代德柱 時(shí) 謹(jǐn) 宋旭東 吳 旭 陶國(guó)全

PMAIP1是由54個(gè)氨基酸和一個(gè)BH3結(jié)構(gòu)域(Bcl-2 homologous domain 3, BH3)構(gòu)成,屬于Bcl-2 蛋白家族中的促凋亡亞家族成員。Bcl-2蛋白家族在細(xì)胞的凋亡過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用,目前的研究已發(fā)現(xiàn)多種Bcl-2家族同源蛋白。其蛋白家族中的成員可以發(fā)揮促進(jìn)凋亡或抑制凋亡的作用[1]。由于PMAIP1僅具有一種 Bcl-2 同源結(jié)構(gòu)域,即 BH-3結(jié)構(gòu)域,故又被稱(chēng)為 BH3-only 蛋白[2]。此外,在細(xì)胞的凋亡過(guò)程中PMAIP1可以調(diào)節(jié)Bcl-2的表達(dá),進(jìn)而影響細(xì)胞凋亡的過(guò)程[3]。PMAIP1本身具有的相關(guān)特性使其成為了腫瘤發(fā)生、發(fā)展的重要參與者及假定的化學(xué)治療靶點(diǎn)。已有研究表明PMAIP1是誘導(dǎo)凋亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,該基因通過(guò)上調(diào)或下調(diào)進(jìn)而影響惡性腫瘤的發(fā)生與發(fā)展,如胃癌、結(jié)直腸癌、胰腺癌、肝癌等都受到PMAIP1的調(diào)控[4]。PMAIP1本身對(duì)細(xì)胞凋亡的影響可能很小,但其可以與細(xì)胞凋亡途徑中的有關(guān)蛋白質(zhì)發(fā)生相互作用,從而在細(xì)胞凋亡的過(guò)程發(fā)揮重要的作用,這也突出了PMAIP1在某些癌癥的發(fā)病機(jī)制和治療中的重要性。

一、結(jié)構(gòu)與部分致變因素

2000年,Oda等[5]證實(shí)了PMAIP1屬于Bcl-2家族中的促凋亡成員。PMAIP1基因定位于18號(hào)染色體長(zhǎng)臂q21.32,長(zhǎng)4301bp,其包含3個(gè)外顯子,2個(gè)內(nèi)含子以及3個(gè)剪接變異體,編碼全長(zhǎng)為54個(gè)氨基酸的蛋白以及一個(gè)BH3結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄本。

PMAIP1基因的表達(dá)受各種外部因素影響。例如,已有研究證明5-阿扎胞苷誘導(dǎo)PMAIP1引發(fā)急性髓系白血病細(xì)胞發(fā)生Venetoclax介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,該實(shí)驗(yàn)通過(guò)轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)BH3-only促凋亡蛋白PMAIP1,這種誘導(dǎo)在治療數(shù)小時(shí)內(nèi)發(fā)生,并由綜合應(yīng)激反應(yīng)通路介導(dǎo),PMAIP1敲除證實(shí)了其在驅(qū)動(dòng) Venetoclax 和 5-阿扎胞苷協(xié)同作用中的主要作用[6]。關(guān)于PMAIP1在肺腺癌的表達(dá)方面,已有相關(guān)研究結(jié)果證明,穿心蓮內(nèi)酯可通過(guò)上調(diào)PMAIP1從而誘導(dǎo)人肺腺癌細(xì)胞的凋亡[7,8]。實(shí)驗(yàn)證明PMAIP1通過(guò)激活穿心蓮內(nèi)酯誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中的轉(zhuǎn)錄因子-4(activating transcription factor 4, ATF4)被轉(zhuǎn)錄激活,通過(guò)siRNA 敲低 ATF4 顯著減少了 PMAIP1 的反式激活以及穿心蓮內(nèi)酯誘導(dǎo)的凋亡群體。此外,已有研究表明,PMAIP1基因可被干擾素刺激反應(yīng)元件、γ-三肽分泌酶抑制劑、低氧誘導(dǎo)因子1α、和E2F轉(zhuǎn)錄因子1(E2F transcription factor 1, E2F1)等激活轉(zhuǎn)錄過(guò)程,從而影響其表達(dá)[9,10]。

