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抑癌基因PTEN與腫瘤血管生成研究進(jìn)展

2013-12-07 05:37沈存思范方田陳文顯王愛云
關(guān)鍵詞:癌基因內(nèi)皮細(xì)胞調(diào)控

沈存思,范方田,陶 麗,陳文顯,2,王愛云,2,陸 茵,2

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院;2.江蘇省中藥藥效與安全性評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京 210023)

1997年由三個(gè)研究小組分別從10q23.3上定位克隆了同一種抑癌基因,并從各自角度給予了命名,稱為抑癌基因PTEN,另外也叫MMACI或TEP1。該基因自發(fā)現(xiàn)起就一直在腫瘤治療研究中受到重視和關(guān)注,如今已發(fā)現(xiàn)PTEN在腫瘤增殖,侵襲,遷移過(guò)程中發(fā)揮極其重要的作用。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外愈來(lái)愈多的研究發(fā)現(xiàn)PTEN與腫瘤血管生成的關(guān)系十分密切,它可以通過(guò)激活PI3K信號(hào)通路,調(diào)控缺氧誘導(dǎo)因子1(HIF1),血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)等,起到抑制腫瘤血管生成的作用。本文就近年來(lái)關(guān)于抑癌基因PTEN在腫瘤血管生成中的作用及其分子調(diào)節(jié)信號(hào)通路進(jìn)行的概述,期望對(duì)腫瘤血管抑制劑的研發(fā)及腫瘤血管生成機(jī)制的研究提供參考。

1 PTEN突變或缺失可引起腫瘤發(fā)生和發(fā)展

PTEN抑癌基因是雙特異蛋白磷酸酶家族(DSPs)的成員,具有脂質(zhì)磷酸酶和蛋白酪氨酸磷酸酶活性[1],PTEN被發(fā)現(xiàn)在多數(shù)惡性腫瘤中缺失,突變或者被抑制。它的突變首先影響了PTEN磷酸酶區(qū)域并且導(dǎo)致許多疾病,如小腦發(fā)育不良性節(jié)細(xì)胞瘤,BRR綜合征,并增加了乳腺,甲狀腺,子宮等器官癌變發(fā)生[2]。隨著相關(guān)研究的不斷深入,近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)PTEN突變可以促進(jìn)腫瘤血管生成導(dǎo)致腫瘤的發(fā)展。

2 抑癌基因PTEN調(diào)控腫瘤血管生成途徑促腫瘤的發(fā)展

PTEN的表達(dá)主要受miRNA(如miR-21),磷酸化,乙?;?,泛素化等轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[3]。大量的研究表明,PTEN基因的缺失在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起到了重要的作用,而它對(duì)腫瘤的血管生成過(guò)程可以通過(guò)影響磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/絲-蘇氨酸激酶(AKT)信號(hào)途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)[4-5],主要過(guò)程是:PTEN通過(guò)其脂質(zhì)磷酸酶活性,可逆轉(zhuǎn)PI3K的磷酸化作用,將磷脂酰肌醇-3磷酸(PIP3)的磷酸基團(tuán)移除,使之還原成磷脂酰肌醇-2磷酸(PIP2),維持胞內(nèi)低PIP3水平。到目前已有大量的實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道了PTEN對(duì)腫瘤血管生成過(guò)程部分關(guān)鍵信號(hào)都有調(diào)控作用,下面分別進(jìn)行闡述。

