核干细胞因子主导的信号通路影响肿瘤发生发展的研究进展

贺振华，沈富辉，曾凡钢，刘千琳，袁静敏

(兰州大学第二临床医学院/兰州大学第二医院 1. 神经外科； 2. 临床医学系，甘肃 兰州 730000)

核干细胞因子(nucleostemin, NS)是核糖GTP结合蛋白，其从N端到C端的结构依次为高度碱性的基本结构域(B)、线圈状卷曲的结构域(C)、两个相同的GTP结合基序(G1和G4)、中间结构域(I)及酸性结构域(A)(图 1)，它在干细胞和某些肿瘤细胞的细胞周期调控、细胞增殖和细胞凋亡方面起重要作用[1]。综合相关文献发现，NS参与了某些肿瘤细胞生命活动的调控，涉及了多个信号通路，如p53依赖途径、磷脂酰肌醇-3羟基激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B, PKB, 又称AKT)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)信号通路、Wnt/β-catenin信号通路和Rho相关蛋白激酶(Rho-associated protein kinase, ROCK)信号通路等。

图1 NS蛋白结构示意图Fig 1 Structure of nucleostemin

1 p53依赖途径

p53依赖途径是目前研究最清楚的信号通路，其在细胞自噬、细胞代谢、细胞周期、细胞凋亡及细胞癌变等多个方面均具有重要作用[2]。

1.1 作用蛋白与作用方式

p53是常见的肿瘤抑制基因。鼠双微染色体2(mur-ine double minute 2, MDM2)是p53的E3 泛素连接酶，可使泛素化的p53直接被蛋白酶体降解。当细胞内p53增加时，它会作为转录因子被激活，导致细胞周期停滞或细胞凋亡，以及使MDM2以p53依赖性的方式增多，这将造成p53转录活性被抑制和p53的降解[3]。

1.2 NS与p53依赖途径的联系

NS与MDM2的相互作用可以调节p53的蛋白水平[4]。NS可以通过与MDM2的酸性结构域结合而抑制MDM2介导的p53的泛素化和降解，最终导致细胞周期停滞，细胞增殖被抑制。此外，NS低表达时，MDM2会通过与核糖体蛋白结合而使p53水平增高。使用Western blot分析肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)和非肿瘤肝组织后发现，在HCC中NS高表达且NS的表达和p53的表达呈负相关[5]。NS的耗竭可以增加p53的表达，进而激活p53依赖途径，同时NS也参与索拉非尼对HCC的作用过程，而且NS低表达和p53高表达的HCC患者的生存时间更长，预后更好。因此，在NS高表达的癌细胞中，可以通过沉默NS激活p53依赖途径，抑制细胞增殖，减缓肿瘤增生，以达到治癌效果。

2 PI3K/AKT/mTOR信号通路

PI3K/AKT/mTOR信号通路是目前研究比较热门的信号通路之一。在HCC细胞中，激活PI3K/AKT/mTOR信号通路能够抑制细胞自噬，减少细胞凋亡，促进肿瘤细胞迁移和侵袭[6]。

2.1 效应蛋白与作用方式

PI3K是一类脂质蛋白激酶。G蛋白偶联受体或蛋白酪氨酸激酶受体可激活PI3K，p-PI3K通过磷酸化激活AKT，p-AKT能使TSC磷酸化mTOR，激活后的mTOR作用于真核启动因子4E结合蛋白1(4E-binding protein 1, 4E-BP1)和核糖体S6蛋白激酶(ribosomal protein S6 kinase S6K, p70S6K)来参与细胞各项生命活动。

2.2 NS和PI3K/AKT/mTOR信号通路的联系

敲低HL-60细胞中的NS后，与PI3K和AKT2相关联的PI3K-AKT途径中的关键蛋白水平均会下调，引起细胞凋亡，而通过检测PI3K/AKT/mTOR信号通路中相关蛋白的表达发现mTOR复合物GβL蛋白的表达水平明显下调，而AKT、p-AKT、p70S6k、p-p70S6k蛋白水平并无明显变化[7]。因此仍需要进一步的研究和证明NS参与PI3K/AKT/mTOR信号通路的下游蛋白，从而进一步阐明NS异常表达导致肿瘤分级增高的机制。

p53是mTOR的有效双重抑制剂，激活p53可以抑制AKT / mTOR信号通路，从而加快细胞自噬，导致细胞增殖被抑制[8]。由于p53依赖途径和PI3K/AKT/mTOR信号通路具有协同抗肿瘤作用，所以沉默NS能够促进p53表达，而p53的增加会进一步通过抑制mTOR，进而抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路，阻止肿瘤细胞增殖。敲低NS也能通过非p53依赖途径来抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路，所以临床上可以考虑mTOR抑制剂和MDM2-p53抑制剂联合应用来治疗NS高表达的肿瘤。

