【doc】糖原合成酶激酶-3在胃肠道肿瘤的作用及其研究进展

【doc】糖原合成酶激酶-3在胃肠道肿瘤的作用及其研究进展 糖原合成酶激酶-3在胃肠道肿瘤的作用及 其研究进展 国际消化病杂志2009年2月第29卷第1期IntJDigDis,February25,2009,Vo1.29,No.1 糖原合成酶激酶一3在胃肠道肿瘤的作用及其研究进展 张靖张庆瑜 ?17? ? 综述? 摘要:糖原合成酶激酶一3(GSK一3)是一种多功能的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶.实验证实,GSK一3通过多 种途径在胃肠道肿瘤的生长,增殖及凋亡等方面起重要作用.现就近年来GSK一3在胃肠道肿瘤的研究进展 作一综述. 关键词:糖原合成酶激酶一3;胃肠道肿瘤;治疗靶点 FunctionandadvanceofGSK一3ingastrointestinaltracttumorZHANGJing,ZHANGQing—yu.DepartmentofGastroenter ology,TianjinMedicalUniversityGeneralHospital,rn(30O052),China Abstract:Glycogensynthasekinase一3(GSK一3)isasortofmultifunctionalserine/threonineproteinkinase.Someexperi mentshaveprovedthatGSK一3playsanimportantroleinpromotingthecellgrowth,proliferationandapoptosisingastroint esti naltracttumor.NowareviewismadetosummarizethefunctionandadvancesofGSK3ingastr ointestinaltracttumorinre centyears. Keywords:GSK一3;Gastrointestinaltracttumor;Therapytarget 糖原合成酶激酶一3(GSK一3)是一种多功能的丝 氨酸/苏氨酸蛋白激酶,最初它被认为是胰岛素依 赖性糖原合成的重要调节因子,通过使糖原合成酶 磷酸化而抑制糖原合成.最近研究发现,GSK一3除 参与糖代谢外,还参与细胞生长,增殖和凋亡等重 要生理过程.GSK一3主要有GSK一3a和GSK一3J3两 种亚型,但生物学功能较复杂和研究较多的是 GSK一3l3,它是细胞内多种信号转导通路的重要成 分,不仅参与胰岛素信号通路的调节,还参与wnt 和NF一-cB等其他信号通路的调节.已有实验证实, GSK一3G在胃肠道肿瘤的生长,增殖及凋亡等方面 起重要作用,抑制它的活性对某些胃肠道肿瘤的治 疗是有效的,因此GSK一3J3可作为胃肠道肿瘤治疗 的潜在靶点. 1GSK一3的结构,功能及调节 GSK,3是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,是糖 原合成酶激酶的限速酶.在哺乳动物体内GSK一3 主要有两种亚型:GSK-3a和GSK一3J3,相对分子质 量为51000和47000,分别位于19ql3.2和3q13.3. 两者有类似的结构和底物,但功能不同.GSK一3基 基金项目:天津市自然科学基金资助项目(07JCZDJC07700) 作者单位:300052天津医科大学总医院消化科 通信作者:张庆瑜,Email:zhangqy@tijmu.edu.cn 因有高度保守性,其中GSK一3a和GSK一3J3基因仅 有85同源性,而在激酶区域有高达93%的同源 性.GSK一3J3基因启动子含有多个CAAT盒和正负 转录反应元件,它在某些胃肠道肿瘤中有很高的 表达. GSK一3的基本功能是识别和磷酸化特定序列: 丝氨酸/苏氨酸一x—x—x一磷酸化丝氨酸/苏氨酸[1],其 中X为任一氨基酸,后一个位点的磷酸化应在 GSK一3发挥作用之前磷酸化.GSK一3的活性中心 是T—loop结构,但GSK一3的T—loop结构缺少了一 个磷酸化的苏氨酸,这正好由底物预磷酸化的苏氨 酸/丝氨酸来代替.在哺乳动物中,GSK一3T-loop 关键位点分别是GSK一30c的Tyr279和GSK一3J3的 Tyr216E2].GSK一3a第21位点上丝氨酸(Ser21)和 GSK一3J3第9位点上丝氨酸(Ser9)的磷酸化可造成 GSK一3的失活,而GSK一3的失活在胰岛素与Wnt 的信号转导通路中起重要作用,促进胰岛素激活糖 原合成(主要是GSK一3l3失活)和稳定一连环蛋白及 刺激wnt相关基因的转录_3].