二、基因表達(dá)的調(diào)控

1.p53依賴(lài)性調(diào)控:由于PMAIP1含有p53的結(jié)合位點(diǎn),所以當(dāng)細(xì)胞受到信號(hào)刺激后p53可直接與PMAIP1上的靶位點(diǎn)結(jié)合,從而促進(jìn)PMAIP1的轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)來(lái)介導(dǎo)凋亡過(guò)程。2000年Oda等[5]通過(guò)腺病毒將p53轉(zhuǎn)入野生型小鼠胚胎成纖維細(xì)胞或暴露于γ輻射的胸腺細(xì)胞中后,研究發(fā)現(xiàn)PMAIP1基因的mRNA 水平迅速增加。此外,Oda等通過(guò)分離小鼠PMAIP1基因后,發(fā)現(xiàn)小鼠 PMAIP1基因包含一個(gè)潛在的 p53 識(shí)別序列,位于155～174 的啟動(dòng)子區(qū)域,從而確定靶基因的表達(dá)涉及 p53 的激活。這一發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)Ploner等[11]在PMAIP1基因中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)位于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游的類(lèi)似p53 的反應(yīng)元件。

p53反應(yīng)元件的發(fā)現(xiàn)加快了PMAIP1在p53誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中的作用研究。Oda等[5]使用了缺乏p53表達(dá)的人Saos2 細(xì)胞,他們篩選了人類(lèi)靶基因 cDNA 同源物,發(fā)現(xiàn)擴(kuò)增cDNA 與成人T淋巴細(xì)胞白血病PMA反應(yīng)基因 (ATL-derived PMA-responsive gene, APR) 幾乎相同?？梢源_定, PMAIP1表達(dá)水平上調(diào)可以通過(guò) BH3 依賴(lài)性方式誘導(dǎo)缺乏 p53 的人Saos2細(xì)胞凋亡。接著,他們通過(guò)用表達(dá) p53 的腺病毒感染 Saos2 細(xì)胞檢測(cè)到人類(lèi) PMAIP1 mRNA 表達(dá)水平增加,接著使用反義寡核苷酸抑制靶基因表達(dá),發(fā)現(xiàn)細(xì)胞凋亡被消除。在含有 p53 的造血干細(xì)胞系中也獲得了類(lèi)似的結(jié)果由此可見(jiàn)人類(lèi) PMAIP1可作為 p53 的靶標(biāo)以及 p53 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的介質(zhì)。

2.p53非依賴(lài)性調(diào)控:盡管已經(jīng)確定PMAIP1是p53誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的介質(zhì),但有研究發(fā)現(xiàn),在不依賴(lài)p53的情況下,PMAIP1也可以誘導(dǎo)基因表達(dá)。細(xì)胞在缺氧或受到不可逆損傷無(wú)法修復(fù)時(shí),低氧誘導(dǎo)因子1α可以與PMAIP1的啟動(dòng)子上游缺氧反應(yīng)元件的核心序列結(jié)合,從而激活PMAIP1轉(zhuǎn)錄,這證實(shí)了PMAIP1可以通過(guò)p53非依賴(lài)途徑發(fā)揮促細(xì)胞凋亡作用[9]。

