多功能蛋白BAG-1的研究進展

吳曙輝，江孝清(綜述)，陳 翔※，龔 齊(審校)

(1.上海市寶山區(qū)中西醫(yī)結合醫(yī)院耳鼻咽喉科,上海 201900； 2.武漢大學中南醫(yī)院耳鼻咽喉科，武漢 430074)

BAG-1是由Takayama等[1]最早在哺乳動物細胞質中篩選出的一種與凋亡相關的多功能蛋白。BAG-1在一些腫瘤如乳腺癌、胃癌、非小細胞肺癌、腎癌和前列腺癌等中存在過度表達，可能作為一個新的腫瘤標志分子[2]。研究亦證實，BAG-1可通過其功能結構域作用于相應的細胞靶點,從而抑制細胞凋亡、促進細胞增殖、調節(jié)基因轉錄和信號轉導等[3]。本文對多功能蛋白BAG-1的結構、功能及其在腫瘤細胞中的表達等研究進展予以綜述。

1 BAG-1的結構

人類BAG-1基因位于第9p12號染色體上，從BAG-1 mRNA交替編碼翻譯得到4個亞型，即p50(BAG-1L)，p46(BAG-1M)，p33(BAG-1S)和p29。BAG-1蛋白在結構上有BAG區(qū)域、泛素樣區(qū)域、酸性氨基酸殘基重復序列和核定位信號(nuclear localization signals，NLS)。所有的BAG-1亞型包含一個位于C末端的BAG結構域，其對BAG-1多種功能的調節(jié)有著關鍵的作用。剛開始研究發(fā)現，BAG-1蛋白C末端的保守區(qū)域是BAG的功能域。然而，使用X-射線晶體學、限制性蛋白水解和多維核磁共振深入研究，發(fā)現BAG功能域包括110～124個氨基酸和三個反向并聯構成的螺旋束[4]。第1個和第2個螺旋(α1和α2)與絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶Raf-1相互作用；第2個和第3個螺旋(α2和α3)是BAG蛋白和熱激蛋白70(heat shock protein 70，Hsp70)/熱激同源蛋白70(heat shock cognate protein 70，Hsc70)及腫瘤壞死因子R1的ATP激酶域的作用位點。在BAG-1中,BAG功能域通過靜電反應介導并在供給能量的情況下與ATP激酶功能域相結合。BAG-1的上述位點突變可極大地減少與Hsc70和ATP的結合[5]。BAG-1所有亞型都包含有相同的泛素樣區(qū)域，它的主要作用是使靶蛋白被蛋白酶和主體的非溶酶體蛋白水解復合物所降解，并且參與BAG-1抗凋亡作用。NLS僅存在于BAG-1L和BAG-1M氨基末端。不同亞型BAG-1的亞細胞定位主要是根據不同的NLS決定，其中BAG-1L因包含完整長度的NLS，主要位于細胞核；而BAG-1M只包含少量的NLS，同時位于細胞質和細胞核；較小的BAG-1S缺乏NLS，主要位于細胞質；p29很少在人類細胞中表達。但這種定位分布是不固定的,在某些情況下，BAG-1M和BAG-1S都可以從細胞質轉移到細胞核。BAG-1蛋白還含有不同數量的酸性氨基酸殘基重復序列，其功能尚未完全明了，可能參與調節(jié)糖皮質激素受體依賴的轉錄過程。

2 BAG-1的功能

BAG-1是一種多功能蛋白，它可與Hsp70、Hsc70、Bcl-2、p53和核激素受體、成視網膜細胞瘤蛋白(retinoblastoma protein，Rb)等多種信號因子相互作用,對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲、療效評估和預后等方面具有重要的作用，并且決定了患者對癌癥治療的反應性。

