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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