王宇飛(綜述),唐維平(審校)

(南昌大學(xué)a.研究生院醫(yī)學(xué)部2008級(jí);b.第二附屬醫(yī)院口腔頜面外科,南昌 330006)

PTEN是在1997年由美國(guó)的3個(gè)獨(dú)立研究小組在人類(lèi)第10號(hào)染色體上發(fā)現(xiàn)的一個(gè)新的腫瘤抑制基因,是迄今發(fā)現(xiàn)的第1個(gè)具有特異性磷酸酶活性的抑癌基因[1],該基因的突變失活與人類(lèi)多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),在細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期和細(xì)胞遷移過(guò)程中起關(guān)鍵性作用[2]。本綜述對(duì)PTEN基因的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能以及它們?cè)诳谇活M面部各種腫瘤中的表達(dá)作了簡(jiǎn)要介紹,并對(duì)近來(lái)的發(fā)展提出展望。

1 PTEN基因簡(jiǎn)介

1.1 PETN基因的來(lái)源

PTEN與細(xì)胞骨架張力蛋白同源,第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶基因,發(fā)現(xiàn)于乳腺癌第10q23染色體的同源性丟失區(qū)的同時(shí),克隆并分離出一種新基因[1],又名MMAC1多種進(jìn)展期癌突變基因1,存在于膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系定位于10q23.3的基因[3]或TEP1可被轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β調(diào)節(jié)并在上皮細(xì)胞中富含磷酸酶的基因,采用生物信息學(xué)方法克隆到富含于上皮細(xì)胞[4]。后經(jīng)確認(rèn),PTEN、MMAC1、TEP1為同一基因,編碼同一種蛋白質(zhì),現(xiàn)統(tǒng)稱(chēng)為PTEN。

1.2 PTEN基因結(jié)構(gòu)與功能

PTEN基因定位于人類(lèi)染色體10q23.3,全長(zhǎng)約200 kb,含9個(gè)外顯子和8個(gè)內(nèi)含子。其cDNA共有1209個(gè)核苷酸,編碼403個(gè)氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)[5]。PTEN的5′端非翻譯區(qū)很長(zhǎng),含多個(gè)CGG重復(fù)序列,為甲基化提供基礎(chǔ)[1]。第1外顯子有4個(gè)ATG序列,但真正的蛋白編碼起始于第4個(gè)ATG。第5外顯子編碼的第122-133位氨基酸與蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶和絲/蘇氨酸磷酸酶催化中心具有同源序列HCXXGXXTS/T,表明PTEN是雙特異性磷酸酶,具有磷酸酪氨酸磷酸酶(PIP)和雙重特異性磷酸酶(DSP)活性[6]。第5外顯子編碼的第122-132位的氨基酸序列內(nèi)含有一個(gè)酪氨酸磷酸酶基因的催化結(jié)構(gòu),其氨基酸序列為I/VHCXAGXXRS/TG,說(shuō)明該區(qū)具有雙特異磷酸酶功能,在多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞周期中發(fā)揮作用,此區(qū)極易突變[4]。第5外顯子編碼的酶活性中心有3個(gè)堿性氨基酸,為特異催化酸性底物奠定結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),這3個(gè)堿性氨基酸是突變熱點(diǎn),其突變不影響蛋白磷酸酶的活性,卻使PTEN失去脂質(zhì)磷酸酶的活性,喪失大部分的抑癌功能,因此PT EN的抑癌功能主要依賴(lài)于脂質(zhì)磷酸酶活性[7]。此外,PTEN的C有C2結(jié)構(gòu)域、PEST結(jié)構(gòu)域和 PDZ(PSD95/D1g/ZO1 homology)結(jié)構(gòu)域。C2結(jié)構(gòu)域能促使PTEN結(jié)合于細(xì)胞膜,有利于 PTEN和其它底物的膜定位;PEST維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性;PDZ參與蛋白質(zhì)間的相互作用,增強(qiáng)磷酸酶活性和信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)效率[8]。PTEN的 C端尾部有 PEST序列和一個(gè)PDZ結(jié)合結(jié)構(gòu)域,此區(qū)域突變可影響突變體的穩(wěn)定性和磷酸酯酶活性,并引起分子構(gòu)象改變[9]。PT EN在體內(nèi)、外均可使FAK(focal adhesion kinase)脫磷酸,從而阻礙整合素介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移、侵襲和骨架蛋白組裝[10]。PTEN還與調(diào)控細(xì)胞的存活多種途徑有關(guān),如MAPK通路[11]。用Zn2+處理以后的人呼吸上皮細(xì)胞PTEN蛋白水平的表達(dá)明顯下降,且與時(shí)間和劑量成依賴(lài)關(guān)系。進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)Zn2+是通過(guò)泛素介導(dǎo)的PTEN蛋白降解來(lái)對(duì)PTEN表達(dá)進(jìn)行調(diào)節(jié)的[12]。通過(guò)相同的途徑來(lái)對(duì)PTEN表達(dá)進(jìn)行調(diào)控的還有骨形成蛋白2[13]。

