肿瘤防治研究  2014, Vol.41 Issue (8): 953-956.   PDF    
促凋亡蛋白Siva1的作用机制及其在肿瘤中的研究进展
黄先达,李丽萍,黄华     
作者单位:650101昆明,昆明医科大学第二附属医院 消化内科
摘要:Siva1是凋亡诱导因子Siva编码的一种选择性剪接体,其不仅可以与多种受体如CD27、Bcl-2 或Bcl-xL、c-Abl、LPA2结合而发生相互作用,并通过调控ARF-MDM2-p53通路、抑制NF-κB的活性和 酪氨酸磷酸化等方式促进细胞的凋亡,而且还可以通过抑制微管解聚蛋白Stathmin的活性和稳定微管 来抑制上皮-间质细胞转化和肿瘤细胞转移。此外,Siva1可作为肿瘤患者顺铂化疗的增效剂。当今, 恶性肿瘤已严重危害人类健康,其发病人数正逐年增加,故对Siva1分子机制的深入研究,必将为肿 瘤的靶向治疗提供新的思路和广阔的应用前景。因此,本文就目前Siva1在国内外的相关研究进展作 一综述。
关键词: Siva1蛋白     细胞凋亡     核因子-κB     肿瘤转移     上皮-间质细胞转化    
Role of Pro-apoptotic Protein Siva1 in Tumor
HUANG Xianda, LI Liping, HUANG Hua    
Department of Gastroenterology, The Second Affiliated Hospital of Kunming Medical University, Kunming 650101,China
Abstract:Siva1 is an alternative splice form of the protein encoded by apoptosis-inducing factor Siva. Siva1 can not only bind to and interact with a variety of receptors, such as CD27, BCL-2 or Bcl-xL, c-Abl, LPA2 receptor, but also can promote cell apoptosis by regulating ARF-MDM2-p53 pathway, inhibiting the activity of NF-κB and tyrosine phosphorylation, and also can suppress epithelial-mesenchymal transition and metastasis of tumor cells by inhibiting the activity of microtubule destabilizing protein Stathmin and stabilizing microtubules. In addition, Siva1 can be used as a synergistic agent of cisplatin chemotherapy for patients with tumor. Nowadays, with the increasing morbidity, malignant tumor has seriously harmed human health. The molecular mechanism of Siva1 is very important to provide new methods and application prospects for tumor targeted therapy. Therefore, this paper reviews domestic and overseas research progresses of Siva1.
Key words: Siva1 protein     Apoptosis     Nuclear factor-kappa B     Tumor metastasis     Epithelial- mesenchymal transition    
0 引言

近年来,细胞凋亡已成为生物医学研究的热 点之一,它是在抑癌基因P53、Bcl-2家族、caspase 家族等多基因严格控制下的细胞主动性死亡的过 程,受促凋亡因子和抗凋亡因子的共同调节。 Siva1蛋白可以与多种受体结合发生相互作用[1, 2, 3], 并通过调控不同的信号转导通路,酪氨酸磷酸化 等方式达到促进细胞凋亡的目的,还可以抑制微 管解聚蛋白Stathmin的活性和稳定微管从而抑制乳 腺癌、结直肠癌等肿瘤细胞的生长及转移;并作 为肿瘤患者顺铂化疗的增效剂。当今,恶性肿瘤 已经成为危害人类健康最严重的疾病之一,肿瘤 转移往往是肿瘤患者死亡的主要原因;目前对于 恶性肿瘤的治疗仍无较理想的办法,其发病人数 却在逐年增加。故对Siva1分子机制的深入研究, 必将为肿瘤的靶向治疗提供新的思路和广阔的应 用前景。现概要介绍Siva1的结构和生物学功能, 并着重综述国内外Siva1的作用机制及其与肿瘤关 系的研究进展。 1 Siva1概述

