宮曉慶，譚茗，盛和宇，徐美玲，張萌，徐虎，夏靖秋，孫嬰寧

細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子3的研究進(jìn)展

宮曉慶，譚茗，盛和宇，徐美玲，張萌，徐虎，夏靖秋，孫嬰寧

（齊齊哈爾大學(xué) 生命科學(xué)與農(nóng)林學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子3（Cyclin dependent kinase inhibitor 3，CDKN3）屬于激酶抑制因子CIP/KIP基因家族成員，是一種細(xì)胞周期調(diào)控因子．在各個組織中，CDKN3作用的蛋白不同，進(jìn)而發(fā)揮不同的作用．一方面，CDKN3可通過抑制P21轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)DNA復(fù)制與細(xì)胞增殖；另一方面，CDKN3能夠?qū)DC2 Thr161去磷酸化，來抑制有絲分裂間期G1期向S期的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響細(xì)胞周期的發(fā)展，同時CDKN3可與Mps1結(jié)合調(diào)節(jié)中心體數(shù)量．越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，CDKN3的異常表達(dá)和調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的機(jī)制對癌癥的發(fā)生有重要作用．在肝癌、前列腺癌、乳腺癌等細(xì)胞中CDKN3表達(dá)量高于正常水平，但在腦膠質(zhì)細(xì)胞瘤、慢性粒細(xì)胞白血病等細(xì)胞中CDKN3呈低表達(dá)．主要針對CDKN3基因的結(jié)構(gòu)及其編碼蛋白的功能展開綜述．

CDKN3；P21；細(xì)胞周期；腫瘤治療

1994年，在篩選CDK2結(jié)合蛋白時，細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子3（Cyclin dependent kinase inhibitor3，CDKN3）首次作為CDK2的結(jié)合蛋白而被發(fā)現(xiàn)，命名為KAP，即CDK相互作用雙特異性磷酸酶．在酵母細(xì)胞中，CDKN3與正調(diào)控細(xì)胞周期的CDK2，CDC2兩種蛋白結(jié)合，但不與CDK4，CDK5結(jié)合，并且CDKN3在哺乳動物中更偏好與CDC2作用[1]1731．經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)表明，在某種組織中，CDKN3發(fā)揮促進(jìn)細(xì)胞周期的功能，在其它組織中可能發(fā)揮完全相反的作用．分析原因?yàn)?，CDKN3下游作用的蛋白不同導(dǎo)致其發(fā)揮不同的功能．隨著研究的深入，目前已經(jīng)明確細(xì)胞周期與癌癥的發(fā)生密不可分，CDKN3作為調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的因子，通過確定它在不同腫瘤組織中的作用，可以為腫瘤疾病治療開辟新的道路．本文闡述了CDKN3的結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的作用機(jī)制以及在腫瘤治療等方面的研究進(jìn)展．

1　CDKN3結(jié)構(gòu)概述

CDKN3在1994年由Hannon[1]1733等確定開放閱讀框．1995年利用熒光技術(shù)顯示，CDKN3位于人體第14號染色體（14q22.22）[2]，含有9個外顯子，CDS區(qū)長636 bp，編碼212個氨基酸（CR407666.1），大小約24 kb．人CDKN3基因mRNA的全長和外顯子2剪接變異體[3]（見圖1）．小鼠（）CDKN3的CDS區(qū)全長638 bp，編碼212個氨基酸（NM_001360041.1），與人CDKN3有88.5%的同源性．雞的CDKN3位于5q132染色體上，有8個外顯子，CDS區(qū)全長906 bp，編碼212個氨基酸．氨基酸序列含有蛋白酪氨酸磷酸酶特征的HCXXXXGR基序，主要依靠序列中的半胱氨酸參與CDC2 Thr161的去磷酸化．

圖1　人CDKN3基因mRNA的全長和外顯子2剪接變異體[3]