1.3 PTEN基因的分布

在胚胎發(fā)展早期,很多組織顯示PTEN表達(dá),如中腎、胃、肝、中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)等[14]。隨著胚胎進(jìn)一步發(fā)展,PTEN在不同組織中表達(dá)有所變化,所有器官系統(tǒng)中,PTEN在中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)最高。這種高表達(dá)貫穿從胚胎到胎兒整個(gè)胚胎發(fā)展過(guò)程,影響神經(jīng)元干細(xì)胞的自我更新和增生。PTEN基因具有組織特異性,亞細(xì)胞定位與其末端結(jié)構(gòu)域有關(guān)。在皮膚、結(jié)腸、乳腺、前列腺中,PTEN分布于細(xì)胞質(zhì);在神經(jīng)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、腎上腺髓質(zhì)、甲狀腺中,PTEN分布于細(xì)胞核;在極化的MDCK(Madin-Darby canine kidney)細(xì)胞,PTEN位于細(xì)胞間的緊密連接處[15]。

2 PTEN基因的抑癌作用

2.1 PTEN基因與細(xì)胞周期

腫瘤發(fā)生與細(xì)胞周期調(diào)控的紊亂有關(guān),而PTEN對(duì)細(xì)胞周期調(diào)控起著重要的調(diào)節(jié)作用。PTEN基因控制細(xì)胞周期的機(jī)制是它能特異性誘導(dǎo)細(xì)胞周期素依賴(lài)激酶(cyclin dependent kinases,CDKs)抑制因子p21,p27和p51,從而發(fā)揮調(diào)控細(xì)胞周期的作用。PTEN作為雙磷酸脂酶,能使PIP3脫磷酸,阻斷PI3K調(diào)控的生長(zhǎng)因子信號(hào)通路,維持細(xì)胞正常的生長(zhǎng)周期[16]。PTEN的缺失導(dǎo)致PIP3堆積,PIP3又可激活其下游的多種信號(hào)分子,使細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化[17];相反,PT EN的過(guò)表達(dá)也會(huì)使細(xì)胞阻滯于G1期而不能進(jìn)入S期[18]。

2.2 PTEN基因與細(xì)胞凋亡

PTEN誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡主要是通過(guò)它的脂質(zhì)磷酸酶的活性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PTEN通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路PI3K/AKT脫磷酸,抑制PI3K/AKT,激活Capase-3,Capase-9,促進(jìn)凋亡[19]。AKT能降低凋亡因子,增強(qiáng)抗凋亡蛋白的活性。過(guò)度激活的AKT會(huì)使細(xì)胞失去凋亡能力[20]。反之,PTEN的氧化性降低,可以提高PIP3的濃度,PIP3激活其下游的信號(hào)分子AKT,活化的AKT激活其下游的抗凋亡的信號(hào)分子,也證實(shí)了PTEN具有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的功能[21]。

2.3 PTEN基因與細(xì)胞的黏附、遷移

晚期轉(zhuǎn)移癌中經(jīng)常觀察到PTEN基因的丟失,這可能與PTEN參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的黏連和移動(dòng),從而負(fù)調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的遷移和浸潤(rùn)有關(guān)。PTEN通過(guò)降低、抑制FAK和Shc磷酸化來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的相互作用,從而影響細(xì)胞的粘附和遷移等多個(gè)方面[22]。FAK及Shc均介導(dǎo)PTEN的抑制細(xì)胞遷移效應(yīng),但FAK與定向遷移有關(guān),而Shc與隨機(jī)遷移有關(guān)。

