程序性细胞死亡4基因在消化系肿瘤中的作用及机制研究进展

程序性细胞死亡4基因在消化系肿瘤中的作用及机制研究进展 程序性细胞死亡4基因在消化系肿瘤中的作 用及机制研究进展 胃肠病堂杂志2007至0月第16卷第5期 ChinJGastroenteroIHepato[,Oct2007,Vo1.16,No.5 程序性细胞死亡4基因在消化系肿瘤中的作用及机制研究进展 王伟强,房殿春 中国人民解放军第三军医大学西南医院全军消化内科中心,重 庆400038 【关键词】程序性细胞死亡4基因;肿瘤;消化系 Progressionoftheroleandmechanismofprogrammedcell death4geneintumorofgastroenterology 【Keywords】Programmedcelldeath4gene;Tumor;Gastroen- terology 【FirstauthorSnameandaddress】WANGWeiqiang,Diges- tiveDepartmentofSouthwestHospital,theThirdMilitaryMedical UniversityofPLA,Chongqing400038,China 中图分类号:R735文献标识码:A收稿日期:2006-09—19 文章编号:1006—5709(2007)05—0499—03 程序性细胞死亡4(programmedcelldeath4, PDCD4)基因又称肿瘤性转化抑制剂,是一种新的抑 癌基因,定位于人类染色体10q24,DNA全长26.9kb, 含13个外显子,达于正常的胃,胸腺,乳腺等组织 中,所编码的蛋白质全长51.6kDa,469个氨基酸.研 究表明PDCD4在许多消化系肿瘤组织及细胞(包括胃 癌,肝癌,胰腺癌,结肠癌等)中的表达减少甚至丧失, 并且PDCD4在肿瘤组织中的低表达状态与肿瘤的发 生,发展(浸润和转移),病理分期及预后判断有一定 的关联.PDCD4可与真核细胞翻译起始因子elF4A 相结合并抑制其解旋酶活性,从而抑制蛋白质的翻译; 可抑制JNK和c.JUN的活性,抑制活化蛋白.1(AP-1) 依赖性转录的活化;从而抑制肿瘤细胞增生,侵袭和转 移,促进细胞的凋亡.有学者认为PDCD4在肿瘤的发 生,发展过程中起着令人惊讶的作用….然而PDCD4 在消化系肿瘤中的作用及其机制仍未完全阐明,本文 就PDCD4在消化系肿瘤中的表达状况及作用机制作 以综述. 1PDCD4基因在消化系肿瘤组织及细胞中的表达及 意义 正常生理状态下,PDCD4蛋白主要存在于细胞核 内,在胃,胸腺,乳腺等组织中呈高表达状态,而在肿瘤 状态下,PDCD4由细胞核向细胞浆迁移,并且表达较 正常组织明显下降甚至表达丧失.研究表明,PD- CD4在胃癌组织中的低表达状态与肿瘤的分化状态, 预后判断,临床分期和治疗有一定的关系.马刚等 应用免疫组织化学和Western-Blot的方法了61 例胃癌组织中PDCD4蛋白的表达,免疫组织化学研究 发现在正常胃组织中PDCD4阳性表达的细胞在80% 以上,61例胃癌中PDCD4阳性率<30%的占65.6%, 30%,80%的占34.4%,Western.Blot结果显示所有 胃癌组织中PDCD4的表达下降,相关分析表明.PD. CD4的表达下调与肿瘤的不良分化相关,而与性别, 年龄无明显关联.Goke等研究了30个来自不同解 剖部位的人类癌组织中PDCD4的表达,结果发现所有 癌组织中PDCD4在细胞核表达减少,在细胞浆中出现 阳性表达.