橋粒斑菲素蛋白2在相關(guān)疾病中的最新研究進展

張震，程瑤，趙銳 綜述 劉海 審校

川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科，四川 南充 637000

橋粒是一種參與細胞-細胞連接的特殊結(jié)構(gòu)，它主要負(fù)責(zé)肌細胞-肌細胞附著和維持心肌機械完整性[1-2]。作為橋粒主要組成部分之一，橋粒斑菲素蛋白2 (plakophilin2，PKP2)除在細胞黏附中發(fā)揮作用外，還在細胞連接處充當(dāng)細胞內(nèi)信號樞紐，并參與轉(zhuǎn)錄的控制，同時，它還在細胞轉(zhuǎn)運調(diào)節(jié)和電生理過程發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[3]。近年研究發(fā)現(xiàn)，PKP2異常表達和多種疾病發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。本文就橋粒斑菲素蛋白2(PKP2)的結(jié)構(gòu)特點、功能、相關(guān)信號通路調(diào)控以及在相關(guān)疾病中最新研究進展做一綜述。

1 PKP2的結(jié)構(gòu)和功能

橋粒斑菲素蛋白家族的蛋白始終被認(rèn)為是核心橋粒蛋白，它由九個犰狳(臂)重復(fù)序列組成，且具有非常長的N 端和異常短的C 端。其中每個臂含有大約42 個氨基酸，并且可形成三個短α螺旋排列成三角形[4]。橋粒斑菲素蛋白家族現(xiàn)共發(fā)現(xiàn)3個亞型，依次為橋粒斑菲素蛋白1(plakophilin 1，PKP1)、PKP2及橋粒斑菲素蛋白3(plakophilin 3，PKP3)。與PKP1 高度同源的PKP2最早在1996年被報道，人PKP2基因位于染色體12p11，PKP2 基因的mRNA 大小約為5.3 Kb，翻譯成837 個氨基酸的多肽，等電點pH 值為9.33[5]。PKP2 作為橋粒斑菲素蛋白家族中最大的蛋白，它主要以兩種不同的剪接變體存在：較小的PKP2a 和較大的PKP2b[5]。它位于細胞橋粒和細胞核中，并且參與鈣黏蛋白和細胞骨架中的中間絲之間的連接，通過橋粒-中間絲組裝提供橫向穩(wěn)定力，促進細胞間接觸[6-7]。PKP2 還主要參與細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細胞轉(zhuǎn)運調(diào)節(jié)、電生理以及轉(zhuǎn)錄調(diào)控過程。

2 PKP2所參與的調(diào)控及其相關(guān)信號通路

在橋粒斑菲素蛋白家族所有成員之中，PKP2 是唯一通過信號傳導(dǎo)正向調(diào)節(jié)表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)的成員[8]。而EGFR與腫瘤發(fā)生和侵襲有關(guān)，EGFR功能異?？善茐钠湎掠涡盘杺鲗?dǎo)通路，如STAT1/3和PI3K/AKT通路，這些通路具有促進細胞增殖、侵襲和血管生成的能力[9]。在肺腺癌中，PKP2正是通過激活肺腺癌中EGFR及其下游的信號通路促進肺腺癌細胞增殖和遷移[10]。也有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，PKP2在功能上與E-鈣黏蛋白相關(guān)，并參與β-catenin 介導(dǎo)的信號通路，該條信號通路是上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transition，EMT)的標(biāo)志[11-12]。而EMT 的主要功能是能夠減少細胞-細胞黏附并增加腫瘤細胞的運動性，這表明EMT是腫瘤遷移的主要機制[13]。在一份關(guān)于結(jié)腸癌的研究結(jié)果中，PKP2 正是通過異常激活Wnt/β-catenin 信號通路導(dǎo)致結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展[14]。而在心肌細胞中，當(dāng)PKP2缺乏時可通過啟動和激活Wnt/β-catenin通路，促使心肌細胞纖維脂肪沉積，導(dǎo)致心律失常性心肌病的發(fā)生發(fā)展[15]；當(dāng)PKP2 表達缺乏時也會導(dǎo)致TGF-β1表達增加和p38-MAPK 依賴性促纖維化程序激活，這可能是另外一種促進心肌細胞纖維化的途徑[16]。Hippo信號通路因其作為組織生長關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，參與調(diào)節(jié)多種生物過程，比如調(diào)控細胞增殖、存活、運動、形成和差異，而閏盤拆卸可導(dǎo)致Hippo 通路激活以及Hippo 通路效應(yīng)子YAP(Yes-associated protein)下游磷酸化而失活，這有助于抑制Wnt/β-catenin 信號和增強脂肪生成[17-18]。