2.4 PTEN基因與血管

存在PI3K或AKT過(guò)表達(dá)的細(xì)胞中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子VEGF的mRNA水平明顯增高。PI3K的抑制劑LY294002能降低這種升高的水平,提示PI3K在調(diào)節(jié)VEGF表達(dá)方面起重要作用。PTEN則能抑制PI3K或AKT的過(guò)表達(dá)所誘導(dǎo)的廣泛新生血管形成。PTEN的突變則能促進(jìn)VEGF介導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和腫瘤微血管形成[23]。也有學(xué)者認(rèn)為PTEN的抑血管活性是通過(guò)抑制PI3K/AKT通路實(shí)現(xiàn)的[24]。

2.5 PTEN基因與免疫穩(wěn)定

免疫系統(tǒng)是機(jī)體重要的監(jiān)護(hù)系統(tǒng),失去了免疫系統(tǒng)的穩(wěn)定,會(huì)導(dǎo)致機(jī)體對(duì)細(xì)胞惡變的免疫監(jiān)視失控。出現(xiàn)細(xì)胞偏離正常的生長(zhǎng)軌道而表現(xiàn)出惡性生長(zhǎng)。PT EN基因純合性敲除的小鼠會(huì)在胚胎期死亡;雜合性敲除的小鼠雖然可以成長(zhǎng),經(jīng)常出現(xiàn)淋巴組織增生、T細(xì)胞淋巴瘤、子宮內(nèi)膜癌、前列腺癌等[25],而且發(fā)現(xiàn)小鼠胸腺組織結(jié)構(gòu)遭到破壞,T細(xì)胞增多,外周血中B細(xì)胞、CD4 T細(xì)胞增多,產(chǎn)生大量自身抗體,并伴有高丙種球蛋白血癥,同時(shí),外周免疫系統(tǒng)也遭到破壞。增多的B細(xì)胞拮抗細(xì)胞凋亡,細(xì)胞的遷移能力也增強(qiáng)[26]。因此,PTEN與免疫系統(tǒng)穩(wěn)定的維持有重要的意義。

3 PTEN基因在口腔頜面部腫瘤中的作用

Shin K.H.等[27]對(duì)8l例微衛(wèi)星穩(wěn)定(microsatellite stability,MSS)和5例微衛(wèi)星不穩(wěn)定(microsatellite instability,MSI)的口腔鱗癌的PTEN基因全部序列進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)有l(wèi)例MSS和3例MSI的PT EN基因有錯(cuò)義突變,有2例MSS的口腔鱗癌的染色體的第5外顯子有缺失,從而使PIEN的整個(gè)mRNA缺失。雖然有1例MSS和1例MSI的口腔鱗癌中PTEN基因是完整的但它卻沒(méi)有PT EN的mRNA的表達(dá)。這說(shuō)明在口腔鱗癌的發(fā)生過(guò)程中FIEN的突變與缺失起著一定的作用。Lee J.I.等[28]檢測(cè)41例舌鱗癌患者標(biāo)本中PTEN蛋白的表達(dá),12例(29%)腫瘤標(biāo)本中PTEN陰性表達(dá),25例提示PTEN在蛋白水平上的改變更為常見(jiàn),4例強(qiáng)表達(dá)。其表達(dá)與性別、年齡無(wú)關(guān),與組織學(xué)分級(jí)、臨床分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移均無(wú)顯著相關(guān)。使用Cox風(fēng)險(xiǎn)模型進(jìn)行多因素分析顯示,PTEN的陰性表達(dá)是預(yù)后不良的預(yù)測(cè)指標(biāo)。Zhang R.H.等[29]用聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)及克隆、基因測(cè)序等方法來(lái)分析腮腺多形性腺瘤、黏液表皮樣癌及正常腺體組織中PT EN基因第5、第6及第8外顯子有無(wú)突變及缺失。通過(guò)對(duì)PT EN基因3個(gè)外顯子的克隆測(cè)序,發(fā)現(xiàn)有2例腮腺多形性腺瘤外顯子8發(fā)生突變,其中1例引起編碼的氨基酸發(fā)生變化;而腮腺黏液表皮樣癌中均未發(fā)現(xiàn)有突變及缺失。提示在涎腺腫瘤中PT EN基因的純合性缺失或點(diǎn)突變對(duì)PTEN的表達(dá)失活并非起主要作用,可能PT EN基因的突變或缺失在涎腺腫瘤中屬于稀有事件。Kleist B.等[30]研究小組在對(duì)腮腺上皮-肌上皮癌在兩個(gè)不同組織中進(jìn)行DNA模擬比較,也證明PTEN基因沒(méi)有突變的存在。