Fidyt等[12]研究發(fā)現(xiàn),有效的p53非依賴(lài)性PMAIP1可誘導(dǎo)混合譜系白血病重排的B細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病細(xì)胞對(duì)維奈托克的敏感度,并證明了可通過(guò)在體外或體內(nèi)以不依賴(lài) p53 的方式上調(diào) p53 靶標(biāo)的表達(dá),從而具有腫瘤抑制功能。Flinterman等[13]研究發(fā)現(xiàn),在 p53 缺陷 Saos2 細(xì)胞中過(guò)表達(dá)的腺病毒早期區(qū)域1A(Early Region 1A,E1A)基因引起了致癌應(yīng)激,而這種應(yīng)激導(dǎo)致了PMAIP1的誘導(dǎo)表達(dá),他們的研究結(jié)果表明,E1A激活p73和p53凋亡靶點(diǎn)PMAIP1可以在功能性p53缺失的情況下發(fā)生。這種激活可能在某些癌癥中E1A誘導(dǎo)的非p53依賴(lài)性凋亡機(jī)制中起關(guān)鍵作用,并可能為未來(lái)的癌癥治療提供一條新的途徑。Lau等[14]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)人雙微基因2(human double minute 2,HDM2) 或 E3 泛素蛋白連接酶 MDM2(mouse double minute 2)被 p53-/HCT116 結(jié)腸癌細(xì)胞中的小分子抑制劑 Nutlin-3 抑制時(shí),p53 非依賴(lài)性 PMAIP1表達(dá)也會(huì)增加。

Bertin-Ciftci等[15]研究表明,E2F-1 的異位表達(dá)或 RB/E2F 通路的失調(diào)以不依賴(lài) p53 的方式觸發(fā) PMAIP1水平升高。Hershko等[16]研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)源性 E2F-1 在 PMAIP1基因的啟動(dòng)子區(qū)域具有對(duì)應(yīng)的結(jié)合位點(diǎn),E2F-1與PMAIP1的結(jié)合促進(jìn)了PMAIP1誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。

PMAIP1以不依賴(lài) p53 的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)的另一種情況可能涉及 T 細(xì)胞受體 (T cell receptor,TCR) 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。Alves等[17]研究發(fā)現(xiàn),p53 缺陷細(xì)胞中的TCR 受刺激后PMAIP1蛋白水平明顯上調(diào),表明TCR 在人 T 淋巴細(xì)胞中誘導(dǎo) PMAIP1表達(dá)獨(dú)立于 p53之外。

三、在惡性實(shí)體腫瘤中的作用

已有研究表明,PMAIP1基因在某些癌癥的發(fā)病機(jī)制中直接或間接與凋亡途徑中的某些參與者相互作用而產(chǎn)生的效應(yīng),對(duì)細(xì)胞最終的轉(zhuǎn)歸發(fā)揮重要作用。

肛周膿腫術(shù)后分期外用苦柏油與促愈油促進(jìn)創(chuàng)面愈合的臨床觀察 ………………………………………… 陳 婷等（2）：233

1.PMAIP1與胃癌:幽門(mén)螺桿菌(helicobacter pylori, HP)在人胃上皮細(xì)胞中可誘導(dǎo)髓系細(xì)胞白血病-1(myeloid cell leukemia-1,Mcl1)的表達(dá)。Mcl1是Bcl-2蛋白家族成員之一,表達(dá)致癌蛋白 Mcl1細(xì)胞的凋亡主要受 PMAIP1介導(dǎo)的 Mcl1 降解的調(diào)節(jié)。Rath等[18]研究發(fā)現(xiàn),與未感染HP的樣本比較,感染了HP的人胃上皮細(xì)胞、胃腺癌細(xì)胞中Mcl1 和PMAIP1的表達(dá)均顯著上調(diào)。

PMAIP1在受感染的人胃上皮細(xì)胞中可通過(guò)c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)通路使絲氨酸殘基磷酸化,從而導(dǎo)致PMAIP1的細(xì)胞質(zhì)滯留。JNK的抑制增強(qiáng)了受感染細(xì)胞線粒體部分中的 Mcl1-PMAIP1 相互作用,而非磷酸化PMAIP1的過(guò)表達(dá)導(dǎo)致受感染上皮細(xì)胞中線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡增強(qiáng)。磷酸化-去磷酸化可以調(diào)節(jié) PMAIP1的凋亡功能,這可能是未來(lái)治療幽門(mén)螺桿菌誘導(dǎo)的胃癌的潛在靶分子。