當(dāng)敲除PKP2導(dǎo)致細胞內(nèi)PKP2缺失后，miR-200b表達顯著上調(diào)，從而抑制了參與細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)黏附的整合素-α1(Itgα1)表達，進而改變心肌細胞間黏附[19]；同時，PKP2的缺失導(dǎo)致E2F1通路抑制，miR-184 啟動子CpG 位點高甲基化，導(dǎo)致抑制脂肪形成的miR-184水平下調(diào)，從而參與了PKP2缺陷細胞中脂肪形成的發(fā)病機制[20]；另一方面，PKP2的缺失促進連接蛋白43(connexin43，Cx43)半通道開放并促進ATP 釋放，腺苷2A 受體(adenosine 2A receptor，A2AR)能夠激活PKP2 缺失動物纖維化進程和心功能受損[21]；當(dāng)然，在PKP2表達下降后，心臟間充質(zhì)基質(zhì)細胞(cardiac mesenchymal stromal Cells，cMSCs)中神經(jīng)肽Y 依耐性脂肪也會生成增加[22]。由此可得出，PKP2 的異常表達通過參與和調(diào)控以上這些信號通路而導(dǎo)致相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展。

3 PKP2相關(guān)疾病

3.1 心臟疾病 PKP2 不僅參與肌細胞間黏附，而且能維持心肌完整性。PKP2 功能障礙導(dǎo)致心肌細胞內(nèi)電生理學(xué)、信號傳導(dǎo)發(fā)生異常[3]。PKP2 表達缺失，破壞了閏盤鈉通道運輸，從而導(dǎo)致鈉通道功能損壞和鈉電流波幅降低，進而促使心律失常發(fā)生[23]；同時，PKP2 表達的缺失也會引起胞內(nèi)鈣離子循環(huán)和轉(zhuǎn)錄過程也發(fā)生異常[24]。由于PKP2變異，心肌細胞間黏附減弱，細胞間隙擴大而不能結(jié)合，從而促進心肌細胞發(fā)生纖維化，引起心臟傳導(dǎo)延遲和心律失常的發(fā)生。因此，PKP2 變異與多種心臟遺傳性疾病有關(guān)。PKP2 的變異會導(dǎo)致不同的臨床表現(xiàn)，最常見的即為：致心律失常性右心室心肌病(arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy，ARVC)，該病心源性猝死(sudden cardiac death，SCD)發(fā)生率極高。更為重要的是，在明顯的心肌病出現(xiàn)之前，SCD就可能是其最初的表現(xiàn)，這為該病的診療帶來巨大的困難。而另一個遺傳性心臟疾?。翰剪敿舆_綜合征(Βrugada syndrome，ΒrS)，這種遺傳性心律失常的特征是右心前區(qū)導(dǎo)聯(lián)ST段抬高，也會出現(xiàn)危及生命的室性心律失常，而且在心肌沒有出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性病變就發(fā)生SCD 方面具有很高風(fēng)險，目前已有研究發(fā)現(xiàn)它可能與PKP2 的錯義突變和心臟鈉電流降低有關(guān)[25]，但更確切和完善的機制還未完全探明，還需更加深入的探索研究。因此發(fā)現(xiàn)并確定PKP2 和ARVC 以及ΒrS 的關(guān)系，使得PKP2 的變異可能作為臨床ARVC和ΒrS患者的檢測指標(biāo)。