2　CDKN3的作用機(jī)制

CDKN3屬于蛋白磷酸酶抑制劑家族，在細(xì)胞各個周期的調(diào)控中發(fā)揮不同作用．一方面，在有絲分裂間期，內(nèi)源性CDKN3位于細(xì)胞核，并且與中心粒上的內(nèi)源性CDC2共定位，作為CDK抑制劑將CDC2 Thr161去磷酸化，抑制了有絲分裂間期G1期向S期的轉(zhuǎn)化；進(jìn)入有絲分裂期前期，中心粒上的CDC2 Thr161開始磷酸化，前期CDC2 Thr161定位于動粒，后期CDKN3負(fù)責(zé)CDC2 Thr161的去磷酸化至有絲分裂結(jié)束[4]．另外，高水平的Mps1會使中心體過度復(fù)制影響細(xì)胞周期，CDKN3以蛋白酶體依賴性方式與Mps1結(jié)合，使其降解維持中心體數(shù)量．然而，有研究證明Mps1的中心體水平由Mps1 MDS基序內(nèi)的CDK2磷酸化精確控制，因此有必要進(jìn)一步確認(rèn)CDKN3是否也影響Mps1 MDS基序內(nèi)的CDK2磷酸化水平[5]．

另一方面，CDKN3作為Mdm2的互作蛋白，可與Mdm2及P53蛋白形成復(fù)合體，進(jìn)而抑制P21蛋白的活化，降低P53靶基因的表達(dá)，最終影響細(xì)胞周期進(jìn)程[6]．若DNA復(fù)制時不同時段發(fā)生損傷，P21蛋白作用機(jī)制不同．如發(fā)生在G1期時，CDK活性被P21抑制而無法順利進(jìn)入下一個復(fù)制時期；如發(fā)生在S期，PCNA會在P21的作用下失活，DNA合成停止，使細(xì)胞修復(fù)[7]101．總體來說，抑制P21蛋白會促進(jìn)細(xì)胞周期，P21作為P53基因的下游靶基因，CDKN3與P53和Mdm2形成蛋白復(fù)合體，會間接降低P21敏感性．

3　CDKN3基因與癌癥

癌癥的標(biāo)志是腫瘤細(xì)胞的不斷復(fù)制，正常的細(xì)胞通過細(xì)胞周期增殖、分化，最后衰老死亡，當(dāng)細(xì)胞周期調(diào)節(jié)異常，正常的細(xì)胞就會病變成癌細(xì)胞．因此，細(xì)胞周期調(diào)節(jié)障礙是癌癥發(fā)生和發(fā)展過程中的重要事件，探索細(xì)胞周期調(diào)節(jié)機(jī)制對癌癥的治療具有積極作用．根據(jù)CDKN3的作用機(jī)理，其曾被認(rèn)為是抑癌基因．然而，在另一些癌癥研究中發(fā)現(xiàn)，CDKN3在許多腫瘤組織中呈現(xiàn)高表達(dá)，提示CDKN3對細(xì)胞生命活動影響的復(fù)雜性．

3.1　CDKN3與肝癌

原發(fā)性肝癌（HCC）是一種普遍的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，李苗苗[8]等分析了36例肝癌細(xì)胞中CDKN3 mRNA水平均高于正常細(xì)胞，通過邢春陽[9]的研究發(fā)現(xiàn)，10例中有7例CDKN3 mRNA的表達(dá)多于正常組織的2倍，蛋白水平也在肝癌組織中普遍呈高表達(dá)．為驗(yàn)證CDKN3在肝癌組織中的作用通路，李苗苗的實(shí)驗(yàn)通過設(shè)計(jì)此基因干擾組得出，增殖的細(xì)胞中G0/G1期細(xì)胞比例上調(diào)，S期減少；當(dāng)過表達(dá)CDKN3時發(fā)現(xiàn)，CDKN3對細(xì)胞增殖作用是通過易化G1/S期實(shí)現(xiàn)的，并且P21表達(dá)降低．由于誘發(fā)癌的機(jī)制復(fù)雜，癌癥的發(fā)生是不同癌基因或抑癌基因共同作用的結(jié)果，邢春陽利用基因芯片數(shù)據(jù)庫在肝癌細(xì)胞中找到60余種與CDKN3共表達(dá)的基因，構(gòu)建CDKN3的調(diào)控圖譜（見圖２）．綜上所述，CDKN3在肝癌細(xì)胞中是一種癌基因，并且部分作用機(jī)制是通過抑制P21的表達(dá)來完成的．