2.1 PTEN與HIF1信號(hào)的關(guān)系 HIF1與腫瘤血管生成密切相關(guān),腫瘤的發(fā)展開始被限制在1~2 mm3是由于供氧,供能不足,腫瘤在低氧狀態(tài)下會(huì)優(yōu)先首先觸發(fā)血管生成機(jī)制HIF1信號(hào)通路,它是血管生成信號(hào)途徑的關(guān)鍵性的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子[6]。在研究中發(fā)現(xiàn)PTEN在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中有抑制HIF1的穩(wěn)定以及它的轉(zhuǎn)錄因子活性。此外,一些研究報(bào)道在腎透明細(xì)胞癌中,HIF1通路中2個(gè)重要的調(diào)控者VHL和PTEN基因都會(huì)有相伴性的丟失[7-8]。另外又有研究證明了在卵巢腫瘤細(xì)胞中PTEN表達(dá)上調(diào)會(huì)導(dǎo)致HIF1α,VEGF,和增殖細(xì)胞核抗原表達(dá)的下調(diào)[9]。胃癌的微陣列芯片分析實(shí)驗(yàn)顯示PTEN的表達(dá)與VEGF以及MMPs的表達(dá)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)[10],在一些胰腺癌中,miR-21對(duì)于提高VEGF和MMPs的表達(dá)也有著重要作用,而這些影響通過(guò)PI3K抑制劑治療有可能被消除[11]。更廣泛的細(xì)胞系(如PC-3,HepG2等細(xì)胞)進(jìn)行的相關(guān)實(shí)驗(yàn)[12-13]也得到了類似的結(jié)果,綜合上述實(shí)驗(yàn)提示,PTEN影響腫瘤血管生成的機(jī)制之一有可能是通過(guò)調(diào)控PI3K通路影響來(lái)HIF1信號(hào)進(jìn)而調(diào)控VEGF的表達(dá),基于這一點(diǎn),基于HIF1信號(hào)途徑為靶點(diǎn)的腫瘤血管生成的藥物研究應(yīng)考慮對(duì)PTEN的調(diào)控。

2.2 PTEN對(duì)血管生成中Ang/Tie2體系的影響 Ang/Tie2(促血管生成素/血管緊張素2)體系在腫瘤血管生成也起到了重要的作用。該途徑主要作用機(jī)制:VEGF會(huì)引起血管的出芽生長(zhǎng),但此時(shí)血管腔不完整,通透性高,缺少周細(xì)胞等。Ang1的表達(dá)增高后,能夠募集周細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞等使血管穩(wěn)定。Ang2則起到雙重作用,既可阻斷Ang1的血管穩(wěn)定作用,導(dǎo)致血管床退化,血管外基質(zhì)降解。還可促進(jìn)血管新生,其機(jī)制可能是Ang2結(jié)合Tie2,抑制Ang1的活性,誘導(dǎo)血管旁細(xì)胞從內(nèi)皮細(xì)胞上分離,增加內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡。Ang2的活化導(dǎo)致腫瘤血管數(shù)量的大規(guī)模減少和血管直徑增大。血管的減少導(dǎo)致缺氧,進(jìn)而上調(diào)腫瘤細(xì)胞 VEGF的表達(dá),導(dǎo)致腫瘤的周圍明顯的血管生成[14]。另外也有研究報(bào)道VEGF被抑制后,Ang1/tie2有利于腫瘤的生長(zhǎng)以及血管生存[15]。近年相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)Ang-1刺激Tie-2觸發(fā)了PI3K通路的激活[16]。初步揭示了Ang/Tie-2體系與PI3K通路的關(guān)聯(lián)性。另外,有相關(guān)研究報(bào)道稱脫落的Tie2受體能與Ang-1和Ang-2結(jié)合,從而抑制Tie2的磷酸化作用以及激活,而這一過(guò)程的調(diào)控是通過(guò)VEGF依賴性的PI3K通路激活來(lái)實(shí)現(xiàn)的,并證明 PTEN的過(guò)表達(dá)增加了 Tie-2的釋放[17]。該研究進(jìn)一步提示了是PTEN可能調(diào)控了Ang/Tie-2體系,進(jìn)而影響腫瘤血管生成,并且VEGF是該途徑的一個(gè)重要參與者。因此,以Ang/Tie靶向治療腫瘤血管生成的藥物也應(yīng)考慮到PTEN的影響因素。