Siva1和Siva2蛋白是凋亡调节因子Siva编码的2种选择性剪接体。Siva是1997年Prasad等[1]通过酵 母双杂交技术从海拉细胞和人胸腺细胞cDNA文库 中筛选出的cDNA序列,包含有翻译的开放阅读框 (Open Reading Frame,ORF),可编码189个氨 基酸。人Siva基因定位于染色体14q32-33,全长约 4 kb,有4个外显子和3个内含子。Siva1含有死亡 结构域并结合了3个辅因子Zn2++,但Siva2不含死亡 结构域,仅结合了2个辅因子Zn2++,而且缺乏外显 子2编码序列。此外,氨基酸序列分析表明,Siva 氨基末端区域与FAS相关死亡结构域和受体反应蛋 白(RIP)的死亡域显著同源。Siva的羧基末端区 域富含半胱氨酸残基,但缺乏组氨酸残基,可形 成B形盒状和锌指样结构,呈现为一种新的金属结 合模体,该结构可结合于CD27的胞质尾区,参与 蛋白质-蛋白质或蛋白质-DNA间的相互作用,从而 发挥诱导细胞凋亡的特性[4]。细胞增殖和凋亡的调 节失衡是肿瘤形成的重要因素。Siva1不仅能促进 细胞凋亡,还能调节细胞增殖,张成俊等[5]研究证 实,早期促细胞增殖与Siva1 mRNA表达下调有关。 2 Siva1作用机制

细胞凋亡的过程包括凋亡信号的接受、凋亡 调控分子间的相互作用、蛋白水解酶(caspases) 的活化和凋亡的级联反应。凋亡过程的紊乱可能 导致自身免疫性疾病、神经退行性疾病和肿瘤 等多种疾病的发生。Siva1作为促凋亡因子,能与 CD27等受体结合激活启动程序和效应器蛋白酶,通 过caspase依赖的线粒体途径诱导细胞凋亡[6];还可 通过调控不同的信号转导通路和酪氨酸磷酸化等 方式发挥作用,其具体机制总结如下: 2.1 Siva1抑制核因子-κB(nuclear factor-kappa B, NF-κB)的活性

NF-κB是一种DNA结合蛋白,其在炎性反 应、基因转录和细胞凋亡、肿瘤生长及侵袭转移 等过程的调控中起重要作用。Siva1通过抑制NF- κB活性诱导细胞凋亡已被近年相关研究所证实, Gudi等[7]研究发现,Siva1蛋白可通过负性调节NF- κB的活性,作用于T细胞受体介导的细胞死亡。 2011年Hench等[8]也发现Siva在T细胞活化期可以通 过抑制NF-κB的活性使IL-2启动子的激活受限,从 而负性调节IL-2基因的表达,但具体机制尚需进一 步研究。XIAP为一种凋亡抑制蛋白,2009年Resch 等[9]发现,XIAP的环状区域可与Siva1的N末端和 包含有SAH及同源死亡域在内的区域相结合,使 Siva1泛素化而降低caspase-3的活性,从而抑制 XIAP和TAK1介导的NF-κB活性,同时增加XIAP 和TNF-α介导的转录因子AP-1活性,并使TNF-α诱 导的JNK活化时间延长;可见Siva1能通过不同的 途径均衡调节NF-κB和JNK信号通路,使NF-κB活 性减低而JNK活性增强从而促进细胞凋亡。然而 Gudi等[10]则发现Siva1能靶向作用于TRAF2,抑制 IKK复合体的上游区域而负性调节NF-κB活性,抑 制AP-1的活性,从而促进细胞凋亡。 2.2 Siva1调控ARF-MDM2-p53通路