2.1Hsp70和Hsc70通路與腫瘤 BAG-1可與結合分子伴侶Hsp70/Hsc70相互作用，從而發(fā)揮其抑制細胞的應激反應、凋亡、增生和遷移等。最近的研究發(fā)現，不同BAG-1亞型調節(jié)Hsp70/Hsc70的功能也各不相同,BAG-1M阻滯Hsp70/Hsc70的多肽底物進一步折疊，而BAG-1S增強其分子伴侶活性[6]。Hsp70/Hsc70的ATP酶結合域可以與BAG-1的BAG結構域相結合，形成BAG-1-Hsc70復合體。BAG-1多種功能都依賴于Hsp70或Hsc70對信號轉導蛋白和轉錄因子等的調節(jié)作用。

2.2信號轉導途徑與腫瘤 人類免疫和炎性反應的一些基因表達是依賴細胞信號轉導通路實現的，細胞信號轉導通路在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中具有重要的地位，尤其是它可以調控與細胞凋亡有關基因的表達，從而極大地增強了腫瘤細胞抗凋亡的能力。而BAG-1可調節(jié)一些信號分子的功能，其中Raf-1蛋白激酶是酪氨酸激酶相關的信號轉導途徑中的重要信號分子之一。BAG-1 C末端可介導與絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶Raf-1的相互作用，結合于Raf-1的催化活性區(qū)并使之活化，從而激活促分裂原活化蛋白激酶而引發(fā)絲裂原活化蛋白信號級聯反應，該通路涉及多個激酶和轉錄因子家族，可通過蛋白磷酸化作用激活或失活，在促進細胞增殖分化、抑制凋亡中起重要作用。有研究發(fā)現，BAG-1基因表達水平的下調可導致海拉細胞對抗癌藥物產生耐藥性[7]。

2.3轉錄通路與腫瘤 BAG-1的另一個重要的功能是通過調節(jié)核激素受體影響腫瘤的形成，這些受體包括類固醇激素受體，如雄激素受體、糖皮質激素受體和雌激素受體等，還包括維生素D3受體、維甲酸受體等。以N端七聯重復序列為靶點的抗激素藥物治療對于激素依賴性腫瘤有著非常重要的意義，BAG-1可以調節(jié)Hsc70/Hsp70與類固醇激素受體之間的相互影響。雌激素受體對前列腺癌的早期診斷具有重要價值。BAG-1可上調雌激素受體表達細胞對雄激素的敏感性和減少抗雄激素藥物的敏感性，這可能是前列腺癌患者對激素和抗雄激素治療耐藥的機制[8]。糖皮質激素受體作為一簇重要的甾體激素受體，BAG-1L和BAG-1M可以通過結合糖皮質激素受體，進而抑制地塞米松誘導的糖皮質激素受體介導的轉錄激活。雌激素受體可調節(jié)激素依賴性乳腺癌細胞的存活和增殖反應，Cutress等[9]發(fā)現，在體外或人類乳腺癌細胞中BAG-1L可增加雌激素依賴性癌細胞的轉錄，是乳腺癌抗激素治療的作用靶點。有研究還發(fā)現，BAG-1L在類固醇激素依賴性組織中表達較多，如乳腺、卵巢、睪丸和前列腺[10]。

2.4凋亡途徑與腫瘤 BAG-1是一種可與各種細胞分子相互結合而抑制凋亡的抗凋亡蛋白。BAG-1與其他蛋白相互作用而抑制凋亡的機制已被廣泛研究。BAG-1通過多種途徑參與抗凋亡作用，BAG-1可與Bcl-2形成復合物,促進其抗細胞凋亡的能力，還可上調Bcl-2的抗凋亡活性。BAG-1的表達下降可促進腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤的發(fā)生，提高表達水平，但是，BAG-1表達上調可阻止不同因素(如：化療、放療、熱休克等)誘導的細胞凋亡。Chen等[11]發(fā)現，在p50、p46和p33基因轉染細胞中Bcl-2蛋白表達顯著增加，而Bax、Bak、p53、Bcl-x(L)和多藥耐藥相關蛋白的表達基本不變。這表明，BAG-1的不同亞型具有不同的抗凋亡功能，其功能可能與增加Bcl-2蛋白表達有關。BAG-1可以通過結合細胞應激反應蛋白CADD34抑制它所介導的細胞應激反應，因此BAG-1的過表達可保護化療中的腫瘤細胞得以存活[12]。

