抑癌基因PTEN：结构，功能及参与的信号传导（下）

PTEN及FAK参与整合素信号传导通路
    整合素（integrin）介导的与细胞外基质粘附在调节细胞的存活、增殖和运动中起重要作用。由于PTEN序列上与整合素信号传导复合体中的细胞骨架蛋白tensin有同源性，PTEN在整合素传导途径中可能也发挥功能。整合素在正常细胞和肿瘤细胞中都可以参与调节细胞粘连、迁移及信号转导。

    整合素包含有成对的*和*穿膜亚基组成。它通过细胞外基质蛋白或抗体与其特定位点的结合而活化，由跨膜的整合素的胞内部分直接活化许多细胞内信号转导事件，其中包括，酪氨酸磷酸化聚焦粘附激酶（focal adhesion kinase, FAK)。整合素的细胞内部分可与多个信号分子形成大的复合体，包括有Src家族激酶；细胞骨架蛋白，如*-actinin，talin，paxillin及p130Cas和其它信号传导分子，如生长因子受体，MAP kinase，Ras，NF-*B，PI3K，PKC，胰岛素受体底物－1（insulin receptor substrate-1），caveolin-1，c-jun氨基端激酶（c-jun amino-terminal kinase, JNK）等⁴³。

    恶性细胞的特点是生长的不受控制及具备侵入和恶性转移的能力。正常细胞和肿瘤细胞在细胞骨架的组织上也有很大的区别。这些区别正是造成肿瘤细胞可以恶性转移的原因。肿瘤细胞通过整合素家族成员的细胞表面受体与其它细胞或细胞外基质的粘连和相互作用是决定其侵入和恶性转移能力的关键的一个方面。整合素介导的信号传导和整合素调控的促有丝分裂信号可能在肿瘤细胞的发生、发展及转移中起重要作用。整合素激活信号通路，调节基因表达和细胞生长是一个复杂的网络体系，它可调节多个cyclins和cyclin-dependent kinase(CDKs)。其中FAK是整合素依赖性细胞增殖调节过程的主要一环。同时，整合素也通过Shc（Src homology 2-containing protein）来发挥生理功能。Shc是一个SH2-phosphatyrosine-binding adapter protein，可通过它形成Grb2-Sos复合体，并且连接酪氨酸激酶到Ras信号通路中。

    FAK现在被认为具有多种生物功能，它是一个依赖于整合素在其酪氨酸残基磷酸化而被活化。聚焦粘附相关磷酸酶（focal adhesion-associated phosphatase）可以调节FAK相关信号传导和功能。在BALB/c 3T3细胞和人的上皮细胞，用微注射的方法导入FAK的单克隆抗体抑制FAK活性，可以诱导细胞周期停滞⁴⁴；过表达FAK可加速细胞细胞从G1期到S期的过渡，而FAK突变细胞则在G1期终止细胞进程⁴⁵。FAK同时在整合素介导的细胞伸展和迁移的调控中发挥功效。在迅速迁移中的角质化细胞（keratinocytes）及恶性转移中的肿瘤细胞中FAK的表达被大大增强。上皮细胞的迁移能力也与FAK的磷酸化程度及其激酶活性成正相关。来源于FAK缺陷型小鼠的细胞，抑制FAK信号通路，细胞的迁移性大大降低。

    NIH3T3细胞转染PTEN重组载体后，PTEN的mRNA水平升高两倍，细胞迁移被抑制达52％。与此相反，转染反义PTEN的细胞迁移能力增加21％。30分钟时，未转染PTEN的人成纤维细胞铺展率达⁶⁰，而PTEN过表达的细胞仅20％的细胞铺展，2小时时，绝大多数转染细胞铺展，但铺展细胞覆盖面积仍较未转染组低，提示PTEN超量表达只能延迟而非完全阻止铺展。值得注意的是，过表达PTEN的细胞在非整合素蛋白基质上培养时，铺展不受影响，但在涂有整合素蛋白配体Fn、玻连蛋白或mAB（抗*1）的基质上培养，细胞铺展明显受到抑制。说明PTEN选择性抑制整合素蛋白介导的细胞铺展。超量表达PTEN的细胞聚焦粘附被明显抑制，但转染反义PTEN的细胞聚焦粘附不受影响³¹。

