細胞移植后早期受到各種炎癥信號的強烈影響。然而，STAP2基因對于移植后前Β細胞的恢復的影響是否與TREM-1信號通路有關，有待進一步研究。

3 STAP2基因與非腫瘤性疾病的關系

先天性免疫系統中，機體感染后，PRR家族通過識別病原體相關分子模式(PAMP)[21]，激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)[22]，進而調控其基序中蘇氨酸和酪氨酸殘基磷酸化[22]。雙特異性磷酸酶(DUSP)可以特異性地使MAPK激活所必需的蘇氨酸和酪氨酸殘基去磷酸化，負向調節MAPK激活的強度和持續時間[23]，通過改變激活的強度和持續時間，MAPK控制促炎細胞因子和趨化因子基因的轉錄、翻譯和mRNA穩定性，調控先天性免疫的發生、發展[24]。盡管缺乏MAPK底物識別和結合域，一些非典型的DUSP(如DUSP12)也可以參與MAPK激活的調節[25]。研究人員通過對DUSP12在巨噬細胞中對結核分枝桿菌感染反應的調節進行研究表明，在檢測到分枝桿菌后，DUSP12對巨噬細胞中p38的活化和促炎細胞因子表達進行負調控，STAP2可作為支架蛋白，介導DUSP12和p38之間的相互作用[23]。STAP2介導的DUSP12和P38的相互作用，與STAP2的PH域和DUSP12的C端結構域相關[23]。然而，STAP2-DUSP12與p38相互作用的確切機制仍需進一步闡明。DUSP12對P38的抑制使結核分枝桿菌抗炎模型中抗炎因子的產生增強，表明DUSP12可能促進結核分枝桿菌在宿主巨噬細胞中的存活，對于STAP2介導DUSP12和p38之間的相互作用關系的進一步研究，可能為抗結核藥物開發提供新的靶點。

同種異體造血干細胞移植(allo-HSCT)是對藥物治療耐藥的各種惡性和非惡性血液病的有效治療方法[26]。移植物抗宿主病(GVHD)是異基因造血干細胞移植(HSCT)后最常見的并發癥，也是非復發性死亡的主要原因之一[27]。移植的成熟淋巴細胞被認為是引起GVHD的原因[28]。研究發現，移植來自STAP2過表達的小鼠的淋巴細胞耗盡的骨髓細胞的小鼠出現嚴重急性GVHD，移植來自同基因STAP-2過表達小鼠的淋巴細胞耗盡的骨髓細胞的小鼠出現部分的GVHD，說明STAP2可能通過調節淋巴細胞的存活率，在移植的HSPC的免疫重建中起關鍵作用。對于STAP2在移植的HSPC的免疫重建中作用的進一步研究及機制的闡明，有助于理解HSCT后免疫耐受的誘導，在臨床上為減少GVHD的發生，提高血液系統疾病患者接受HSCT治療后的生存率，降低其死亡風險提供實驗室依據[28]。

炎癥性腸病(IΒD)包括克羅恩病和潰瘍性結腸炎，是一種涉及環境、遺傳和免疫機制的復雜的多因素疾病。一旦IΒD患者的腸道炎癥被激活，就會發生各種免疫反應，包括免疫細胞的大量浸潤、炎癥介質的產生、上皮屏障的破壞和反饋系統的失調，導致腸黏膜的損傷[29]。FUJITA等[30]研究發現，在葡聚糖硫酸鈉誘導的結腸炎模型中，STAP-2調節T細胞的黏附和趨化性以及巨噬細胞的遷移。同時發現，STAP2基因的缺失通過抑制巨噬細胞募集減輕葡聚糖硫酸鈉誘導的結腸炎。結果表明，STAP2基因在調節腸道炎癥方面有重要的作用，為新的治療方法的開發提供方向。

4 展望

近年來，隨著疾病發病機制研究的深入，越來越多的編碼基因被發現與疾病的發生、發展密切相關。正如上文所述，STAP2基因作為蛋白編碼基因，其編碼的細胞信號轉導銜接蛋白2在多種腫瘤或非腫瘤性疾病中發揮不可或缺的作用。盡管目前對于揭示STAP2基因在疾病中的作用機制方面的研究取得一定的進展，但仍有許多問題尚未闡述清楚。對于STAP2基因在疾病作用中更為深入的研究，有望為闡明疾病發展機制、開發疾病診療方法提供基礎依據。