综述:癌症中的膜联蛋白 A2(ANXA2):肿瘤细胞凋亡的异常调节及其免疫相互作用

【字体: 时间:2025年04月16日 来源:Cell Death Discovery 6.1

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  本文是一篇关于膜联蛋白 A2(ANXA2)在癌症中作用的综述。ANXA2 在肿瘤细胞凋亡、免疫逃逸和治疗耐药性方面意义重大。文中深入探讨其调节凋亡的机制、与肿瘤免疫的关联及作为治疗靶点的潜力,为癌症治疗研究提供了新思路。

  

引言

膜联蛋白 A2(ANXA2)是一种钙离子依赖的磷脂结合蛋白,在多种生物学过程中发挥关键作用。细胞凋亡是哺乳动物体内清除异常细胞的重要机制,分为外源性(死亡受体介导)和内源性(线粒体介导)途径。肿瘤细胞中,凋亡相关通路常发生异常调节,导致肿瘤生长失控和治疗耐药。目前虽有研究涉及 ANXA2 在肿瘤进展中的作用,但缺乏对其抗凋亡效应、对凋亡应激信号的响应及与免疫逃逸关系的系统综述。本文将从活性氧(ROS)、自噬、DNA 损伤反应和糖代谢等角度,深入探讨 ANXA2 在调节肿瘤细胞凋亡中的作用机制,同时分析其与肿瘤免疫的联系,以及在肿瘤细胞治疗耐药中的潜在作用和作为治疗靶点的前景。

ANXA2 的调节和激活机制

ANXA2 的结构和正常生理功能

ANXA2 是膜联蛋白家族成员,分子量约 36kDa,由氨基末端可变结构域(N - 末端)和羧基末端核心结构域(C - 末端)组成。N - 末端包含多个结合活性位点,如磷酸化位点(Ser - 11、Ser - 25 和 Tyr - 23)、配体 - 蛋白质相互作用位点(如 p11(S100A10 片段)结合位点)、核输出信号(NES)和反应性半胱氨酸残基 Cys。这些位点经类固醇受体共激活剂(Src)家族丝氨酸和酪氨酸激酶磷酸化,参与调节 ANXA2 的亚细胞定位和信号传导。C - 末端由四个重复氨基酸序列形成弯曲结构,凸面含钙和磷脂结合位点,凹面含 F - 肌动蛋白、带负电荷磷脂、纤连蛋白、RNA 和肝素结合位点 。ANXA2 既能以单体形式存在,也能与 S100A10 蛋白结合形成异源四聚体(AIIt)。它在亚细胞定位、细胞增殖、凋亡、迁移、膜修复和免疫抑制等过程中发挥关键作用,其 C - 末端与带负电荷磷脂和肌动蛋白结合,在膜表面形成网络,促进膜形成、运输、内吞、外排和蛋白质招募 。

ANXA2 的激活机制

细胞应激时,ANXA2 表达水平会发生波动。在饥饿条件下,氨基酸和血清饥饿作为经典的自噬诱导刺激,会使 ANXA2 和自噬相关蛋白 LC3 - II 水平显著升高,敲低 ANXA2 会抑制饥饿诱导的自噬,表明细胞在饥饿时可能部分依赖自噬供能,且自噬受 ANXA2 水平调节。质膜损伤也会刺激 ANXA2 表达,肿瘤细胞穿越细胞外基质时,机械应力和氧化应激增加,导致质膜损伤风险上升,此时肿瘤细胞会通过过表达包括 ANXA2 在内的膜联蛋白来补偿,促进膜融合和伤口愈合。此外,肿瘤细胞中的 ANXA2 与预后和缺氧微环境相关,缺氧肿瘤微环境通过转录因子激活蛋白 - 1(AP - 1)和 TAR DNA 结合蛋白 43(TDP43)上调 circRNA(circADAMTS6)表达,circADAMTS6 以蛋白酶体依赖方式招募并稳定 ANXA2,维持其表达水平稳定。