在紫外线辐射下, p21第114位点上丝氨酸通过ATR信号通路激活 GSK一3l3,促使蛋白酶体降解].但有些底物起始时 并不需要磷酸化,如I3一连环蛋白磷酸化时不需要先 被磷酸化,这种机制可能是通过对不同信号转导通 路的激活来影响信号转导. ?18?国际消化病杂志2009年2月第29卷第1期 IntJDigDis,February25,2009,Vo1.29,No.1 GSK一3B的活性除了磷酸化这种调节方式外, 它还与不同的蛋白形成蛋白复合体来调节GSK一3l3 的活性.目前研究较多的是GSK一3j3结合蛋白介导 的蛋白复合体的形成,包括GSK一3结合蛋白(GSK一 3bindingprotein,GBP),轴素(axin),axil和con— ductin等.GSK一3』3在松散情况下与GBP结合形成 蛋白复合体后影响部分底物磷酸化,从而抑制 GSK一3l3活性.研究还发现,在不同的细胞周期中 Pi3K/Akt信号通路介导GSK一3I3的失活,可调节细 胞周期G1/s期的进程,增加细胞周期蛋白D的表 达[5].同时GSK一3j3还参与调节肿瘤抑制因子 PTEN对细胞周期蛋白D2表达的抑制作用_6].由 于GSK一3口参与多种信号通路的调节,这些调节还 有待进一步研究. GSK-3相关通路及其调节 2GSK-3在与肿瘤密切相关的Wnt和NF-~B信号 转导通路中的作用 2.1GSK一3与Wnt信号转导通路 wnt信号转导通路与肿瘤的发生和发展密切 相关.在正常情况下胞质中存在一定量的B,连环蛋 白,如果其量过多,就会出现APC,Axin,GSK一3, f3一连环蛋白形成的复合物.该复合物有利于GSK一3 对一连环蛋白的磷酸化.磷酸化的一连环蛋白将被 泛素蛋白水解酶识别,并降解8一连环蛋白.在Wnt 信号存在时,wnt与其膜受体卷曲受体蛋白Frz结 合后抑制GSK一3B蛋白的活性,阻止p一连环蛋白磷 酸化,而胞浆内j3连环蛋白含量增加,会使更多的 B一连环蛋白进入细胞核内与DNA结合蛋白结合而 调控细胞周期蛋白D1等多种基因的表达.这些因 子与结肠癌等多种肿瘤有关l7].因此,GSK一38无 疑在J3一连环蛋白降解过程中,是一个关键性的酶,它 能使8一连环蛋白磷酸化以致被泛素一蛋白酶系统所 识别,从而降解8一连环蛋白,使其在胞质中的含量减 少,达到抑制基因转录的目的. 2.2GSK一3与NF—B信号转导通路 NF—B是属于Rel家族的转录因子,参与调节 细胞分化及凋亡有关的基因转录.该家族蛋白都 具有一段含300个氨基酸的N端DNA结合区以及 被称为Rel同源区(RHD)的区域,该区域能形成同 源或异源二聚体,启动不同的基因转录.目前对于 GSK一3在该系统中的具体调节机制并不清楚,但实 验证实GSK一3J3在基因独特性方面对转录有深入的 影响,其中机制之一就是控制NF—xB特异的启动子 复活_8].而抑制NF—xB可以阻止NF—KB与其靶基 因BCL一2的启动子相结合,并促进慢性淋巴细胞白 血病(CLL)的B淋巴细胞凋亡,说明GSK-3可作为 CLL一个潜在的治疗靶点]. 3GSK-3在胃肠道肿瘤中的表达及特点 3.1胃癌 环氧合酶一2(COx一2)是前列腺素(PG)合成过 程中的一个重要限速酶.近年来研究发现COX_2 与胃癌关系密切,它不仅在胃癌中有较高表达,而 且还参与胃癌的增殖,转移及分化.传统的非甾体 类消炎药(NSAID)和COX一2抑制剂均已被证实可 作为预防和辅助治疗胃癌的重要药物.而在独立 于环氧合酶(COX)之外的COX一2抑制剂对胃癌的 作用机制报道并不多.Pang等叩报道,在COX一2 缺陷的人类胃癌细胞,COX一2抑制剂celecoxib通 过Akt/GSK一3~/NAG一1信号通路诱导其凋亡. 国际消化病杂志2009年2月第29卷第1期 lntJDigDis,February25,2009,Vo1.29,No.1 Celeeoxib可抑制AktSer473和GSK一317Scr9磷酸 化,并且上调非类固醇类抗炎药激活基因一1(NAG-1) 的表达,但通过预处理的GSK一3J3抑制剂可去除 celecoxib对NAG一1的这种效果.所以,独立于环氧合酶之外,Akt/GSK一317/NAG一1信号通路成为 c()x一2抑制剂作用于胃癌的主要机制.Thiel等_11_ 还发现,抑制GSK~317活性可诱导胃癌细胞COX-2 mRNA和蛋白的表达以及酶活性的升高,从而促进 了胃癌的发生发展. 