孫海斌等[19]探討了microRNA21 (miR21)對(duì)胃癌臨床特征、增殖、侵襲和遷移的影響以及與PMAIP1相關(guān)的潛在機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)在胃癌組織樣品中miR-21表達(dá)水平增加而PMAIP1表達(dá)水平卻是降低的,通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究證明miR-21可以通過(guò)PMAIP1影響胃癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移,增加miR-21的表達(dá)水平和降低PMAIP1的表達(dá)水平都會(huì)減少腫瘤細(xì)胞的凋亡,從而導(dǎo)致胃癌患者的不良預(yù)后。同樣張新元等[20]通過(guò)測(cè)定胃癌組織和胃癌癌旁組織中PMAIP1 的mRNA水平,并觀察了對(duì)應(yīng)患者的預(yù)后情況。他們發(fā)現(xiàn),PMAIP1低表達(dá)的患者其淋巴轉(zhuǎn)移率高、腫瘤浸潤(rùn)程度深以及預(yù)后也往往比較差。盡管目前PMAIP1影響胃癌發(fā)生、發(fā)展的作用機(jī)制仍有待進(jìn)一步探索,但這些研究結(jié)果共同表明,PMAIP1表達(dá)水平的高低將會(huì)影響胃癌患者最終的轉(zhuǎn)歸。在胃癌的化療藥物開(kāi)發(fā)方面可以通過(guò)調(diào)控PMAIP1介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡途徑,進(jìn)而可以增加胃癌對(duì)化療藥物的有效性。

2.PMAIP1與結(jié)直腸癌:Conti等[21]和Kosmidou等[22]研究表明,PMAIP1 表達(dá)在某些情況下被上調(diào),他們推測(cè) PMAIP1對(duì)結(jié)直腸癌的發(fā)生與發(fā)展可能會(huì)產(chǎn)生一定的影響。他們證明了 KRAS G13D (kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog,KRAS,Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基因同源)突變上調(diào)依賴(lài)于細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶2(extracellular regulated protein kinases 2,ERK2) 而非 ERK1 激活的PMAIP1。此外,他們還發(fā)現(xiàn)PMAIP1表達(dá)使癌前上皮細(xì)胞在通過(guò)各種細(xì)胞毒劑處理誘導(dǎo)后對(duì)細(xì)胞凋亡更加敏感,在結(jié)直腸癌細(xì)胞中,盡管它們的基線水平高于癌前上皮細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的水平,但是KRAS 仍不會(huì)上調(diào) PMAIP1水平。他們發(fā)現(xiàn)這種差異是由于蛋白激酶B(protein kinase B, PKBorAkt)的異常誘導(dǎo)抵消了 KRAS 對(duì) PMAIP1 和細(xì)胞凋亡的影響所造成的。

另一項(xiàng)研究表明,A-激酶錨定蛋白 4 (A-kinase anchoring protein 4,AKAP4) 在結(jié)直腸癌細(xì)胞中表達(dá),但在正常結(jié)直腸細(xì)胞中卻不表達(dá)。這表明一旦 AKAP4 被消融,促凋亡分子就會(huì)增加。因此,可以假設(shè)PMAIP1 以及其他促凋亡分子可能在AKAP4表達(dá)后在結(jié)腸直腸癌的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮間接作用。Conti等[23]研究表明Akt途徑參與在致癌KRAS存在下將會(huì)對(duì)抗PMAIP1依賴(lài)性細(xì)胞凋亡。他們發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌細(xì)胞對(duì)治療的敏感度不依賴(lài)于KRAS的狀態(tài),盡管ERK2仍然促進(jìn)PMAIP1的表達(dá),但在突變的KRAS存在下,PMAIP1水平并不會(huì)上調(diào)。這一發(fā)現(xiàn)揭示了當(dāng)KRAS突變時(shí)將會(huì)有其他存活途徑來(lái)抵消這種突變KRAS的促凋亡作用,例如PI3K/Akt途徑,且在致癌KRAS存在的情況下,Akt的抑制可以恢復(fù)對(duì)治療的敏感度。KRAS突變?cè)谌祟?lèi)結(jié)直腸癌中經(jīng)常被檢測(cè)到,這種KARS突變可以導(dǎo)致新生凋亡耐藥性和最終藥物治療的失敗。