结肠癌组织中可发现明显的由细胞核转移 到细胞浆的迹象;在小细胞肺癌中细胞核及细胞浆中 PDCD4表达均丧失;在浸润性乳腺癌中,细胞核及细 胞浆中均出现阳性表达,可以与正常组织相区别;在前 列腺癌中,部分表达下降,部分表达完全丧失,并且与 前列腺癌的Gleason分级有关.Lee等分析了在正 常结肠陷窝.腺瘤.结肠癌转变过程中相关基因的表达 情况,结果发现PDCD4基因表达在上述病理改变过程 中逐渐下降,这进一步证实PDCD4基因的表达与结肠 癌的进展相关.Zhang等研究了PDCD4蛋白在人 肝细胞癌中的表达,结果表明PDCD4蛋白在肝细胞癌 中的表达较癌旁正常组织明显降低.Ma等分别应 用免疫组织化学和Western.Blot的方法检测了69例 人胰腺癌组织及8例新鲜胰腺癌组织的PDCD4蛋白 的表达,结果发现在8例新鲜胰腺癌组织中PDCD4蛋 白的表达较正常组织明显下降,69例胰腺癌标本中 PDCD4阳性率<30%的有36例,30%,80%的有33 例,并且在高分化,中分化,低分化胰腺癌中PDCD4表 达的阳性率分别为57.6%,24.2%,18.2%,结果表明 PDCD4蛋白在胰腺癌组织中表达下降,并且PDCD4 的表达与胰腺癌的临床病理分级相关.综上所述, PDCD4在消化系肿瘤组织中的表达较正常组织明显 下降或丧失,并且其表达程度与肿瘤的发生,发展及预 后相关,因此,PDCD4可作为一个新的肿瘤发生,饯 展,分化程度及预后的分子指标. 2PDCD4在消化系肿瘤中的作用及其调控机制 作为一个新的抑癌基因,PDCD4最早发现是通过 mRNA差异筛选分析方法发现在转化抑制的小鼠JB6 细胞(P一细胞)中程高表达状态,而在转化敏感的细胞 (P细胞)中不出现PDCD4的高表达.通过减少 PDCD4的表达可以获得P+细胞,因此认为PDCD4可 以抑制肿瘤诱导剂诱导的瘤性转化.后续的研究 表明,PDCD4可以促进肿瘤细胞的凋亡,抑制细胞的 增生,从而抑制肿瘤的发生和发展.然而其详细机制 仍不甚明了,可能与以下几个方面有关. 2.1PDCD4可与真核生物翻译起始因子elF4A相 旦芏塑堂苤查!生旦箜!鱼鲞笙塑塑lr0!lHepatol,Oct2007,Vo1.16,No.5 互作用,抑制蛋白质的翻译真核细胞mRNA翻译成 蛋白质的过程中,翻译起始是一个重要的限速步骤. 翻译起始因子家族(eIF4F)在翻译起始的过程起重要 作用.eIF4F由多个亚单位组成,包括RNA解旋酶 eIF4A,支架蛋白eIF4G,帽结合蛋白eIF4E.其中 eIF4A具有RNA解旋酶活性,能够将mRNA5端解 链,使mRNA与核糖体结合,启动翻译.eIF4G可作为 支架收集用于翻译起始的因子,必须与eIF4A相结合 才能发挥各自的作用,两者相互结合是通过MA3结构 域完成的.而PDCD4的C.末端也含有相似的MA3结 构域,因此可以和eIF4A相结合,并与eIF4G相互竞 争,使得eIF4A和eIF4G不能有效结合而发挥RNA解 旋酶活性,从而抑制蛋白质的翻译.通过PDCD4 的点突变,使其失去和eIF4A的能力后,不能抑制 eIF4A的RNA解旋酶活性,也不能抑制蛋白质的翻 译”.同样eIF4A的突变,失去与PDCD4结合活 性后也不能与eIF4G相结合,启动蛋白质的翻译?. 2.2PDCD4可抑制活化蛋白?1(AP?1)依赖性转录 的活化AP一1在调控细胞的侵袭,基质金属蛋白家族 (MMP)的表达及细胞的活动度等方面发挥重要作用, 因此在肿瘤的侵袭和转移的过程中有重要意义.通过 瞬时转染高表达PDCD4质粒的小鼠RT101细胞及 AP.1报告基因分析表明,AP一1依赖性转录的活化可 被PDCD4抑制,并且存在浓度依赖关系.