ANXA2 蛋白的磷酸化及其在肿瘤进展中的作用

磷酸化是影响 ANXA2 功能的重要翻译后修饰。ANXA2 蛋白有三个主要磷酸化位点:Ser - 11、Ser - 25 和 Tyr - 23。虽然缺乏 ANXA2 Ser - 11 在体内磷酸化的直接证据,但体外研究表明,它作为蛋白激酶 C(PKC)底物被磷酸化后,会抑制 AIIt 形成,进而通过负反馈抑制纤维蛋白溶解 。ANXA2 Ser - 25 磷酸化主要与颗粒物质释放有关,在嗜铬细胞分泌过程中,PKC 使该位点磷酸化,促使细胞颗粒与细胞膜连接并释放。Tyr - 23 磷酸化在肿瘤发生发展中作用关键,一方面,它与 ANXA2 的核定位有关,如 p - 糖蛋白(P - gp)通过调节 ANXA2 Tyr - 23 磷酸化促进多药耐药乳腺癌细胞侵袭,且该过程受受体激活 C 激酶 1(RACK1)介导;另一方面,Tyr - 23 磷酸化还影响 ANXA2 的外分泌分泌,它促进 ANXA2 与脂筏稳定结合,阻止其与网格蛋白复合物相互作用,使其通过小窝介导的非网格蛋白依赖途径内吞,并运输到晚期内体和外泌体 。近年来研究发现,ANXA2 Tyr - 24 磷酸化也对其亚细胞定位和功能有重要影响,它既促进 ANXA2 在细胞核分布,又抑制其与细胞膜结合,这种抑制作用可被 S100A4 或 S100A10 结合恢复。ANXA2 的功能调节多通过多个磷酸化位点协同作用实现,使其能在不同细胞环境和应激条件下发挥多种功能。

ANXA2 对肿瘤细胞凋亡的调节

对凋亡相关基因的直接调节

P53 是一种 DNA 特异性结合的肿瘤抑制蛋白,可通过调节下游凋亡基因 p21、BAX 和 GADD45 的转录诱导细胞凋亡。正常细胞中,p53 高度泛素化,当受到缺氧、DNA 损伤和癌基因激活等内外应激时,其泛素化被抑制,凋亡相关蛋白转录增加,启动凋亡过程 。p53 启动子含有保守的 AP - 1 样元件 p53 因子 - 1(PF - 1)位点,可与 c - Jun 结合形成 c - Jun/p53 复合物,抑制 p53 转录。在顺铂耐药肿瘤细胞中,ANXA2 促进 c - Jun N - 末端激酶(JNK)磷酸化,p - JNK 诱导 c - Jun/p53 复合物形成,降低 p53 表达,抑制细胞凋亡 。
Sirtuin 6(SIRT6)是一种烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)依赖的去乙酰化酶,其乙酰化直接调节 ANXA2 表达。同时,SIRT6 蛋白水平受泛素蛋白连接酶 E3A(UBE3A)调控,UBE3A 使 SIRT6 高度保守的 Lys160 残基泛素化,导致其降解,且 UBE3A 还直接调节 p53 的泛素化水平,通过蛋白酶体降解 p53 抑制细胞凋亡 。
核因子 κB(NF - κB)信号通路也受 ANXA2 调节。NF - κB 复合物由异源二聚体组成,如 NF - κB1(p50/p105)/RelA(p65)复合物和 NF - κB2(p52/p100)/RelB 复合物。在静息状态下,NF - κB 抑制蛋白(IκB)与 NF - κB 结合,掩盖其核定位信号。缺氧或应激条件下,细胞内 ANXA2 上调,与 IκB 竞争结合 NF - κB 的 p50 或 RelA 亚基,促使 IκB - NF - κB 复合物分离,释放核定位信号,随后 ANXA2 与 p50/RelA 复合物转位到细胞核,促进 DNA 损伤相关基因和凋亡相关基因(如 Bcl - 2)转录,调节细胞凋亡和耐药性 。也有研究表明,ANXA2 可通过改变 p65 蛋白水平调节 NF - κB 通路 。

