梁巧青 馮震博

Beclin1基因也稱BECN 1基因，是酵母ATG6的同系物,也是哺乳動物參與自噬的特異性基因。大量研究表明beclin1不僅參與自噬體的形成, 還可通過調(diào)節(jié)自噬活性對腫瘤發(fā)生、發(fā)展起著重要作用。目前, beclin1已被確定為一個新的候選抑癌基因[1]。本文就beclin1基因研究的現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1 自噬及自噬基因Beclin1基因的概述

自噬現(xiàn)象是一種高度保守的細(xì)胞行為,幾乎存在于所有的物種,與細(xì)胞的生長、增殖，以至腫瘤的發(fā)生過程關(guān)系密切。主要參與細(xì)胞內(nèi)大分子物質(zhì)的循環(huán)及再利用、受損細(xì)胞器的清除，在維護(hù)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)方面起重要作用，并且是完整細(xì)胞器和大分子蛋白降解的主要途徑[2]。自噬體的形成與ATG(Au Topha Gy-related gene)系列基因有關(guān)。近十年來，隨著酵母模型的建立和基因技術(shù)的發(fā)展，人們對自噬分子機制和形態(tài)特點的了解才逐漸深入，自噬是一種選擇性的非caspase依賴的程序性細(xì)胞死亡[3]。細(xì)胞自噬是體內(nèi)多余的蛋白質(zhì)和亞細(xì)胞成分在溶酶體降解的復(fù)雜的催化過程．是正常細(xì)胞的功能[2]。自噬性細(xì)胞死亡有別于凋亡(I型程序性死亡)，因而被稱為Ⅱ型程序性死亡。自噬調(diào)控機制的失調(diào)與多種疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，如神經(jīng)變性性疾病、自身免疫病、惡性腫瘤、衰老、病原微生物感染、肌細(xì)胞功能失調(diào)等[4]。近年來自噬與腫瘤的關(guān)系引起了廣泛的關(guān)注，對于自噬在腫瘤中的表達(dá)情況和在腫瘤發(fā)生中的作用，以及在不同器官腫瘤，或者同一器官不同類別腫瘤，甚至同一腫瘤的不同發(fā)展階段的表達(dá)情況，各研究結(jié)果報道不一致。在腫瘤發(fā)展的早期，自噬抑制腫瘤的形成，此時阻礙自噬導(dǎo)致癌前病變的發(fā)展，自噬相關(guān)基因在多種惡性腫瘤中存在著單染色體缺失，相對表達(dá)量相應(yīng)減少。自噬在腫瘤的發(fā)生過程中的主要作用體現(xiàn)在：自噬通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)過氧化物濃度，改變體內(nèi)蛋白代謝紊亂狀態(tài)、保持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、抑制腫瘤的形成；自噬功能降低則會增加氧化應(yīng)激，增加致瘤性突變的積累[5]。自噬現(xiàn)象貫穿于真核細(xì)胞正常生長增殖和病理生理過程，對細(xì)胞的作用具有雙重性，在疾病進(jìn)展的不同階段，或者細(xì)胞周圍環(huán)境發(fā)生變化和治療干預(yù)措施的不同時，對細(xì)胞會產(chǎn)生不同的影響[6-8]。

Beclin1基因也稱BECN 1基因，是酵母ATG6的同系物,也是哺乳動物參與自噬的特異性基因。1998年Liang等[9]在致死性Sinbis病毒性腦炎的大鼠中發(fā)現(xiàn)一種分子量為60ku的蛋白質(zhì)，他們將編碼這種蛋白質(zhì)的基因命名為beclin1。1999年A ita等[1]發(fā)現(xiàn)編碼該蛋白的基因Beclin1位于人染色17q21，并成功克隆了beclin1基因，該基因完整的cDNA序列編碼2098bp的轉(zhuǎn)錄序列，5UTR 120bp，編碼區(qū)1353bp，3UTR 625bp，與酵母的自噬基因apg6/vps30有高度的同源性。Beclin1基因主要通過與Ⅲ型PI3K(phosphatidy linositol 3，k inase)形成復(fù)合體來調(diào)節(jié)其它的ATG蛋白在自噬前體結(jié)構(gòu)中定位，調(diào)節(jié)自噬活性[3,10]。已經(jīng)證實通過上調(diào)beclin1在哺乳動物細(xì)胞中的表達(dá)能夠刺激自噬的發(fā)生[9]。