3.PMAIP1與肺癌:盡管近年來(lái)肺癌在診斷和治療方面取得了許多進(jìn)展,但非小細(xì)胞肺癌 (non-small cell lung cancer,NSCLC) 的治療尚存在較大的困難,且其預(yù)后往往較差。因此,亟需進(jìn)一步研究該疾病的發(fā)病機(jī)制,以提高對(duì)該疾病的理解以及研究設(shè)計(jì)出新的治療方法。

Jun等[25]研究確定Bim低表達(dá)與鱗狀細(xì)胞癌組織學(xué)和腫瘤侵襲或增殖之間存在聯(lián)系,然而沒(méi)有觀察到 PMAIP1表達(dá)與疾病階段、組織學(xué)和生存結(jié)果之間的顯著聯(lián)系。在另一項(xiàng)研究中,Yan等[26]實(shí)際上發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo) PMAIP1表達(dá)可促進(jìn)人肺癌細(xì)胞的凋亡,從而抑制癌癥的進(jìn)展。Mcl1 為細(xì)胞凋亡提供了一條逃逸途徑,并且在包括 NSCLC 在內(nèi)的幾種人類(lèi)癌癥中過(guò)表達(dá)。

Mcl1在小細(xì)胞肺癌的發(fā)生發(fā)展中也尤為重要。Hauck等[27]研究觀察到 H526 和 WBA 細(xì)胞系與 ABT-737(美國(guó)雅培制藥有限公司) 孵育24h后將會(huì)導(dǎo)致PMAIP1表達(dá)增加,這表明PMAIP1可能在 ABT-737 介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中起直接作用。他們的結(jié)果表明,PMAIP1表達(dá)是 ABT-737 敏感度的關(guān)鍵因素,而PMAIP1介導(dǎo)的 Mcl1 表達(dá)調(diào)節(jié)的喪失可能是小細(xì)胞肺癌生物學(xué)的一個(gè)重要特征。因此,PMAIP1在防止 Mcl1 在正常細(xì)胞生長(zhǎng)條件下過(guò)表達(dá)方面的作用至關(guān)重要。

4.肝癌:PMAIP1在肝細(xì)胞癌的化學(xué)治療機(jī)制中也發(fā)揮著重要作用。單一的酪氨酸激酶抑制劑如索拉菲尼在治療肝細(xì)胞癌時(shí)僅有適度的功效。Busche等[28]研究促凋亡劑,如腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(recombinant tumor necrosis factor related apoptosis inducing ligand,TRAIL)或BH3模擬物ABT-737和索拉菲尼聯(lián)合后的治療效果,他們發(fā)現(xiàn)這兩種促凋亡劑均可以增強(qiáng)索拉菲尼誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡,且這種增強(qiáng)作用均和PMAIP1有關(guān),且TRAIL僅在表達(dá)PMAIP1的肝癌細(xì)胞中增強(qiáng)索拉非尼誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡,而ABT-737也只在PMAIP1缺陷細(xì)胞中增強(qiáng)索拉非尼的應(yīng)答。這些發(fā)現(xiàn)均證實(shí)了PMAIP1在肝細(xì)胞癌的治療中存在著積極的意義。朱衛(wèi)東等[29]研究PMAIP1的表達(dá)與肝癌細(xì)胞之間的關(guān)系,他們發(fā)現(xiàn)PMAIP1的表達(dá)水平直接影響著肝細(xì)胞癌的分化程度以及TMN分期和患者的預(yù)后。除此之外,他們的研究還發(fā)現(xiàn)高表達(dá)的PMAIP1可以抑制肝癌細(xì)胞HepG2的增殖并促進(jìn)其凋亡。