圖2　CDKN3在肝癌中共表達(dá)基因網(wǎng)絡(luò)圖[9]41

注：基因網(wǎng)絡(luò)圖中這些基因在腫瘤細(xì)胞信號通路中富集，BIRC5位于CDKN3調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中心

3.2　CDKN3與鼻咽癌

鼻咽癌（NPC）是在黃種人鼻咽部高發(fā)的惡性腫瘤之一，此種癌細(xì)胞易轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)，具有高度侵襲性，通過手術(shù)、放射治療后大部分患者預(yù)后不佳．NPC的發(fā)生與P27和CDKN3影響的細(xì)胞周期變化有著十分密切的關(guān)系．P27（CDKN1B）屬于細(xì)胞周期蛋白依賴性抑制劑CIP/KIP家族，如果CDKI中P27及與其相關(guān)的Cyclin和CDK的平衡被打破，細(xì)胞的增殖會變得異常．CDKN3C端有核定位信號序列，與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)[7]102．在Wang[10]等的研究中，通過進(jìn)一步探究NPC患者CDKN3與P27的相互作用表明，P27高水平表達(dá)的患者死亡率大幅度降低．主要因?yàn)镻27的上調(diào)有效抑制CDKN3誘導(dǎo)的NPC細(xì)胞增殖，并且細(xì)胞周期阻滯和凋亡增加，侵襲減少和放射敏感性增加．由此可見，在NPC組織中P27的表達(dá)與CDKN3的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)．P27的下調(diào)、CDKN3的上調(diào)與NPC患者預(yù)后較差相關(guān)，在今后研究CDKN3/P27異常信號可能是治療鼻咽癌的方法之一．

3.3　CDKN3與Bcr-Abl介導(dǎo)的白血病

慢性粒細(xì)胞白血?。–ML）是由Bcr-Abl致癌基因誘導(dǎo)發(fā)生的一種造血系統(tǒng)惡性腫瘤．研究表明，Bcr-Abl通過PI3k/Akt介導(dǎo)的蛋白酶體途徑增強(qiáng)其蛋白降解，激活CDK加速細(xì)胞周期進(jìn)程[11-13]．經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，CDKN3在Bcr-Abl介導(dǎo)的白血病中是腫瘤抑制因子，其過表達(dá)可延遲K562白血病細(xì)胞G1期向S期轉(zhuǎn)換，負(fù)調(diào)控白血病細(xì)胞的增殖，并使K562白血病細(xì)胞對誘導(dǎo)凋亡藥物的敏感性增加．此外，CDKN3的高表達(dá)顯著降低了Bcr-Abl介導(dǎo)的FDCP1細(xì)胞轉(zhuǎn)化的效率[14]．因此，CDKN3在Bcr-Abl介導(dǎo)的白血病中發(fā)揮著重要作用，可作為治療白血病的潛在新靶點(diǎn)．

3.4　CDKN3與其它腫瘤細(xì)胞

根據(jù)目前的研究結(jié)果，CDKN3在其它癌癥中的作用機(jī)制尚不明朗．CDKN3在乳腺癌[15]、胃癌[16]、前列腺癌[17]中高表達(dá)，并通過不同的信號通路，調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲和凋亡等細(xì)胞生物學(xué)行為，表現(xiàn)為促進(jìn)腫瘤發(fā)展．研究證明，CDKN3是胰腺癌新的原癌基因，CDKN3高表達(dá)提示胰腺癌患者預(yù)后不良[18]；腎細(xì)胞癌（RCC）中CDKN3表達(dá)水平升高顯著增強(qiáng)了RCC的細(xì)胞增殖和腫瘤生長，呈現(xiàn)出致癌作用[19]．高水平CDKN3 mRNA與幾種類型的癌癥，包括腎透明細(xì)胞癌、腎乳頭狀細(xì)胞癌、低級別膠質(zhì)瘤和前列腺癌的低生存率相關(guān)[20]．但CDKN3在腦膠質(zhì)細(xì)胞瘤中的作用與它在上述腫瘤細(xì)胞完全相反，該基因呈低表達(dá)，受CDC2信號通路的影響來改變細(xì)胞有絲分裂，發(fā)揮抑癌作用[21]．另外，在不同的癌癥中發(fā)現(xiàn)了幾種編碼不同的CDKN3亞型的剪接轉(zhuǎn)錄變體，意味著這些亞型可能與特定的腫瘤形成有關(guān)[22-23]．