2.3PTEN與鈉氫交換調(diào)控因子1(NHERF1)的關(guān)系 鈉氫交換調(diào)控因子1(NHERF1)是一種氨基酸組成的多功能連接蛋白,其分布位置與表達(dá)水平將決定其功能。當(dāng)其位于細(xì)胞膜上,可能表現(xiàn)為一個(gè)腫瘤抑制因子。當(dāng)其處于細(xì)胞質(zhì)中,可能成為致癌蛋白,其功能機(jī)制主要是通過(guò)調(diào)控血小板衍生因子(PDGF)、外向整流氯離子通道(ORCC)等信號(hào)通路等促進(jìn)腫瘤發(fā)生以及腫瘤血管生成[18]。PTEN定位在細(xì)胞內(nèi)部也是PTEN調(diào)控作用的一部分,因?yàn)樵诩?xì)胞膜上缺損PTEN的轉(zhuǎn)位會(huì)削弱它對(duì)PI3K的信號(hào)的控制[19-20]。另外一些研究發(fā)現(xiàn)鏈接蛋白NHERF1與細(xì)胞膜上PTEN轉(zhuǎn)位是有關(guān)聯(lián)的。它們也證實(shí)了缺損PTEN的轉(zhuǎn)位會(huì)導(dǎo)致持續(xù)的Akt激活。有研究發(fā)現(xiàn)NHERF1能夠引起一些受體酪氨酸激酶(RTK)間的相互作用,例如 PDGFR,EGFR[21],它們都在腫瘤血管生成中發(fā)揮著重要作用,PTEN可能通過(guò)影響NHERF1的途徑干預(yù)腫瘤血管生成過(guò)程,另外有研究發(fā)現(xiàn)PTEN在細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)位不僅僅與RTK下游信號(hào)的調(diào)控有關(guān),還與自身的表達(dá)調(diào)控相關(guān)[22],可作為一個(gè)新的腫瘤血管生成研究切入點(diǎn)進(jìn)行深入探究。

2.4 PTEN對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞(EC)的影響 血管內(nèi)皮細(xì)胞在腫瘤血管生成中起到起關(guān)鍵作用,腫瘤組織新生血管需要募集血管內(nèi)皮細(xì)胞,包括鄰近已有的內(nèi)皮細(xì)胞出芽,增殖和遷移經(jīng)過(guò)重塑形成的腫瘤血管,或者腫瘤細(xì)胞自身形變貼附血管壁發(fā)生血管生成擬態(tài)以及骨髓源性內(nèi)皮祖細(xì)胞整合到局部腫瘤血管分化為成熟內(nèi)皮細(xì)胞。PTEN對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的行為也具有調(diào)控作用。一些實(shí)驗(yàn)表明在大部分的細(xì)胞基質(zhì)和內(nèi)皮細(xì)胞中擾亂PTEN的表達(dá),這樣能夠減少PTEN信號(hào)在內(nèi)皮細(xì)胞中PI3K的激活,并導(dǎo)致了內(nèi)皮細(xì)胞增殖,生存以及遷移能力的增加,這些變化往往都是腫瘤血管生成重要因素及標(biāo)志[23]。此外最近有相關(guān)研究也顯示PTEN可能影響到內(nèi)皮細(xì)胞的周期[24],進(jìn)而影響其分化增殖。該相關(guān)研究表明在腫瘤血管生成過(guò)程中,PTEN對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞在腫瘤血管生成中的行為的影響不僅是間接的,還有可能使是直接的作用。

2.5PTEN與內(nèi)皮一氧化氮合成酶(eNOS)、NO關(guān)系 近年的研究表明[25],eNOS來(lái)源的NO參與了腫瘤新生血管的生成,有文獻(xiàn)報(bào)道eNOS在腫瘤組織中有廣泛的表達(dá)。并通過(guò)生成NO來(lái)調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的狀態(tài)以及骨髓內(nèi)皮祖細(xì)胞(EPC)的動(dòng)員和歸巢[26]。NO在血管生成中也促成了脈管膨脹。又有人通過(guò)eNOS的基因敲除或抑制其活性,抑制了外周血管內(nèi)皮祖細(xì)胞的歸巢以及腫瘤新生血管的生成[27],也再次驗(yàn)證了氧化產(chǎn)物在腫瘤血管生成中的重要性。有文獻(xiàn)報(bào)道了在腫瘤細(xì)胞以及內(nèi)皮細(xì)胞中,PTEN都參與了eNOS的調(diào)控,另外又有證明VEGF誘導(dǎo)的內(nèi)皮NO產(chǎn)物能維持急性髓細(xì)胞白血病細(xì)胞的生長(zhǎng),并且發(fā)生機(jī)制涉及到 PI3K通路[28]。上述研究揭示了癌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中PTEN與內(nèi)皮含氮氧化物合酶調(diào)控是相關(guān)的,并且影響到了腫瘤血管生成,進(jìn)一步的作用機(jī)制有待探究。