2.5BAG-1與Rb蛋白 盡管Rb易患基因被報道在各種人類癌癥中失活，但Rb蛋白已被證明在結腸癌中高表達。BAG-1蛋白在結直腸癌中存在高表達，而Rb蛋白表達對結直腸腫瘤細胞的抗凋亡作用是至關重要的。進一步的研究證明,BAG-1功能與促進NF-κB生存信號通路的活性相聯系,可能在結腸癌發(fā)病中為BAG-1與NF-κB的結合有著潛在的重要作用[13]。BAG-1能通過增加核因子-κB的活性而促進細胞生存,而BAG-1促進核因子-κB活性被Rb蛋白表達顯著地抑制。因此，Rb蛋白可能通過調節(jié)BAG-1功能而促進細胞存活。此外,最近研究發(fā)現BAG-1表達在預防C-myc(一種癌基因)誘導的凋亡中是關鍵的因素,進一步強調在結直腸致癌中BAG-1潛在的重要性[14]。

3 BAG-1與腫瘤

BAG-1在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用已成為國內外研究的熱點問題之一。它在各種腫瘤中存在過度表達和在各種不同的細胞類型中抑制細胞凋亡。一些惡性腫瘤的相關研究表明，BAG-1在早期診斷以及預后評估具有重要的意義。

3.1BAG-1的亞細胞分布與腫瘤 BAG-1在正常組織中幾乎不表達，而在乳腺癌、前列腺癌、甲狀腺癌、腎癌及非小細胞肺癌中都有陽性表達，提示BAG-1與多種腫瘤的發(fā)生及進展有關[15-17]。尤其是最近的一些研究表明，腦膜瘤和胰腺癌等也存在陽性表達[18-19]。BAG-1基因的過表達可以促進轉基因動物實驗模型中腫瘤的形成。在不同腫瘤中的BAG-1不同亞型的亞細胞分布也一致。在人乳腺癌MCF7細胞株中，BAG-1L主要存在于細胞核內，BAG-1S主要存在于細胞質中，而BAG-1M在細胞核和細胞質中均有存在。這在人前列腺癌267細胞株和海拉細胞株中均有相仿的發(fā)現。BAG-1在胃癌MKN74細胞株胃癌細胞株中過表達，主要定位于細胞角蛋白和肌動蛋白絲，這也許和BAG-1基因增強細胞遷移性有關[20]。因此，BAG-1基因在亞細胞上的分布并不是固定的，而是可以變化的。結直腸癌的放射治療研究中發(fā)現，BAG-1可從細胞核遷移至細胞質，這提示BAG-1定位受到能量的影響。

較多的研究認為BAG-1在腫瘤細胞中的過度表達與臨床預后有關，但其亞細胞分布與腫瘤預后之間的關系尚存在不同的意見。有研究發(fā)現，在腫瘤細胞質中高表達的BAG-1可以減少癌癥患者死亡風險，并且可以作為一個臨床預后良好的指標[21]。然而Xie等[22]研究認為，舌鱗狀細胞癌細胞質中BAG-1過表達患者的生存期縮短。總之，BAG-1亞細胞分布與腫瘤之間的聯系有待更深入的研究。

3.2BAG-1在腫瘤中表達的研究 BAG-1在許多人腫瘤細胞中都明顯高于正常組織,且其表達與腫瘤的惡性轉歸密切相關[23-24]。BAG-1在不同腫瘤組織中的表達具有不同的意義。Townsend等[25]發(fā)現，92%乳腺癌組織中BAG-1基因免疫組織化學檢測為陽性,其中大部分呈細胞質陽性,小部分細胞核陽性；組織學分級與核表達陽性呈負相關,高分化的腫瘤細胞核表達減弱,但與細胞質表達無相關性。