2 Beclinl基因的研究現(xiàn)狀

(1)I A rsov等用BAC熒光染料處理beclin1(Beclin1-GFP)轉(zhuǎn)基因小鼠，以此來研究bec lin1的表達(dá)和功能。他們發(fā)現(xiàn)Beclin1-GFP廣泛表達(dá)于小鼠的組織中，在體外培養(yǎng)的細(xì)胞中主要集中分布在高爾基體外側(cè)網(wǎng)絡(luò)。Beclin1-GFP蛋白廣泛分布于全身組織的細(xì)胞質(zhì)中，而不是局限于某些特殊的細(xì)胞腔隙內(nèi)，這一結(jié)果與以前認(rèn)為beclin1主要局限于轉(zhuǎn)運高爾基體中的理論相反，也提示了beclin1的功能可能比我們以前所認(rèn)為的廣泛的多[11]。Yue[12]等應(yīng)用beclin1基因敲除小鼠的胚胎干細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)缺乏beclin1基因的小鼠死于胚胎早期，beclin1不足的胚胎亦不能存活超過8.5d，其原因可能為自噬在維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、細(xì)胞的發(fā)育/分化重塑、細(xì)胞適應(yīng)應(yīng)力條件方面是必須的，beclin1的不足導(dǎo)致他們沒有能力經(jīng)受細(xì)胞重塑和內(nèi)胚層的分化，引起胚胎早期死亡[13]。Beclin1缺乏的胚胎表現(xiàn)出過度的凋亡，提示這一蛋白可能為抑制自噬作用的蛋白。同時，有報道beclin1在某些腫瘤中低表達(dá)，beclin1缺失的小鼠自發(fā)的和病毒誘導(dǎo)的腫瘤發(fā)生率增加，包括上皮性的和血液性的惡性腫瘤。體外培養(yǎng)的beclin1缺失的細(xì)胞自噬減少，而且有實驗證實雜合子beclin1小鼠雖然表型正常但自發(fā)性腫瘤的發(fā)生率會增加，HBV病毒的致癌作用加速，細(xì)胞增生增強，小鼠的自噬作用減少。這一結(jié)果提示，自噬基因beclin1的在負(fù)性菌體生長調(diào)控和腫瘤抑制發(fā)生方面有重要作用[11]。

(2)Beclin1與凋亡抑制因子bcl-2在B淋巴細(xì)胞中的表達(dá)呈現(xiàn)平行的現(xiàn)象。Bcl-2在原始B細(xì)胞和成熟B細(xì)胞中高表達(dá)，但在前B細(xì)胞及未成熟B細(xì)胞中低表達(dá)，下調(diào)前B細(xì)胞中的bcl-2含量加速細(xì)胞死亡，與此同時，beclin1也呈現(xiàn)表達(dá)下調(diào)的現(xiàn)象[11]。有研究指出beclin1是與凋亡抑制因子bcl-2相結(jié)合而發(fā)生作用的，其與bcl-2蛋白相結(jié)合可以抑制細(xì)胞的自噬，并能抑制Sinbis病毒的復(fù)制，減少中樞神經(jīng)系統(tǒng)的凋亡，并可能在宿主的抗病毒防御上起作用。而當(dāng)bcl-2未與beclin1作用時，細(xì)胞自噬現(xiàn)象大量發(fā)生[14]。Beclin1出現(xiàn)于自噬的有關(guān)步驟中，但并不參與自噬泡生成的全程?？梢哉J(rèn)為beclin1是一個自噬的調(diào)節(jié)蛋白而不是必須蛋白。最近有報導(dǎo)beclin1與自噬和凋亡的調(diào)節(jié)均有關(guān)，beclin1可能同時參與兩種程序性細(xì)胞死亡過程。另有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)滅活bec-1基因(哺乳動物beclin1的直系同源基因)，在線蟲中可以引發(fā)凋亡的發(fā)生，相反的，beclin1過表達(dá)的哺乳動物細(xì)胞中病毒介導(dǎo)的細(xì)胞死亡會減少。此外，凋亡抑制因子bcl-2在酵母和哺乳動物細(xì)胞中，通過與beclin1相互作用，抑制饑餓介導(dǎo)的自噬[13]。這種自噬蛋白beclin1和凋亡抑制因子bcl-2之間的相互作用代表了組織中兩種主要的細(xì)胞死亡途徑一個連接點。值得關(guān)注的是，有研究表明凋亡抑制因子bcl-2和beclin1相互作用，調(diào)節(jié)對方的凋亡和自噬[15]。這就為自噬和凋亡之間的相互關(guān)系提出了一種新的假設(shè)。