在ARF-MDM2-p53通路中,肿瘤抑制基因读 码框移位蛋白(alternative reading frame,ARF)能 直接抑制Mdm2,从而稳定和激活p53。Siva1可通 过此途径调节细胞周期进程和细胞增殖。2013年 Wang等[11]研究ARF在肿瘤细胞中稳定性的调控机 制,发现Siva1作为ARF的一种特异性E3泛素连接 酶,其与ARF在体内和体外均可直接发生相互作 用,促进ARF的泛素化和降解,同时影响p53的稳 定性。2012年Mei等[12]研究也证实,Siva1作为p53- Siva1反馈回路中的一部分,通过促进Mdm2介导 的p53降解,致使细胞凋亡。Hdm2蛋白是p53的负 性调节因子,2009年国内Du等[13]研究发现,Siva1 有多个结合位点,可分别与p53和Hdm2结合,增 强Hdm2介导的p53泛素化和降解;在小鼠模型中 也显示,Siva1表达下调可使p53激活,从而显著抑 制肿瘤形成。 2.3 Siva1与G蛋白偶联受体相互作用

因受体参与的信号转导作用要与GTP结合的 调节蛋白相偶联,故称为G蛋白偶联受体。2007年 Lin等[2]研究发现,溶血磷脂酸(Lysophosphatidic acid,LPA)的持续刺激能促进LPA2受体的羧基末 端尾部特定地与Siva1的羧基富含半胱氨酸区域结 合,导致两者泛素化和降解,使Siva1表达下调, 从而抑制了DNA损伤介导的细胞凋亡。2012年 Iorio-Morin等[3]通过酵母双杂交实验发现,内源性 血栓素A2 (thromboxane A2,TXA2)受体的刺激 也可引起Siva1降解受阻,导致Siva1蛋白堆积,从 而诱导细胞凋亡。 2.4 Siva1与酪氨酸激酶ABL家族和JAK家族

近来发现ABL、JAK、FAK等多种酪氨酸激 酶家族与人类恶性肿瘤的发生发展相关[14, 15]。其 中ABL家族包括c-Abl和Abl相关基因 (abl-related gene,ARG)。酪氨酸磷酸化对Siva1诱导细胞凋 亡至关重要。为研究c-Abl与Siva1蛋白的相互作用 及其对细胞凋亡的影响,李平等[16]应用免疫共沉 淀技术发现c-Abl的SH3结构域与Siva1直接结合形成复合物,使Siva1磷酸化,从而促进Siva1诱导的 细胞凋亡。Cao等[17]则发现ARG在氧化应激下被 激活,与Siva1相互作用,介导酪氨酸酶48位点磷 酸化;ARG高表达时Siva1的促凋亡作用增强,而 ARG表达缺失时Siva1的促凋亡作用被抑制。JAK 家族的酪氨酸激酶2(tyrosine kinase 2,Tyk2)也可 增加Siva1的促凋亡作用。2010年Shimoda等[18]研究 显示,Siva1的N末端区域可与Tyk2相结合形成功 能复合体而后发生磷酸化,并且Tyk2的表达可促 进Siva1诱导的细胞凋亡。 3 Siva1与肿瘤的关系

相关研究提示,肿瘤的发生是由于肿瘤细胞的 凋亡受阻所致。因此,促进肿瘤细胞凋亡,可达 到抑制肿瘤生长和转移的目的[19]。研究表明,在乳 腺癌、结直肠癌等肿瘤细胞中Siva1的N末端可以 与CD27或Bcl-2或Bcl-xL 的C末端结合而发生相互 作用,但在骨髓瘤中未发现Siva与CD27的关系, 而是CD27与CD70结合相互作用诱导凋亡[20]3.1 Siva1与乳腺癌

上皮间质细胞转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT) 能使上皮细胞获得运动性和侵袭 性,在肿瘤生长和转移过程中起重要作用[21, 22]。 2011年Li等[23]研究发现,在转移程度高的人乳腺癌 组织中Siva1和Stathmin丝氨酸16位的磷酸化均呈 低表达,提示Siva1蛋白的低表达将有助于肿瘤的 转移,随后在动物模型中也被证实Siva1可以抑制 肿瘤的转移。实验表明,Siva1可以通过抑制微管 解聚蛋白Stathmin的活性和稳定微管来抑制EMT和 肿瘤细胞转移。一方面,Siva1能通过蛋白相互作 用直接抑制Stathmin的微管解聚活性; 另一方面, Siva1可以通过Ca2++/钙调蛋白依赖的蛋白激酶Ⅱ (CaMK Ⅱ)介导的Stathmin磷酸化水平来间接抑制 Stathmin的活性,从而促进微管的生成和稳定,阻 止焦点粘连的组装、细胞迁移及EMT。可见Siva1 在抑制肿瘤细胞转移及EMT中的重要性,该研究 为Siva1抑制肿瘤细胞转移奠定了理论基础。Siva1 和pS16-Stathmin的水平可作为乳腺癌恶性程度的 标志应用于临床上乳腺癌的早期诊断。 3.2 Siva1与结直肠癌