在既往的相關研究中發(fā)現了BAG-1在喉癌組織中存在高表達，尤其是生存期<5年的喉癌患者BAG-1陽性表達率明顯高于5年生存者(生存期短的BAG-1陽性率高),提示BAG-1表達水平與喉癌的預后密切相關[26]。Shindoh等[27]發(fā)現，有轉移者BAG-1表達較無轉移者高，提示BAG-1表達分析可用于預測口腔鱗狀細胞癌是否有轉移的可能性。劉紅雨等[28]發(fā)現，在不伴有轉移的Ⅰ期肺癌患者中,BAG-1低表達組患者分別較高表達組生存期明顯延長，提示BAG-1可用作預測肺癌患者預后和預測轉移潛能的生物學指標。有研究顯示，BAG-1在大腸腺瘤和癌組織中存在高表達[24]，楊光華等[29]發(fā)現BAG-1在有淋巴結轉移的大腸癌組織中蛋白相對強度較高，而細胞核BAG-1高表達與腫瘤的不良預后和促進腫瘤細胞的生存相關。

4 結 語

總之，近幾年腫瘤的發(fā)病率和病死率居高不下，細胞凋亡的抑制是腫瘤發(fā)生、發(fā)展的一個重要因素，而作為細胞凋亡的調控蛋白家族中的一個新成員，BAG-1的重要作用正在日益受到重視。BAG-1參與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程，有望作為癌癥早期診斷、判斷預后指標和個體化治療以及靶向治療的靶分子。進一步探索BAG-1在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中所起的重要作用及機制，必將為了解腫瘤的成因及探索腫瘤的治療方法起到積極的作用。

[1] Takayama S,Sato T,Krajewski S,etal.Cloning and functional analysis of BAG-1:a novel Bcl-2 binding protein with anti-cell death activity[J].Cell,1995,80(2):279-284.

[2] Anderson LR,Sutherland RL,Butt AG.BAG-1 overexpression attenuates luminal apoptosis in MCF-10 A mammary epithelial cells through enhan ced RAF-1 activation[J].On cogene,2010,29(4):527-538.

[3] 李建鵬,吳倩,朱志圖,等.BAG-1在腫瘤中的研究進展[J].中國老年學雜志,2010,30(9):1308-1311.

[4] 樸春南,劉光偉,龔守良.BAG-1基因與腫瘤[J].中國實驗診斷學,2005,9(2):167-168.

[5] Sondermann H,Scheufler C,Schneider C,etal.Structure of a Bag/Hsc70 complex:convergent functional evolution of Hsp70 nucleotide exchange factors[J].Science,2001,291 (5508):1553-1557.

[6] Luders J,Demand J,Papp O,etal.Distinct isoforms of the cofactor RAG-1 differentially affect Hsc70 chaperone function[J].J Biol Chem,2000,275(20):14817-14823.

[7] Knapp RT,Steiner A,Schmidt U,etal.BAG-1 diversely affects steroid receptor activity[J].Biochem J,2012,441(1):297-303.

[8] Froesch BA,Takayama S，Reed JC.BAG-1L protein enhances androgen receptor function[J].J Biol Chem,1998,273(19):11660-11666.

[9] Cutress RI,Townsend PA,Sharp A,etal.The nuclear BAG-1 isoform,BAG-1L,enhances oestrogen-dependent transcription[J].Oncogene,2003,22(32)：4973-4982.

[10] Maki HE,Saramaki OR,Shatkina L,etal.Overexpression and gene amplification of BAG-1L in hormone-refractory prostate cancer[J].J Pathol,2007,212(4):395-401.

[11] Chen J,Xiong J,Liu H,etal.Distinct BAG-1 isoforms have different anti-apoptotic functions in BAC-1-transfected C33A human cervical carcinoma cell line[J].Oncogene,2002,21(46):7050-7059.