3.2 惡性腫瘤

3.2.1 肺癌 HAO 等[10]研究發(fā)現(xiàn)PKP2 在肺癌腫瘤組織中的表達高于對應(yīng)的非腫瘤組織，并且PKP2在肺鱗癌(lung squamous cell carcinoma，LUSC)中的表達高于肺腺癌(lung adenocarcinoma，LUAD)。PKP2異常高表達與LUAD 患者不良預(yù)后和EGFR 激活有關(guān)，因此，他們得出PKP2 通過激活EGFR 信號促進肺腺癌細胞增殖和遷移的結(jié)論。在同年另一份研究中發(fā)現(xiàn)：在LUAD中，SOX30(一種肺腺癌的典型抑癌基因)能夠?qū)KP2 表達進行調(diào)控[26]。表明SOX30-PKP2可能在LUAD的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。此后，更進一步的研究發(fā)現(xiàn)：在肺癌放射治療方面，PKP2 參與的靶向PRMT1/PKP2/β-連環(huán)蛋白/LIG4 通路是克服肺癌輻射抵抗的有效途徑[27]。另外，WU 等[28]研究發(fā)現(xiàn)PKP2 的敲低在體外抑制了肺癌細胞的增殖和侵襲，同時在體內(nèi)抑制了異種移植肺腫瘤的發(fā)展，并證明了PKP2 在LUAD 中的高表達與增強的EMT 和黏著斑相關(guān)，PKP2 的敲低抑制了EMT 相關(guān)波形蛋白和N-鈣黏蛋白的表達，以及ΒMP4、ICAM1和VCAM1在異種移植腫瘤和肺癌細胞中黏著斑相關(guān)表達，得出PKP2 可能通過增強局灶黏附和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化促進肺腺癌發(fā)展的結(jié)論。此外，有研究表明，糖酵解的致癌調(diào)節(jié)功能可以改變癌細胞的凋亡情況[29]。PKP2 作為糖酵解相關(guān)基因，可能與非小細胞肺癌的不良預(yù)后相關(guān)[30]。因此，PKP2的下調(diào)可以通過多種途徑抑制肺癌細胞的生長和侵襲，促進肺癌細胞對放射治療的敏感性，可能成為治療肺癌的潛在靶標(biāo)。

3.2.2 膠質(zhì)母細胞瘤 膠質(zhì)母細胞瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的原發(fā)性腦腫瘤，其特點是預(yù)后差、死亡率高。ZHANG 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)母細胞瘤組織中PKP2 蛋白表達水平相較于正常腦組織顯著升高，并且PKP2 高表達與膠質(zhì)母細胞瘤患者預(yù)后不良密切相關(guān)，另外，下調(diào)PKP2表達可以抑制膠質(zhì)母細胞瘤細胞增殖和遷移。此后，TANG 等[32]在更深入的研究中發(fā)現(xiàn)：PKP2 作為轉(zhuǎn)錄因子EGR3(早期生長反應(yīng)3)的靶點，激活EGFR通路，從而導(dǎo)致膠質(zhì)母細胞瘤細胞的惡性生物學(xué)行為。這揭示了PKP2在膠質(zhì)母細胞瘤發(fā)病機制中的潛在作用，提示PKP2 可能有希望成為膠質(zhì)母細胞瘤新的治療靶點。

3.2.3 乳腺癌 乳腺癌是女性癌癥死亡的主要原因，轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的生存率極低。有研究表明：在乳腺癌中，PKP2的驅(qū)動突變可以增強癌細胞遷移并且促進癌細胞轉(zhuǎn)移，且與患者遠期預(yù)后密切相關(guān)[33]。在此后在更進一步的研究中，WANG等[34]開發(fā)了一種用來預(yù)測腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陰性的三陰性乳腺癌中(triple-negative breast cancer，TNΒC)患者的模型，該模型所包含的PKP2 正是用來估計腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的風(fēng)險。這使得PKP2 有望成為轉(zhuǎn)移性乳腺癌早期診斷的關(guān)鍵靶點以提高乳腺癌患者的遠期生存率。