3 经典Wnt/β-catenin信号通路

Wnt/β-catenin信号通路在调控细胞自噬、细胞凋亡和细胞增殖方面具有重要作用，如激活Wnt/β-Catenin途径能够加进胶质瘤病理进程[9]。

3.1 效应蛋白与作用方式

Wnt是一种富含半胱氨酸的分泌型糖蛋白，而β-catenin是Wnt通路的核心蛋白。在没有Wnt信号时，CK1、APC、Axin与GSK-3β蛋白组合形成的复合物能使β-catenin泛素化后被蛋白酶体降解[10]。当存在Wnt信号时，Wnt会和frizzted(Fzd)结合，从而激活蓬乱蛋白使其下游靶蛋白Axin与LRP5/6结合，破坏蛋白复合物，抑制β-catenin降解。β-catenin会在细胞质中积聚并转位到细胞核中，它与T细胞转录因子/淋巴样增强因子结合后激活下游靶基因的启动因子，导致细胞出现异常增殖[11]。

3.2 NS与Wnt/β-catenin信号通路的联系

使用上皮生长因子处理人胆囊癌细胞，发现其可以诱导β-catenin转位至细胞核中来激活Wnt信号，使NS表达上调，而抑制Wnt/β-catenin信号通路则会使NS表达下调，这些结果表明Wnt/β-catenin信号通路的激活可以增加NS的表达[12]。在胶质瘤细胞中，NS和β-catenin表达呈正相关，敲除NS可阻止β-catenin转位到细胞核中，从而抑制Wnt/β-catenin途径，减缓肿瘤细胞增殖[9]。综上所述，NS和Wnt/β-catenin信号通路形成反馈环，Wnt/β-catenin信号通路被激活会使NS表达上调，NS高表达会激活Wnt/β-catenin信号通路传导，进而促进肿瘤细胞的增殖。

在肿瘤细胞中，β-catenin过表达会促进p53的表达，p53则通过调控机制抑制β-catenin的表达，两者形成反馈环[13]。Wnt/β-catenin信号通路激活会促进细胞增殖，p53基因作为肿瘤抑制基因，其蛋白产物会使细胞增殖被抑制，两者在正常细胞内共同调节细胞内部平衡，防止细胞癌变。而且，p53突变体能够诱导β-catenin的积累，导致细胞发生癌变[14]。此外，在骨肉瘤细胞中，Neurensin-2可通过磷酸化AKT激活GSK3β，p-GSK3β促进β-catenin泛素化和降解[15]。因此，使用AKT抑制剂和Wnt抑制剂可以共同靶向PI3K/AKT/mTOR信号通路和Wnt/β-catenin信号通路导致抗癌效果的增强。

4 ROCK/c-Myc信号通路

ROCK/c-Myc信号通路可以参与对肿瘤细胞增值的调控，所以阻断ROCK/c-Myc信号通路可以抑制PC3细胞增殖[16]。

4.1 效应蛋白与作用方式

ROCK是一种丝/苏氨酸蛋白激酶，它可以与GTP结合蛋白结合而被激活，参与细胞凋亡和细胞增殖的调控。ROCK激酶可直接磷酸化c-Myc蛋白，增强c-Myc蛋白稳定性并提高其磷酸化时在细胞核内的转录活性。c-Myc蛋白可以调控其下游靶基因，使其异常表达，从而参与细胞的增殖、分化与凋亡，进而实现其肿瘤调节效应[16]。

4.2 NS与ROCK/c-Myc信号通路的联系

NS不仅是Myc诱导的复杂转录网络的组成部分，而且还是肿瘤发生发展的关键调节因子，同时也是Myc蛋白诱导肿瘤发生的关键介质。与正常组织相比，肿瘤组织中的c-Myc蛋白表达显著增加，因此c-Myc蛋白的过表达是许多肿瘤的特征之一。NS是c-Myc蛋白的靶蛋白。在血清饥饿条件下检测到NS在大鼠成纤维细胞中表达水平，添加血清后迅速诱导c-Myc表达，这时发现NS蛋白水平升高，而且c-Myc低表达后NS表达会下调。在具有内源性c-Myc的大鼠成纤维细胞和稳定表达c-Myc的人成纤维细胞中进行了ChIP测定，实验数据表明c-Myc蛋白可直接结合到NS启动子的E盒中[17]。在前列腺癌细胞中，c-Myc过表达可促进NS高表达，进而通过调节核糖体大亚基蛋白促进前列腺癌细胞的增殖[18]。所以，c-Myc蛋白可直接结合到NS启动子的E盒中，通过c-Myc的过表达促进NS高表达，进而加快肿瘤细胞增殖，提高肿瘤恶性程度，增加肿瘤的侵袭性。