通过PD— CD4基因突变,不能和eIF4A相结合后,PDCD4不能 抑制AP一1依赖性转录的活化.c—JUN是AP一1复合 物中的主要成分,研究表明,PDCD4可抑制c-JUN和 c—FOS的活性,因此认为PDCD4是通过抑制c-JUN和 c.FOS的活性来抑制AP一1依赖性转录的活化. Yang等的研究发现,在结肠癌RKO细胞中稳定过 度表达PDCD4,可抑制JNK激酶激活,JNK及c.JUN 的磷酸化,从而抑制AP一1依赖性转录及RKO细胞的 侵袭,PDCD4作用的靶点是MAP4K1. 2.3PDCD4促进转化生长因子?Bl(TGF?B1)诱导的 细胞凋亡Zhang等研究发现经过PDCD4cDNA转 染的人肝癌细胞Huh7出现凋亡样改变,通过TGF一131 处理后Huh7细胞PDCD4表达增强,细胞发生凋亡, 而通过TGF.B1拮抗剂Smad7处理后Huh7细胞PD— CD4表达减弱,细胞凋亡减少.另外,转染反义PD— CD4的细胞可以抑制TGF.131诱导的细胞凋亡.研究 表明,PDCD4在TGF.B1诱导的细胞凋亡中是促凋亡 因子,可以促进肝癌细胞的凋亡. 2.4PDCD4抑制周期素依赖性蛋白激酶CDK1/ CDK2的活性CDK1/CDK2又称为有丝分裂促进因 子,在细胞由G2期向M期转化过程中起着重要作用. 研究发现,在PDCD4高表达的细胞中,CDK1/CDK2表 达明显减少,这表明PDCD4可抑制CDK1/CDK2的表 达.另外,PDCD4可抑制视网膜母细胞瘤基因 (Rb)产物(PRb)的磷酸化,PRb在细胞静止期捕获 EIF转录因子,抑制细胞周期;在细胞生长过程中,PRb 被CDK磷酸化,释放EIF,使细胞增生所需基因活化, PDCD4高表达的细胞中,PRb的磷酸化明显减少,从 而抑制细胞增生. 2.5PDCD4抑制碳酸酐酶2的活性碳酸氢盐细胞 信号传导的基本物质,也是细胞增生所必需的.碳酸 酐酶2可直接催化碳酸氢盐产物,决定细胞内外碳酸 氢盐的浓度.PDCD4的过度表达可导致碳酸酐酶2 的生成减少,致使碳酸氢盐浓度降低,从而抑制细胞 增生?引 3针对PDCD4的消化系肿瘤基因治疗的展望 综上所述,PDCD4是一个新的抑癌基因,可以促 进肿瘤细胞的凋亡,抑制肿瘤细胞的增生及侵袭,可以 抑制肿瘤诱导剂诱导的细胞肿瘤性转化,这些特征可 用于肿瘤治疗的分子靶点.Jin等..应用含有尿 苷酸修饰的壳聚糖(UAC)作为一种基因载体,将包含 有UAC/PDCD4的气溶胶转移到肺癌k-ras裸鼠中.结 果发现可以有效地促进肺癌细胞的凋亡,抑制细胞增 生及肿瘤的血管生成.此外,PDCD4可增加肿瘤细胞 对抗癌药物的敏感性.Jansen等研究了PDCD4对 抗癌药格尔德霉素和他莫昔芬的活性的关系,结果发 现,稳定表达反义PDCD4的乳腺癌细胞MCF-7对上 述抗癌药物的敏感性明显降低;表达正义PDCD4的肾 癌细胞UO一31对抗癌药物的敏感性明显增强,并能促 进细胞周期的停滞和凋亡.尽管PDCD4在消化系肿 瘤基因治疗中的研究尚未报道,由以上研究我们推测, PDCD4基因将为消化系肿瘤的基因治疗提供新的 思路. 参考文献 [1]YoungMR,YangHS,ColburnNH.Promisingmoleculartargetsfor cancerprevention:AP一1,NF—kappaBandPdcd4[J].TrendsMol Med,2003,9(1):36”41. 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