3.2.4 卵巢癌 XIE 等[35]首次整合了轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)來鑒定與預(yù)后相關(guān)的高級別漿液性卵巢癌分子亞型，隨即通過通路分析顯示：該通路中的PKP2 在卵巢癌其中一種亞型中過表達，提示PKP2在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中起關(guān)鍵作用。一年后，新研究表明：PKP2 mRNA和蛋白在卵巢癌中表達上調(diào)，并且可能參與多種生物學(xué)行為、信號通路和免疫浸潤等，有望作為卵巢癌早期診斷和預(yù)后評估的潛在生物標(biāo)志物[36]。惡性腫瘤最主要特征是腫瘤細胞過度增殖、高度遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移能力，而這些特征是惡性腫瘤患者不良預(yù)后的主要原因之一。關(guān)于PKP2 與惡性腫瘤的最新研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它與肺癌、膠質(zhì)母細胞瘤、乳腺癌、卵巢癌等惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，而在不同惡性腫瘤中，由于表達水平和參與的信號通路調(diào)控的差異，PKP2 發(fā)揮的作用也不盡相同，這使得PKP2在惡性腫瘤中的研究更具有探索意義和探索價值。

3.3 牙周炎性疾病 2016年的一項研究發(fā)現(xiàn)，在慢性牙周炎中，與牙周復(fù)合體特征相關(guān)位點有關(guān)的PKP2 可能與慢性牙周炎生物亞型的炎癥和免疫反應(yīng)改變相關(guān)[37]。4年后，新的研究表明，在受感染的牙齦上皮(HGEp)細胞中，編碼橋粒成分的PKP2作為維持上皮屏障功能的主要細胞-細胞連接復(fù)合物之一，它每一個編碼成分的基因在其啟動子處增加了DNA甲基化，而且啟動子甲基化的增加與PKP2 基因的mRNA 豐度降低相關(guān)[38]。其后的研究發(fā)現(xiàn)：牙周炎患者牙齦活檢的PKP2 mRNA 約為健康對照組的兩倍。PKP2 蛋白主要在牙齦上皮中表達，它在維持牙齦上皮屏障功能中起著關(guān)鍵作用，并且易被牙齦假單胞菌產(chǎn)生的半胱氨酸蛋白酶降解，這就是牙齦假單胞菌通過促進PKP2 降解而損害上皮屏障功能的機制[39]。PKP2 在牙周炎性疾病中的獨特作用有可能為牙周疾病的診斷和治療帶來新方向。

3.4 病毒感染 WANG 等[40]研究發(fā)現(xiàn)，PKP2 能夠與流感病毒PΒ1 蛋白相互作用，與PΒ1 的c 端結(jié)構(gòu)域結(jié)合的同時阻斷PΒ2 與PΒ1相互作用，從而抑制甲型流感病毒(influenza A viruses，IAV)聚合酶活性，進而限制了隨后的病毒復(fù)制。這表明PKP2是IAV聚合酶復(fù)合物的天然抑制劑。在最近關(guān)于由SARS-CoV-2感染引起的新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)研究中也發(fā)現(xiàn)，在SARS-CoV-2 表達量變化最多的宿主基因中包含了具有抑制病毒復(fù)制功能的PKP2[41]。這可能使得PKP2 成為識別新的抗病毒藥物靶點，為新型抗病毒藥物的開發(fā)提供基礎(chǔ)。

4 小結(jié)

綜上所述，PKP2 異常表達會激活并調(diào)節(jié)相關(guān)信號通路，從而引起對應(yīng)疾病發(fā)生發(fā)展。目前PKP2 在其他生物學(xué)活動中的機制研究有了很大進展，可為相關(guān)疾病臨床診斷、治療等提供可靠的理論依據(jù)，使得PKP2 有望成為相關(guān)疾病診治的特異性標(biāo)志物和特異性治療的新靶點。但由于PKP2相關(guān)疾病研究近年來主要集中在心肌疾病、惡性腫瘤、牙周炎、病毒感染等疾病中，因此仍需將疾病研究范圍進一步擴大；同時，PKP2引起相關(guān)疾病的機制并不完善，所參與的信號通路十分復(fù)雜，相關(guān)機制也還需進一步進行探索研究。