CDKN3基因究竟如何調(diào)控細(xì)胞周期的過程還沒有成熟的定論，但可確定CDKN3在人類癌癥中的頻繁過表達(dá)與有絲分裂細(xì)胞數(shù)量的增加有關(guān)．由此可見，深入了解CDKN3通過細(xì)胞周期調(diào)控進(jìn)而促進(jìn)或抑制腫瘤細(xì)胞的發(fā)展對癌癥治療具有明確的指導(dǎo)方向，具體的調(diào)控機(jī)制還有待進(jìn)一步研究．

4　展望

各種生物活動的正常進(jìn)行與細(xì)胞周期有著密切的關(guān)系，只有細(xì)胞周期的有序變遷，才能保證細(xì)胞進(jìn)入增殖、分化、衰老和死亡等生理狀態(tài)．CDKN3在細(xì)胞周期調(diào)控過程中具有十分重要的作用，但CDKN3的下游靶基因和調(diào)控下游效應(yīng)因子的過程尚不明確．現(xiàn)在已有的醫(yī)學(xué)手段在惡性腫瘤的治療和預(yù)后方面還不是很理想，研究腫瘤的發(fā)生機(jī)制才是治療這些疾病的最終方法．了解CDKN3的作用機(jī)制，對細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)控可以有效抑制腫瘤細(xì)胞的增殖能力，對治療癌癥等相關(guān)疾病具有重要作用．目前已有數(shù)據(jù)表明，CDKN3的表達(dá)可作為某些腫瘤疾病的預(yù)后因素，用來預(yù)測腫瘤大小、復(fù)發(fā)等情況．癌癥的發(fā)生是許多不同基因共同調(diào)控的，CDKN3在不同惡性腫瘤中表達(dá)量和發(fā)揮的功能不一致，因此研究CDKN3的作用機(jī)制會為人類未來抗癌治療提供一個重要突破點(diǎn)．

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Research progress of cyclin dependent kinase inhibitor 3

GONG Xiaoqing，TAN Ming，SHENG Heyu，XU Meiling，ZHANG Meng，XU Hu，XIA Jingqiu，SUN Yingning

（School of Life Science and Agriculture Forestry，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

Cyclin dependent kinase inhibitor 3（CDKN3），a member of kinase inhibitor CIP/KIP family，is a cell cycle regulator．CDKN3 binds to different protein，and then plays different roles in the process of cell cycle．On the one hand，CDKN3 promots DNA replication and cell proliferation through inhibiting P21 expression．On the other hand，CDKN3 inhibits cell cycle G1 to S phase by dephosphorylating CDC2 Thr161，CDKN3 also binds to Mps1 to regulate the number of centrosome．More and more studies found that the abnormal expression of CDKN3 and the mechanism of regulating cell cycle play important role in carcinogenesis．The expression of CDKN3 are higher than the normal tissue in liver cancer，prostate cancer，breast cancer and other cells，wheras，CDKN3 show lower expression in Glioma and Chronic myelogenous leukemia．The structure of CDKN3 gene and the function of its coding protein are reviewed．

CDKN3；P21；cell cycle；cancer therapy

Q75

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2020.03.017

1007-9831（2020）03-0087-05

2019-10-16

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31402061）；黑龍江省教育廳基本業(yè)務(wù)專項(xiàng)理工面上項(xiàng)目（135209261）；2018年省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（201810232067）

宮曉慶（1998-），女，黑龍江綏化人，在讀本科生．E-mail：1415297266@qq.com

孫嬰寧（1981-），女，遼寧撫順人，副教授，博士，從事分子遺傳學(xué)研究．E-mail：yingningsun@163.com