p53可以直接抑制c-Myc的转录，也可以与c-Myc蛋白竞争性结合相同的反应元件，还可诱导miR-145表达，随后在蛋白质水平抑制c-Myc表达，而c-Myc蛋白却通过p19ARF在转录水平抑制p53表达[19]。此外，c-Myc也是PI3K/AKT/mTOR信号通路下游效应蛋白，高表达的c-Myc通过反馈调节抑制上游信号蛋白mTOR，从而抑制PI3K/AKT/mTOR信号传导，诱导细胞自噬，导致细胞凋亡[20]。在HCC细胞中，在转录水平调节β-catenin可以激活Wnt/β-catenin信号传导，使c-Myc的表达升高，而敲低细胞中β-catenin可以使c-Myc的表达降低[21]。通过激活Wnt/β-catenin信号通路可以上调c-Myc表达进而促进细胞的增殖，而敲除c-Myc能够使Wnt/β-catenin信号通路介导的细胞增殖能力减弱。此外，LINC00460可以通过下调c-Myc表达抑制β-catenin表达和Wnt/β-catenin信号传导，进而抑制肿瘤细胞的增殖和侵袭[22]。在结直肠癌细胞中，Wnt/β-catenin的激活增加了mTOR抑制因子Deptor的表达，c-Myc蛋白直接可以与Deptor的启动子结合，所以抑制Wnt/β-catenin/c-Myc/Deptor信号传导能够抑制肿瘤细胞增殖，而抑制Deptor能激活PI3K/AKT/mTOR信号通路，相应的体外实验结果也表明Wnt和mTOR抑制剂组合具有深度抗癌细胞增殖作用[23]。因此同时靶向抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路和Wnt/β-catenin信号通路是治疗相关肿瘤的不错选择。

综上所述，c-Myc蛋白高表达可以促进NS的表达，进而抑制p53表达，导致肿瘤细胞增殖加快，而这一过程中可能涉及p53对mTOR抑制的解除，进而激活PI3K/AKT/mTOR信号通路，参与肿瘤细胞增殖。c-Myc蛋白可以通过激活mTOR来激活PI3K/AKT/mTOR信号传导，发挥促肿瘤细胞增殖效应；同时，p53被抑制会通过激活Wnt/β-catenin信号通路来上调c-Myc表达，进而促进细胞增殖，阻止细胞凋亡，加速肿瘤的迁移和侵袭。因此，高表达的c-Myc蛋白可以直接促进NS的表达，而NS充当p53的上游调节剂，NS高表达会使p53依赖途径激活，p53高表达会抑制PI3K/AKT/mTOR/c-Myc信号通路和Wnt/β-catenin/c-Myc信号通路，当细胞受到危险因素刺激后，NS可以通过非p53依赖途径激活其他信号通路，导致肿瘤细胞增殖加快，肿瘤恶性程度增加。

5 总结与展望

NS在肿瘤细胞增殖中发挥着重要作用，其作用机制非常复杂，几乎重要的信号通路中都有它的参与，这些信号通路围绕NS可以相互作用、相互调控、相互影响，激活相关传导途径，参与肿瘤细胞增殖与分化(图 2)。NS的表达与膀胱癌、卵巢癌、胃癌和食管腺癌等的肿瘤分级呈正相关，它在这些高级别恶性肿瘤细胞中均过度表达，因此其与肿瘤细胞的发生发展密切相关，同时还能通过p53途径、PI3K/AKT/mTOR通路和Wnt/β-catenin通路促进肿瘤细胞增殖。由于目前NS对细胞增殖调控的具体机制尚不明确，所以通过研究NS与肿瘤细胞调控相关蛋白的相互作用，在分子水平和细胞水平深入研究并阐明其作用机制，使其成为NS异常表达的肿瘤诊断依据、治疗手段和预后的标靶。

图2 NS与各个信号通路的关系Fig 2 Signalings pathway involved in nucleostemin