PTEN与PIPP在乳腺癌PI3K/AKT信号通路中的非冗余性抑癌作用研究

《Communications Biology》：Non-redundant roles of the phosphoinositide phosphatases PTEN and PIPP in PI3K/AKT signaling in breast cancer

本研究针对PI3K/AKT信号通路在乳腺癌中异常激活的调控机制，深入探讨了两种磷酸肌醇磷酸酶PTEN和PIPP的非冗余性抑癌功能。研究人员通过基因工程小鼠模型、乳腺癌细胞系及人类临床样本分析，首次揭示PIPP缺失可协同PTEN单倍体不足加剧乳腺上皮细胞增殖、导管多层化及AKT/mTOR信号激活，且双缺失在人类乳腺癌中与不良预后显著相关。该发现为理解PI3K/AKT通路的精细调控提供了新视角，对乳腺癌分层治疗具有重要启示意义。

在乳腺癌研究领域，磷酸肌醇3-激酶（PI3K）信号通路的异常激活是推动肿瘤发生发展的核心驱动力。约70%的乳腺癌存在该通路的过度活化，其机制包括PIK3CA等癌基因突变或PTEN等抑癌基因的失活。PI3K催化产生的磷脂酰肌醇(3,4,5)-三磷酸（PI(3,4,5)P₃）是激活下游AKT等效应蛋白的关键第二信使。细胞通过精密调控PI(3,4,5)P₃的水平来维持稳态，其中磷酸肌醇磷酸酶发挥着“刹车”作用。PTEN通过去除肌醇环3位磷酸生成PI(4,5)P₂，而5-磷酸肌醇磷酸酶PIPP（亦称INPP5J）则通过去除5位磷酸生成PI(3,4)P₂。尽管两者均以PI(3,4,5)P₃为底物，但产物不同，提示它们可能通过不同机制调控信号传导。然而，这两种酶在体内乳腺癌发生过程中是否存在功能上的相互影响，即它们是冗余还是非冗余的，此前尚不明确。为了解决这一问题，由Lisa M. Ooms和Daniel T. Ferguson作为共同第一作者，Christina A. Mitchell作为通讯作者的研究团队在《Communications Biology》上发表了他们的最新研究成果。

研究人员综合运用了多种关键技术方法：构建了Pipp基因全身敲除与Pten基因杂合敲除（Pipp^-/-;Pten^+/-）的复合基因工程小鼠模型；建立了源自小鼠乳腺上皮细胞的3D类器官培养体系以模拟体内生长环境；在多种人乳腺癌细胞系（如T47D, MDA-MB-231, Hs578T）中利用慢病毒介导的短发夹RNA（shRNA）稳定敲低PIPP和/或PTEN的表达；并通过免疫印迹、免疫组织化学、细胞增殖（BrdU掺入、克隆形成）和迁移实验等评估表型与信号通路变化；此外，研究还分析了商业化的组织cDNA芯片（TissueScan Breast Cancer cDNA array）以及公共数据库（如METABRIC和TCGA）中的人类乳腺癌样本数据，以验证临床相关性。

Pipp缺失促进Pten+/-小鼠发生晚期淋巴组织增生

为了在体内探索PIPP和PTEN的功能相互作用，研究人员成功构建了Pipp^-/-;Pten^+/-双基因修饰小鼠。结果显示，与Pten^+/-小鼠相比，Pipp^-/-;Pten^+/-雌性小鼠发生终末期淋巴组织增生的时间显著提前（中位生存期211天 vs 246天），表明Pipp的缺失加剧了由Pten单倍体不足引起的淋巴增殖，并降低了总体生存率。

Pipp缺失在Pten+/-小鼠中增强乳腺增生、导管多层化和细胞增殖

对乳腺组织的分析发现，在150天和210天时，Pipp^-/-;Pten^+/-小鼠的乳腺增生程度显著高于Pten^+/-小鼠。免疫组化检测细胞增殖标志物Ki67显示，Pipp^-/-;Pten^+/-乳腺导管在210天时的细胞增殖率显著高于Pten^+/-组。组织学观察进一步发现，Pipp^-/-;Pten^+/-小鼠的乳腺导管出现明显的上皮细胞多层化现象，甚至管腔内可见脱落的上皮细胞，这些都是上皮细胞转化的早期特征。

Pipp缺失增加Pten+/-小鼠乳腺纤维化

Masson三色染色显示，Pten^+/-小鼠乳腺导管周围的胶原沉积多于野生型，而Pipp^-/-;Pten^+/-小鼠的胶原沉积进一步增加。这表明PIPP的缺失可能通过细胞自主（直接作用于上皮细胞）和非细胞自主（影响基质，如胶原沉积）两种机制共同促进Pten^+/-背景下的乳腺细胞增殖。

PIPP和PTEN联合敲低增强细胞增殖

在细胞水平，研究人员在携带PIK3CA突变的T47D细胞和不携带该突变的MDA-MB-231、Hs578T细胞中分别敲低PIPP和PTEN。结果表明，单独敲低任一磷酸酶均能增加血清饥饿条件下的BrdU掺入率和克隆形成能力，而同时敲低两者能产生叠加效应，进一步促进细胞增殖。在软琼脂锚定非依赖性生长实验中，T47D细胞中PIPP敲低显著增加集落数量，PTEN敲低则无影响，但双敲低形成的集落虽数量减少，体积却显著增大，提示可能存在复杂的反馈调节。

PIPP和PTEN联合敲低增强AKT信号通路

信号通路分析显示，在EGF刺激的MDA-MB-231和Hs578T细胞中，双敲低PIPP和PTEN能进一步增强AKT在Thr308和Ser473位点的磷酸化水平，其程度超过单独敲低任一酶。使用AKT亚型特异性抗体检测发现，双敲低同时增强了AKT1和AKT2的活化。下游底物PRAS40的磷酸化水平在双敲低细胞中也显著升高。这些结果明确证实PTEN和PIPP在抑制AKT信号通路中扮演非冗余的角色。

PIPP和PTEN mRNA表达降低存在于部分人类乳腺癌中并与生存率降低相关

对临床样本的分析发现，在人类乳腺癌中，PIPP（INPP5J）和PTEN的mRNA表达存在协同降低的趋势。在TissueScan乳腺癌cDNA芯片中，约一半的肿瘤同时表现出低PIPP和低PTEN表达，且这些肿瘤多为ER阴性或高级别（3级）。对METABRIC和TCGA数据库的深入分析确认，PIPP低表达常与PTEN低表达和/或突变共存，且这类“PIPP-/PTEN-”肿瘤几乎全是激素受体和HER2阴性（即基底样或 Claudin-low 亚型），并且与较差的10年总生存期和无病生存期显著相关。

综上所述，本研究通过整合动物模型、细胞实验和临床数据分析，首次系统地证明了磷酸肌醇磷酸酶PTEN和PIPP在抑制乳腺癌PI3K/AKT信号通路和细胞增殖中具有非冗余功能。PIPP的缺失在PTEN功能不全的背景下，能够协同增强AKT信号，驱动乳腺上皮细胞的异常增殖和组织学改变，这模拟了人类乳腺癌中一部分患者同时存在两种磷酸酶表达下调的病理状态。该研究不仅深化了对PI3K/AKT通路精细调控的理解，更重要的是，揭示了PIPP表达水平可能作为PTEN缺陷型乳腺癌的一个新的预后标志物和潜在的治疗靶点考虑因素。未来针对特定磷酸酶缺失亚群的患者进行精准治疗策略开发，可能为改善这部分患者的预后提供新的思路。