(3)目前，beclin1已被確定為一個新的候選抑癌基因，據(jù)報道75%卵巢癌、50%乳腺癌以及40%前列腺癌中存在BECN 1基因的缺失性突變[1]。Beclin1等位基因敲除的小鼠發(fā)生自發(fā)性惡性變(包括乳腺腫瘤、肺癌、肝癌等)幾率增加,且易受HBV誘導(dǎo)的前惡變性損傷。在人乳腺癌細(xì)胞株MCF-7中beclin 1蛋白表達(dá)下降，幾乎檢測不到。Liang等[9]將beclin 1穩(wěn)定轉(zhuǎn)染MCF-7細(xì)胞株后，發(fā)現(xiàn)自噬空泡的數(shù)量增加，癌細(xì)胞體外增殖能力及惡性表型下降，并且在裸鼠中腫瘤形成能力降低。由此可見beclin 1是參與自噬調(diào)控的重要基因，其表達(dá)強度與自噬活性密切相關(guān)。大量研究表明beclin1不僅參與自噬體的形成，還可通過調(diào)節(jié)自噬活性對腫瘤發(fā)生、發(fā)展起著重要作用[1]。但它和傳統(tǒng)的抑癌基因不同，beclin1的雙等位基因失活還沒在人類腫瘤中得到證實，而且，迄今為止，這個基因沒有完全符合Knudson關(guān)于抑癌基因的二次突變假說。例如，在乳腺癌細(xì)胞基因片段分析中沒有發(fā)現(xiàn)beclin1的缺失，也沒有發(fā)現(xiàn)突變存在于編碼區(qū)內(nèi)和剩余的等位基因剪接位點內(nèi)。RNA印跡分析也沒有鑒別出異常的beclin1轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，縱使beclin1的雙等位基因失活還沒在人類腫瘤中得到證實，但有證據(jù)證明減少beclin 1蛋白表達(dá)會促進(jìn)乳腺腫瘤的發(fā)生：第一，beclin1蛋白表達(dá)于所有正常的乳腺上皮細(xì)胞內(nèi)，但這一蛋白的水平在惡性乳腺腫瘤上皮細(xì)胞內(nèi)通常降低或未被檢出。第二，轉(zhuǎn)移入人類乳腺癌細(xì)胞株MCF7中的beclin1基因除了可以促進(jìn)自噬以外還聯(lián)合有抑癌基因的功能。在這些MCF7細(xì)胞株中可誘導(dǎo)表達(dá)出野生型beclin1，但不是自噬表達(dá)缺陷的突變體beclin1，這種野生型beclin1使細(xì)胞失去惡性的形態(tài)學(xué)特性，可減少細(xì)胞增殖率，損害集落生成，和減少小鼠的腫瘤生成活性。第三，三苯氧胺(一種廣泛用于治療乳腺癌的雌激素對抗劑)可以誘導(dǎo)出beclin1在MCF7細(xì)胞株中的表達(dá)和自噬?；谶@些研究，我們可以假設(shè)beclin1是一種單等位基因缺失的腫瘤抑制基因，也就是說其只有在雙等位染色體都表達(dá)時才能夠發(fā)揮抑癌作用[16]。

(4)Beclin1基因還和一些腫瘤相關(guān)信號傳導(dǎo)通道關(guān)系密切, 例如:PTEN通道和Rb信號傳導(dǎo)通道都與beclin1不同程度相關(guān)[17]，這就為某些腫瘤的發(fā)生發(fā)展機制提供了新的研究方向。Beclin1也能有協(xié)同其他藥物的抗腫瘤作用，上調(diào)beclin1的表達(dá)能夠增強順鉑誘導(dǎo)的胃癌細(xì)胞系M KN 28凋亡，抑制beclin1則削弱了順鉑的細(xì)胞毒作用[18]。Beclin1蛋白表達(dá)的減少還有可能與某些非腫瘤性疾病的發(fā)生有關(guān)。例如近來有研究發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病早期，病變所累及的大腦區(qū)域beclin1蛋白表達(dá)量減少[19]。