4 展望

具有雙重磷酸酶活性的一種抑癌基因PTEN的發(fā)現(xiàn),被形容為能揭開(kāi)人類(lèi)腫瘤基因?qū)W一些未知迷團(tuán)的里程碑[16]。對(duì)PTEN在細(xì)胞生長(zhǎng)、周期調(diào)控、細(xì)胞凋亡、移動(dòng)、免疫和信號(hào)傳遞等方面的重要作用已被逐步揭示并進(jìn)行更深入的研究。但是PTEN蛋白在腮腺多形性腺瘤、粘液表皮樣癌中的作用、用途還不明確;各途徑間的關(guān)系如何等都有待于進(jìn)一步的研究。但隨著對(duì)PTEN在細(xì)胞間信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)節(jié)機(jī)理的深入研究,最終將揭示其抑制腫瘤生長(zhǎng)的本質(zhì)。利用PTEN基因的對(duì)細(xì)胞諸多調(diào)控功能,在人類(lèi)腫瘤臨床的基因診斷、基因治療及預(yù)后判斷方面取得更大進(jìn)展,還需要更深入的研究。相信隨著對(duì)FIEN基因研究的深入將為今后進(jìn)一步研究腮腺多形性腺瘤、黏液表皮樣癌的發(fā)生、惡性轉(zhuǎn)化以及臨床診斷治療等提供新的思路。

[1]Li J,Yen C,Liaw D,et al.PTEN,a putative protein ty rosine phosphatase gene mutated in human brain,breast,and prostate cancer[J].Science,1997,275(5308):1943-1947.

[2]Chu E C,Tamawski A S.PTEN regulatory functions in tumor suppression and cell biology[J].Med Sci M onit,2004,10(10):235-241.

[3]Steck P A,Pershouse M A,Jasser S A,et al.Identification of a candidate tumor suppressor gene,MMAC1,at chromosome 10q23.3 that is mutated in multiple advanced cancers[J].Nat Genet,1997,15(4):356-362.

[4]Li D M,Sun H.T EP1,encoded by a candidate tumor suppressor locus,is a novel protein tyrosine phosphatase regulated by transforming growth facto r beta[J].Cancer Res,1997,57(11):2124-2129.

[5]Parsons R.Human cancer,P TEN and the PI-3 kinase pathway[J].Semin Cell Dev Biol,2004,15(2):171-176.

[6]Shim J H,Kim Y S,Bahk Y Y.Proteome profile changes that are differentially regulated by lipid and protein phosphatase activities of tumor suppressor PTEN in PTEN-expressing U-87 MG human g lioblastoma cells[J].Proteomics,2006,6(1):81-93.

[7]Vazquez F,Matsuoka S,Sellers W R,et al.Tumor suppressor PTEN acts through dy namic interaction with the plasma membrane[J].Proc Natl Acad Sci USA,2006,103(10):3633-3638.

[8]Valiente M,Andrés Pons A,Gomar B,et al.Binding of PTEN to specific PDZ domains contributes to PT EN protein stability and phosphorylation by microtubule-associated serine/threonine kinases[J].J Biol Chem,2005,280(32):28936-28943.

[9]Leslie N R,G ray A,Pass I,et al.Analysis of the cellular functions of PTEN using catalytic domain and C-terminal mutations:differential effects of C-terminal deletion on sig nalling pathway s downstream of phosphoinositide 3-kinase[J].Biochem J,2000,346(3):827-833.

[10]Yamada K M,Araki M.Tumor suppressor PT EN:modulator of cell signaling,growth,migration and apoptosis[J].J Cell Sci,2001,114(13):2375-2382.