    PTEN在体内直接与FAK作用，并在FAK的酪氨酸位起磷酸集团，然后抑制整合素介导的细胞伸展和迁移⁴³。这些功能似乎是依赖于PTEN的蛋白质酪氨酸磷酸酶活性，因为在脂磷酸酶活性丧失的错义突变G129E（129位的甘氨酸变为谷氨酸）仍可以对FAK去磷酸化并抑制细胞的伸展、迁移和细胞骨架的形成。PTEN同样被认为能够结合Shc，抑制Grb2-Sos复合体的形成，使之不能活化MAP kinase cascade。因此，通过与整合素的结合调节FAK和Shc的磷酸化，PTEN可以调控细胞粘连和迁移的各个方面。PTEN在调节细胞粘连和迁移中的关联也为其大多在晚期转移肿瘤中发现突变的事实提供了合理的解释。尽管PTEN的抑癌功能似乎仅依赖于它的脂磷酸酶活性，这对细胞生长及细胞周期的调节是必需的，但是在pten-/-肿瘤中高度的侵入性，转移性的表型则是PTEN酪氨酸磷酸酶活性的丧失的结果。PTEN对FAK及Shc的调控虽不足以抑制肿瘤的形成，但它们在肿瘤的发展和恶性转移中起重要作用。


Fig.3. Model of the PTEN signaling network.
From J. Natl. Cancer Inst.91: 1820-1828, 1999

存在的突出问题
    PTEN敲除的小鼠揭示了PTEN在胚胎形成中的重要功能^26,27。此基因的完全失活将由于胚层分化及模式异常导致交配后6.5-9.5天内胚胎致死。pten-/-的ES细胞在体外或移植入同系受体鼠内，它的分化能力发生极大的改变²⁷。对突变胚胎的分析发现外胚层和中胚层组建程度低下，而头侧和尾侧区域过度生长。那么，PTEN功能的丧失到底使哪一条分化途径失去调控还不知道，是否异常的细胞分化在PTEN突变的肿瘤中导致癌转化还不十分清楚。

    对PTEN表达的调控还知之甚少。PTEN的转录，翻译，半衰期等丧失紧密控制都对细胞的存活，增殖和肿瘤的生成、转化有巨大的影响。在人角质化细胞和肿瘤细胞中，PTEN的mRNA在TGF－b的处理下迅速降解⁴，但是这个调控路径的重要性还不知道。另外，PTEN含有一个三氨基酸的C末端区域（TKV-COOH），可与含有PDZ结构域的蛋白质结合，PDZ结构域通常与多蛋白复合体的组装相关。所以，尽管这几个氨基酸的突变并不引起PTEN抑癌活性的改变，它可能对PTEN的细胞内定位及与其它蛋白的相互作用中发挥功能。

    通过PTEN蛋白晶体结构的研究提示出一个可能调节PTEN细胞内定位的重要结构域：PTEN通过一个C2结构域与膜磷脂结合。与其它一些信号分子的C2结构域不同的是，它的结合不需要Ca结合在细胞膜上，而且C2结构域与PTEN的磷酸酶结构域紧密相连，表明它可能参与体内催化位点与底物的相互定位。与这个假设相一致的，C2结构域的突变使PTEN的抑癌活性降低而其体外的酶活力并无变化³⁰。

    另一个重要的问题将在将来解决，是否还存在PTEN的其它的底物？发现这样的底物将明确PTEN和PI3K/AKT途径之间的重叠程度，并且加深对PTEN的抑癌活性。最近的一些在果蝇和线虫中的遗传研究发现，PTEN在胰岛素/PI3K传导通路中的发挥功能，而在控制PIP3独立信号通路中不发挥作用，提示PTEN可能具有除了细胞生长和细胞死亡调节外还具有新的功能。

小结
    基于自1997年克隆抑癌基因PTEN至今近3年的研究表明，PTEN作为肿瘤抑制基因具有两方面的功能：1、通过其脂磷酸酶活性，调节第二信使PIP3的水平，活化AKT/PKB及凋亡和anoikis过程，进而调控细胞的生长与凋亡；2、它还通过其靶向于FAK和Shc的蛋白质酪氨酸磷酸酶功能参与调节细胞粘连、迁移、肿瘤细胞的转移、细胞骨架的组建及MAP kinase的活化（见图三⁴³）。其第二个功能可能与晚期癌症的进展，尤其进入癌症的恶化和转移阶段相关。在这两条通路之间，组分间的相互作用也是存在的，例如PTEN对FAK脱磷酸，抑制FAK活性，也就抑制了FAK对PI3K的活化作用。

    PTEN是具有磷酸酶活性的第一个抑癌基因，它作为一个与激酶功能相对应的调控分子，磷酸酶活性的丧失可能导致肿瘤的发生。发展及恶性转移。PTEN基因在大多数肿瘤中都存在突变失活，表明它广泛的在多个组织的肿瘤中都具有重要作用。各种研究表明，PTEN具有抑制肿瘤，影响细胞生长与凋亡，调控细胞迁移和细胞骨架。PTEN在信号传导和细胞的各项生理过程中都有较复杂的重要效应，很可能PTEN还有更重要的功能等待人们去挖掘。PTEN强的抑癌功能也可引入肿瘤的基因治疗，将有望获得对肿瘤治疗的新的有效的方法。


参考文献
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