3 展望

雖然目前beclin1已被確定為一個新的候選抑癌基因，但其參與自噬，調(diào)節(jié)程序性細(xì)胞死亡，與其他因素相互作用抑制腫瘤形成的機制尚無統(tǒng)一認(rèn)識。綜合國內(nèi)外的實驗報道，近年來自噬與腫瘤的關(guān)系引起了廣泛的關(guān)注，對于自噬在腫瘤中的表達(dá)情況和在腫瘤發(fā)生中的作用，以及在不同器官腫瘤，或者同一器官不同類別腫瘤，甚至同一腫瘤的不同發(fā)展階段的表達(dá)情況，都有所不同，因此beclin1作為自噬基因其在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用仍有很大的研究空間。Beclin1與自噬和凋亡的調(diào)控都有關(guān)，可能同時參與兩種程序性細(xì)胞死亡過程，自噬與凋亡之間存在著密切聯(lián)系，以beclin1作為基因治療的靶點，可同時促進(jìn)兩種程序性細(xì)胞死亡的發(fā)生，為我們提供了腫瘤基因治療的新思路。近期也出現(xiàn)了一些Beclin1協(xié)同其他藥物抗腫瘤作用的報道，也為腫瘤的治療開辟了新的前景。

[1]Aita VM,Liang XH,Murty VV,et a1.Cloning and genomic organization of beclin 1,a candidate tumor suppressor gene on chromosome 17q21[J].Genomics,1999,59(1):59-65．

[2]Li J,Ni M,Lee B,et al.The unfolded protein response regulator GRP78/BiP is required for endoplasmic reticulum integrity and stress-induced autophagy in mammalian cells[J].Cell Death Differ,2008,15(9):1460-1471.

[3]F Scarlatti,R Maffei,I Beau,et al.Role of non-canonical Beclin 1-independent autophagy in cell death induced by resveratrol in human breast cancer cells[J].Cell Death Differ,2008,15(8):1318-1329.

[4]Shintani T,Klionsky DJ.Autophagy in health and disease:a double edged sword[J].Science,2004,306(5698):990-995．

[5]Holm E,Hildebrandt W,Kinscherf R.Low postabsorptive net protein degradation in male cancer patients:lack of sensitivity to regulatory amino acids[J].Oncol Rep,2007,17(3):695-700．

[6]Klionsky D J.Autophagy[J].Curr Biol,2005,15(8):282-283．

[7]Eskelinen E L.Maturation of autophagic vacuoles in mammalian cells[J].Autophagy,2005,l(1):l-l0．

[8]劉全,王建軍,潘永成,等.自噬相關(guān)基因Beclinl和MAPLC3在肺癌組織中的表達(dá)及其意義[J].癌癥,2008,27(1):25-29.

[9]Liang XH,Jackson S,Seaman M,et al.Induction of autophagy and inhibition of tumorigenesis by beclin 1[J].Nature,1999,402(6762):672-676.

[10]Edinger A L,Thompson C B.Defective autophagy leads to cancer[J].Cancer Cell,2003,4(6):422-424.

[11]I Arsov,X Li,G Matthews,et al.BAC-mediated transgenic expression of fluorescent autophagic protein Beclin 1 reveals a role for Beclin 1 in lymphocyte development[J].Cell Death and Differentiation,2008,15(9):1385-1395.

[12]Yue Z,Horton A,Bravin M,et al.A novel protein complex linking the deltaglutamate receptor and autophagy:implications for neurodegeneration in lurcher mice[J].Nearon,2002,35(11):921-933.

[13]Gaytan M,Morales C,Sanchez-Criado JE,et al.Immunolocalization of beclin 1,a bcl-2-binding,autophagy-related protein,in the human ovary:possible relation to life span of corpus luteum[J].Cell Tissue Res,2008,331(2):509-517.

[14]黃平,劉巖峰,托婭,等.大鼠彌漫性腦損傷后S10013表達(dá)與損傷時間關(guān)系[J].法醫(yī)學(xué)雜志,2006,22(1):4-6．

[15]R Kim,M Emi,K Matsuura,et al.Antisense and nonantisense effects of antisense Bcl-2 on multiple roles of Bcl-2 as a chemosensitizer in cancer therapy[J].Cancer Gene Therapy,2007,14(1):1-11.

[16]Qu XP,Yu J,Bhagat G,et al.Promotion of tumorigenesis by heterozygous disruption of the beclin 1 autophagy gene[J].J Clin Invest,2003,112(12):1809.

[17]Furuya D,Tsuji N,Yagihashi A,et al.Beclin 1 augmented cisdiamminedichloroplatinum induced apoptosis via enhancing caspase-9 activity[J].Exp Cell Res,2005,307(1):26-40.

[18]劉全,王建軍,潘永成,等.Beclin1在非小細(xì)胞肺癌中的表達(dá)及臨床意義[J].腫瘤防治研究,2008,35(3):184-187.

[19]Pickford F,Masliah E,Britschgi M,et al.The autophagyrelated protein beclin 1 shows reduced expression in early Alzheimer disease and regulates amyloid[beta]accumulation in mice[J].J Clin Invest,2008,118(6):2190.