[12] Zhang LJ,Li ZQ,Yang YP,etal.Tunicamycin suppresse scisplatin-induced HepG2 cell apoptosis via enhancing p53 protein nuclear export[J].Mol Cell Biochem,2009,327(1/2):171-182.

[13] Southern SL,Collard TJ,Urban BC,etal.BAG-1 interacts with the p50-p50 homodimeric NF-κB complex:implications for colorectal carcinogenesis[J].Oncogene,2012,31(22):2761-2772.

[14] Zhang XY,Pfeiffer HK,Mellert HS,etal.Inhibition of the single downstream target BAG1 activates the latent apoptotic potential of MYC[J].Mol Cell Biol,2011,31(24):5037-5045.

[15] Feng R,Zhai W L,Yang H Y,etal.Induction of ER stress protects gastric cancer cells against apoptosis induced by cisplatin and doxorubicin through activation of p38 MAPK[J].Biochem Biophys Res Commun,2011,406(2):299-304.

[16] Pyrko P,Sch?nthal A H,Hofman FM,etal.The unfolded protein response regulator GRP78/BiP as a novel target for increasing chemosensitivity in malignant gliomas[J].Cancer Res,2007,67(20):9809-9816.

[17] Lin Y,Wang Z,Liu L,etal.Akt is the downstream target of GRP78 in mediating cisplatin resistance in ER stress-tolerant human lung cancer cells[J].Lung Cancer,2011,71(3):291-297.

[18] Zhou K,Jin H,Zhou T,etal.BAG-1 expression in human meningioma and correlation with clinical characteristics[J].Med Oncol,2013,30(1):458.

[19] Van der Zee JA,Ten Hagen TL,Hop WC,etal.Bcl-2 associated anthanogen-1 (Bag-1) expression and prognostic value in pancreatic head and periampullary cancer[J].Eur J Cancer,2013,49(2):323-328.

[20] 李莉，朱娟，肖菊香.多功能蛋白BAG-1與腫瘤的相關性研究[J].國外醫(yī)學腫瘤學分冊，2005,32(5)：342-344.

[21] Rorke S,Murphy S,Khalifa M,etal.Prognostic significance of BAG-1 expression in nonsmall cell lung cancer[J].Int J Cancer,2001,95(5):317-322.

[22] Xie X,Clausen OP,Boysen M.BAG-1 expression as a prognostic factor in tongue squamous cell carcinomas[J].Laryngoscope,2004,114(10):1785-1790.

[23] 李章志,萬楚成,宋斌,等.急性白血病患者BAG-1、Survivin表達及其臨床意義[J].現代腫瘤醫(yī)學,2012,20(5):1019-1021.

[24] 劉軒,李榮,郭守俊,等.Bag-1和Caspase-3在大腸癌中的表達及臨床意義[J].實用癌癥雜志,2012,27(6):562-564.

[25] Townsend PA,Dublin E,Hart IR,etal.BAG-1 expression in human breast cancer:interrelationship between BAG-1 RNA,protein,HSC70 expression and clinico-pathological data[J].J Pathol,2002,197(1):51-59.

[26] 吳曙輝,江孝清,周緒紅,等.BAG-1在喉鱗癌組織中表達及其與p53基因和細胞凋亡的相關性[J].腫瘤防治研究,2006,33(6):404-407.

[27] Shindoh M,Adachi M,Higashino F,etal.BAG-1 expression correlates highly with the malignant potential in early lesions (T1 and T2) of oral squamous cell[J].Oral Oncol,2000,36(5):444-449.

[28] 劉紅雨,白云,劉寶興,等.BAG-1基因在肺癌中的表達及其與預后關系的分析[J].中國肺癌雜志，2008,11(4):489-494.

[29] 楊光華,趙晶,李磊,等.BAG-1在大腸癌中的表達及其臨床意義[J].腫瘤防治研究，2012，39(1):71-74.