[11]Kang Park S,Lee Y I,Lee Y I,et al.PTEN modulates insulinlike g rowth factorⅡ (IGF-Ⅱ)-mediated signaling;the protein phosphatase activity of PTEN downregulates IGF-Ⅱexpression in hepatoma cells[J].FEBS Lett,2003,545(2/3):203-208.

[12]Wu W,Wang X.Zinc-induced PTEN protein degradation through the proteasome pathway in human airway epithelial cells[J].J Biol Chem,2003,278(30):28258-28263.

[13]Waite K A,Eng C.BMP2 exposure results in decreased PTEN protein degradation and increased PTEN levels[J].Hum Mo1 Genet,2003,12(6):679-684.

[14]Gimm O,Attié Bitach T,Lees J A,et al.Expression of PT EN tumor suppressor protein during human development[J].Hum Mol Genet,2000,9(11):1633-1639.

[15]Chung J H,Eng C.Nuclear-cytoplasmic partitioning of phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10(PT EN)differentially regulates the cell cy cle and apoptosis[J].Cancer Res,2005,65(18):8096-8100.

[16]Sulis M L,Parsons R.PT EN:from pathology to biology[J].Trends Cell Biol,2003,13(9):478-483.

[17]Mita M M,Mita A,Rowinsky E K.Mammalian target of rapamycin:a new molecular target for breast cancer[J].Clin Breast Cancer,2003,4(2):126-137.

[18]Ginn Pease M E,Eng C.Increased nuclear phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10 is associated with G0-G1 in MCF-7 cells[J].Cancer Res,2003,63(2):282-286.

[19]Yuan X J,Whang Y E.PT EN sensitizes prostate cancer cells to death recep to mediated and drug induced apoptosis a FADD dependent pathway[J].Oncogene,2002,21(2):319-327.

[20]Vivanco I,Sawyers C L.The phosphatidy linositol 3-Kinase AKT pathway in human cancer[J].Nat Rev Cancer,2002,2(5):489-501.

[21]Leslie N R,Bennett D,Lindsay Y E,et al.Redox regulation of PI 3-kinase signalling via inactivation of P TEN[J].EMBO J,2003,22(20):5501-5510.

[22]Goberdhan D C,Wilson C.PTEN:tumour suppressor,multifunctional growth regulator and more[J].Hum M ol Genet,2003,12(2):239-248.

[23]Abe T,Terada K,Wakimoto H,et al.PT EN decreases in vivo vascularization of experimental gliomas in spite of proangiogenic stimuli[J].Cancer Research,2003,63(9):2300-2305.

[24]Lee K S,Kim S R,Park S J,et al.Phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome 10(PTEN)reduces vascular endothelial growth factor expression in allergen-induced airway inflammation[J].Mol Pharmacol,2006,69(6):1829-1839.

[25]Stambolic V,T sao M S,Macpherson D,et al.High incidence of breast and endometrial neoplasia resembling human Cowden syndrome in pten+/-mice[J].Cancer Res,2000,60(13):3605-3611.

[26]Suzuki A,Kaisho T,Ohishi M,et al.Critical roles of P TEN in B cell homeostasis and immunoglobulin class switch recombination[J].J Exp M ed,2003,197(5):657-667.

[27]Shin K H,Kim J M,Rho K S,et al.Inactivation of the P TEN gene by mutation,exonic deletion,and loss of transcript in human oral squamous cell carcinomas[J].Int J Oncol,2002,21(5):997-1001.

[28]Lee J I,Soria J C,Hassan K A,et al.Loss of PT EN ex pression as a prognostic marker for tongue cancer[J].A rch Otolary ngol,2001,127(12):1441-1445.

[29]Zhang R H,Li C Y.Mutation and deletion of tumor suppressor PTEN in pleomorphic adenoma of parotid gland and mucoepidermoid carcinoma of parotid g land[J].Journal of Oral Science,2005,21(1):41-44.

[30]Kleist B,Poetsch M,Breitsprecher C,et al.Epithelial-myoepithelial carcinoma of the parotid gland-evidence of contrasting DNA patterns in two different histological parts[J].Virchows Archiv,2003,442(6):585-590.