Fig 1 PTEN participates in regulation of tumor angiogenesis

3 PTEN與腫瘤的抗血管生成治療

綜上所述,PTEN與多種影響腫瘤血管生成的因素相關(guān),盡管PI3K途徑被認(rèn)為在腫瘤血管生成中是一個(gè)重要的信號(hào)調(diào)控節(jié)點(diǎn),而PTEN對(duì)PI3K的信號(hào)又起到了重要的調(diào)控因素,從而與PI3K具有同等調(diào)控腫瘤血管生成的作用,也被視為調(diào)控腫瘤血管生成的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。目前,臨床上針對(duì)腫瘤血管生成的治療主要集中在對(duì)抗VEGF,EGF等信號(hào)的過(guò)度活化,例如單克隆抗體針對(duì)VEGF-A如貝伐單抗,VEGFR的絡(luò)氨酸酶抑制劑如索拉菲尼。然而長(zhǎng)期治療會(huì)出現(xiàn)腫瘤耐藥的問(wèn)題。這些耐藥性機(jī)制通常與VEGF,bFGF或EGF誘導(dǎo)HIF-1和PI3K信號(hào)通路相關(guān)[29-30]。值得注意的是臨床研究證實(shí)腫瘤細(xì)胞對(duì)抗抗EGFR治療的效果與PTEN相關(guān),并且抗EGFR治療效果與PTEN表達(dá)量呈正相關(guān)。這為EGFR耐藥的問(wèn)題提供了新的思路[31-32]。與此同時(shí),臨床研究還發(fā)現(xiàn)MMPs的過(guò)表達(dá)是耐藥的又一機(jī)制,而PTEN和MMPs表達(dá)也呈負(fù)相關(guān),因此此類抗TKI的耐藥也可能通過(guò)上調(diào)PTEN解決。目前抗酪氨酸激酶抑制劑(TKI)耐藥的研究熱點(diǎn)主要集中在PI3K,AKT和mTOR抑制劑,但均處于臨床試驗(yàn)階段[33-34]。但是目前為止沒(méi)有發(fā)現(xiàn)PTEN的誘導(dǎo)劑進(jìn)入臨床試驗(yàn)研究,慶幸的是針對(duì)PTEN的基因治療已處實(shí)驗(yàn)階段,有報(bào)道野生型PTEN轉(zhuǎn)染到人類前列腺癌細(xì)胞,可以減少腫瘤血管生成[35]。雖然這項(xiàng)工作是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),卻能為抗TKI耐藥帶來(lái)希望。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

腫瘤血管生成是在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵因素??鼓[瘤血管生成是目前抗腫瘤治療其中一個(gè)重要的有效的手段。抑癌基因PTEN自發(fā)現(xiàn)以來(lái)一直作為抗腫瘤研究中一個(gè)重要的研究對(duì)象,隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)PTEN與腫瘤關(guān)系研究的不斷深入,逐步發(fā)現(xiàn)了PTEN與腫瘤血管生成機(jī)制中關(guān)鍵因素HIF1﹑VEGF﹑Ang/Tie-2體系﹑NHERF1、EC以及eNOS等都有著密切聯(lián)系,從而綜合調(diào)控影響了腫瘤血管的新生,但是目前的研究也存在一些問(wèn)題,PTEN調(diào)控因素較多,被影響的這些分子信號(hào)相互關(guān)系網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜,它們是否具有更深層次的關(guān)聯(lián)性尚不十分明確,有待更深入研究。本文通過(guò)對(duì)于近年來(lái)PTEN與腫瘤血管生成關(guān)系較全面的綜述,PTEN很可能成為治療靶點(diǎn),應(yīng)用于研究腫瘤抗血管生成機(jī)制以及抗腫瘤血管生成相關(guān)藥物的研發(fā)中,為癌癥的治療提供一個(gè)新的可行途徑。

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