Siva1是抑癌基因p53和E2F1的一个直接作用 靶点[24]。2011年Ray等[25]研究发现,在p53低表达 或缺失的结肠癌细胞中,泛素蛋白连接酶(murine double minute 2,Mdm2)抑制剂Nutlin-3能增加Rb 蛋白的磷酸化作用使E2F1释放,从而引起Siva1诱导细胞凋亡。MDM2具有癌基因活性,其高表达 会导致p53失活而诱发肿瘤。2009年Barkinge等[26] 通过实验发现缺乏p53的结直肠癌细胞中,Siva1的 低表达明显阻碍顺铂诱导的细胞凋亡,表明p53介 导的Siva1在DNA损伤所致的细胞凋亡过程中起着 重要的作用。 3.3 Siva1与肿瘤患者放化疗

两性螺旋区域(SAH)是Siva1发挥促凋亡效 应的关键部位。Xue等[27]和Chu等[28]研究发现, Siva1中的SAH能与Bcl-xL结合,增加乳腺癌细胞对 紫外线辐射放疗的敏感度,从而阻碍Bcl-xL介导的 抗紫外线作用并促进其诱导的细胞凋亡。众所周 知,顺铂被普遍用于各种肿瘤的治疗,但很多存在 抵抗;顺铂抵抗的潜在因素是Bcl-2和(或)Bcl-xL水 平升高,从而促进细胞存活[29, 30]。为克服抵抗,一 个有效的方法就是使用一种增效剂来中和Bcl-2或 Bcl-xL的抗凋亡作用,Siva1作为促凋亡蛋白便是良 好的选择。为证实这一假设,2005年Chu等[31]研究 发现,在Bcl-2稳定表达的MCF7和 MDA-MB-231 乳腺癌细胞中,Siva1或者其SAH增强了顺铂介导 的细胞凋亡,原因可能是Siva1引起了内源性通道 激活(包括caspase-9的激活)。2012年Iorio-Morin 等[3]研究表明,Siva1为一种新的TXA2受体相关 蛋白,它可以直接与TXA2受体(thromboxane A2 receptor,TP)的C末端结合而发生相互作用,内源 性TP刺激促进顺铂诱导的细胞凋亡,该过程必须 有Siva1的表达。TP的刺激可使Siva1降解受阻, 导致Siva1蛋白堆积,从而使Siva1从细胞核移至细 胞质;Siva1的易位一方面导致其与Mdm2的相互 作用减弱,另一方面导致其与TRAF2和XIAP相互 作用增强,最终促使顺铂介导的HeLa细胞凋亡倍 增。因此,Siva1有望用作以顺铂为基础的化疗增 效剂。 4 展望

Siva1作为一种新的凋亡诱导因子,可作为潜 在靶点用于肿瘤的靶向治疗,但其研究尚属初级 阶段,在国内研究甚少。目前仅发现Siva1可促进 乳腺癌、结直肠癌细胞的凋亡,增强肿瘤组织对 紫外线放疗的敏感度,但具体机制还不清楚,并 且其在胃癌、肝癌、胰腺癌、卵巢癌、胆囊癌等 其他恶性肿瘤中的作用还有待发掘。此外,进一 步深入研究Siva1作为化疗药物增效剂的作用机 制,将为肿瘤患者临床治疗提供新的思路,其靶 向治疗可最大限度地减少顺铂等化疗药物对周围正常组织的损伤,并将提供广阔的应用前景。

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