3.2食管癌 在Wnt信号通路中GSK一3l3担当重要的角色, 通过它的磷酸化作用可以激活下游几个重要因子. 当Wnt信号通路失活时,8一连环蛋白的丝氨酸残基 Ser45被CK1a磷酸化,从而启动一系列的磷酸化 过程,其中GSK一3I3对』3一连环蛋白的丝/苏氨酸残 基Ser33,Ser37,Thr41产生连续磷酸化,相反抑制 GSK一3t?活性可促进l3一连环蛋白的表达.Ji等I1发 现l3一连环蛋白与食管鳞状细胞癌(ESCC)的预后密 切相关,p一连环蛋白高表达的食管癌患者与B一连环 蛋白低表达相比,其淋巴结转移率,肿瘤侵润深度 及生存率都相对要差. 3.3胰腺癌 NF—B参与胰腺癌细胞的增殖和存活过程, GSK一3j3在调节这些细胞的一些程序性过程中起作 用.胰腺癌细胞通过RNAi技术敲除GSK一3J3基 因,引起癌细胞的增殖和存活能力下降,这主要是 因为GSK一38在1远端的一个位点影响了NF-~B 介导的基因转录,其中1KAPPA是NF,IcB亚基因 p65/p50异位表达的激酶复合物.所以GSK一3J3在 胰腺癌细胞的增殖和存活中起重要作用,可作为胰 腺癌治疗的潜在靶点I1. 3.4肝癌 肝癌是人类最常见的恶性肿瘤之一,而乙型肝 炎病毒(HBV)的携带者患肝癌的相对危险性会大 大增加,这可能是因为HBV蛋白(HBX)通过激活 细胞外信号调节激酶(Erk)使GSK一3t?失活和上调 0一连环蛋白有关.HBX激活的Erk通过GSK一3p 一 个对接模序FKFP—F一291和磷酸化GSK-3第43 位点苏氨酸残基使其失活,从而上调G一连环蛋白. 同时还在乳腺癌,胃癌和乳腺癌中发现免疫球蛋白 F1(IGF1),转化生长因子J3(TGF17)和受体酪氨酸 激酶HER一2也参与调节Erk引发的GSK一317 失活E"]. ?19? 3.5结直肠癌 wnt信号转导通路与肿瘤发生和发展密切相 关,在哺乳动物GSK一3l3是Wnt信号转导通路中的 关键蛋白.研究发现转录因子Hath1在人类肠道 上皮细胞的分化过程中起关键作用,在结直肠癌, 它通过Wnt信号转导通路与一连环蛋白/GSK一3』3 发生关系,即通过GSK一3介导的p一连环蛋白或者 Hath1交互降解促进结直肠癌细胞的增殖和分 化.而对于肿瘤抑制因子p53,它通过与转录相 关或不相关的途径诱导细胞周期停滞或凋亡,Tan 等_1印发现GSK一3J3在调节p53上有独特的功能,在 人类结直肠癌,GSK一3J3对调节p53起双重作用:促 进p85在核内的转录活性和抑制线粒体内p53介导 的直接凋亡功能.而GSK一38的小分子抑制剂可破 坏p53相关靶点p21和PUMA的转录,却促进p53 相关Bax构象激活,从而导致细胞色素C(Cytc)释 放,线粒体膜电位降低及Caspase一9,Cytc加工处理 功能加强.所以小分子GSK一3J3抑制剂可作为治疗 结直肠癌的新的化疗方法. 4小结与展望 GSK一3参与细胞内多种信号转导通路的调节, 在一些胃肠道肿瘤中,它除了对已知的肿瘤有抑制 作用外,还有在肿瘤细胞生存和增殖中未知的作 用.以往研究显示,抑制GSK一3可能通过激活j3一连 环蛋白引起肿瘤的发生和发展.但是,最近体外研 究发现,GSK一3是NF—B核内活性的关键调节子, 在一些胃肠道肿瘤通过化学抑制剂或RNA干扰技 术抑制GSK一3的活性,可抑制肿瘤细胞的增殖,诱 导细胞凋亡和分化.随着GSK一3与胃肠道肿瘤之 间关系的深入研究,GSK一3在胃肠道治疗方面已经 成为极具吸引力的靶点之一,它作为胃肠道肿瘤治 疗的新靶点有良好的前景. 参考文献 1AhA,HoeflichKP,WoodgettJR,eta1.Glycogensynthaseki— nase一3:properties,function,andregulation.ChemRev,2001, 101:2527—2540. 2terHaarE,CollJT,AustenDA,eta1.StructureofGSK一 3batarevealsaprimedphosph0rylationmechanism.NatStruct Biol,2001,8:593—596. 3McManusEJ,SakamotoK,ArmitLJ,eta1.Rolethatphos— phorylationofGSK一3playsininsulinandWntsignallingdefined byknockinanalysis.EMBOJ,2005,24:1571—1583. 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