隨著研究的不斷深入,PMAIP1的作用機(jī)制也將會(huì)進(jìn)一步明確。通過(guò)把控PMAIP1的調(diào)控通路,設(shè)計(jì)新的治療靶點(diǎn)將會(huì)是一種新的、有效的治療肝細(xì)胞癌的措施。

5.PMAIP1與其他:一項(xiàng)研究評(píng)估了 PMAIP1 和p53上調(diào)凋亡調(diào)控因子(p53 upregulated modulator of apoptosis,PUMA)是否與前列腺癌復(fù)發(fā)有關(guān),研究發(fā)現(xiàn)前列腺癌中 PMAIP1表達(dá)增加。PMAIP1表達(dá)與臨床預(yù)后也存在一定的關(guān)系,對(duì)于預(yù)測(cè)前列腺癌的預(yù)后有著重要的價(jià)值。在將來(lái),PMAIP1或許能夠成為判斷前列腺癌預(yù)后的潛在標(biāo)志物。在許多其他現(xiàn)有臨床標(biāo)志物中,PMAIP1 也可能有助于預(yù)測(cè)前列腺癌的復(fù)發(fā)。

目前關(guān)于乳腺癌的研究已經(jīng)相對(duì)成熟,乳腺癌是中老年女性常見(jiàn)的惡性腫瘤,且預(yù)后較差。乳腺癌的發(fā)生發(fā)展以及治療耐藥性的一個(gè)主要因素就是凋亡途徑的失調(diào),尤其是p53或p73依賴(lài)型途徑。乳腺癌治療經(jīng)常涉及阻止細(xì)胞有絲分裂的微管靶向劑,例如紫杉醇。Karbon等[30]研究發(fā)現(xiàn),PMAIP1可以作為乳腺癌患者生存的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子,且PMAIP1蛋白表達(dá)是三陰性乳腺癌細(xì)胞中紫杉醇敏感度的重要因素,決定了微管靶向藥物的易感性。有研究表明,PMAIP1基因在轉(zhuǎn)染乳腺癌MCF-7細(xì)胞后能夠抑制細(xì)胞增殖并促進(jìn)其凋亡。

此外,有研究表明PMAIP1能夠介導(dǎo)依托泊苷引起神經(jīng)母細(xì)胞瘤的死亡,PMAIP1在惡性腫瘤中的發(fā)生與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以及細(xì)胞的凋亡過(guò)程中都發(fā)揮了重要的作用。因此,筆者發(fā)現(xiàn)在研究某些腫瘤發(fā)生、發(fā)展的作用機(jī)制時(shí),離不開(kāi)PMAIP1的表達(dá)和調(diào)控。

四、展 望

PMAIP1可參與并影響B(tài)cl-2 家族蛋白的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,并在 p53 依賴(lài)性和 p53 非依賴(lài)性途徑中發(fā)揮作用,以控制細(xì)胞增殖和凋亡。一些研究證明了PMAIP1在不同癌癥的發(fā)病機(jī)制中都發(fā)揮著重要作用。PMAIP1在與不同途徑中的不同蛋白質(zhì)相互作用所表現(xiàn)出的生物學(xué)特性為惡性腫瘤的化學(xué)治療擴(kuò)展了新的思路。PMAIP1的作用在很大程度上取決于其表達(dá)的環(huán)境,不論是在癌癥的類(lèi)型、誘導(dǎo)的信號(hào)類(lèi)型方面,還是直接或間接影響 PMAIP1表達(dá)的抵消途徑方面,PMAIP1的表達(dá)都會(huì)受到微環(huán)境的影響。隨著相應(yīng)研究的不斷深入,PMAIP1在惡性腫瘤中的作用機(jī)制也將會(huì)更加明確。期待在不久的將來(lái),PMAIP1將會(huì)運(yùn)用于更多的惡性腫瘤的治療當(dāng)中,為惡性腫瘤患者的治療帶來(lái)更多的福音。