对肿瘤细胞凋亡的间接调节

  1. 降低活性氧水平:AIIt 通过 ANXA2 核心结构域与膜磷脂结合定位于质膜,参与多种细胞过程调节,包括细胞凋亡。凋亡是清除多余或异常细胞的重要机制,如在细胞密度较高时,顶端挤出的细胞会因物理应激(如 ROS 增加)发生凋亡 。ROS 是重要的凋亡诱导剂,可通过促进 p38 丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)磷酸化诱导凋亡 。ANXA2 是新型氧化还原调节蛋白,可参与多种氧化还原循环反应调节细胞内 ROS 水平 。在癌细胞顶端细胞中,AIIt 在细胞膜侧积累,可通过降低 ROS 水平抑制 p38MAPK 磷酸化,阻止凋亡诱导。ANXA2 调节 ROS 水平的机制可能是:在氧化应激下,过氧化物酶体增殖物激活受体 2(Prx2)通过 ANXA2 参与氧化还原反应,ANXA2 作为膜支架蛋白,使 Prx2 和信号转导及转录激活因子 3(STAT3)靠近,将氧化当量从 Prx2 转移到 STAT3,形成 STAT3 氧化产物,随后氧化的 STAT3 被硫氧还蛋白 - 1(Trx)氧化还原系统还原,还原的 STAT3 对谷胱甘肽合成至关重要,阻断 STAT3 会显著降低谷胱甘肽水平,增加 ROS 。此外,AIIt 还可直接发挥抗氧化作用,该作用可能依赖谷胱甘肽,谷胱甘肽作为重要抗氧化剂,可中和 ROS,保护细胞免受氧化应激损伤,AIIt 与谷胱甘肽形成混合二硫键,防止半胱氨酸残基不可逆氧化为亚磺酸或磺酸,且 AIIt 可在谷胱甘肽帮助下发挥抗氧化作用,随后通过谷氧还蛋白(Grxs)去谷胱甘肽化恢复活性 。
  2. 诱导细胞自噬抑制凋亡:自噬是细胞在饥饿时激活的重要降解机制,通过回收生物分子应对营养缺乏,其自噬体膜结构来源于内质网、高尔基体、线粒体和质膜等多个部位 。ANXA2 作为 Ca2 +依赖的磷脂结合蛋白,参与膜运输和融合相关生物学过程,在自噬调节中起重要作用 。质膜来源的吞噬体形成依赖自噬相关 16 样 +(Atg16L +)囊泡,ANXA2 促进质膜向内凹陷形成囊泡,并协调 Atg16L + 囊泡的同型融合,扩大吞噬泡,该过程可能由 ANXA2 与 S100 蛋白结合形成的异源四聚体复合物介导 。运输到循环内体后,吞噬泡与 Atg9 + 囊泡通过同型或异型融合生成吞噬体 。内质网应激时,ANXA2 向细胞膜定位增加,促进 Atg16L + 自噬体产生,增加自噬流 。但在顺铂耐药的骨肉瘤肿瘤样本和细胞系中,ANXA2 表达上调却与自噬受损有关 。这可能是因为 ANXA2 蛋白的空间定位影响其功能,细胞质中的 ANXA2 蛋白与转录因子 EB(TFEB)结合,阻止 TFEB 进入细胞核,TFEB 是驱动自噬和溶酶体基因表达的转录因子,阻断其入核会抑制自噬和溶酶体功能相关基因(ATG9B、LC3 和 p62)表达 。而在三阴性乳腺癌(TNBC)中,上调的 circEGFR 与 ANXA2 结合,促进 ANXA2 转位到质膜,使 TFEB 从 ANXA2 - TFEB 复合物中释放,导致 TFEB 核转位 。同样,内质网应激通过激活 STAT3 促进 SEC23A 转录,高表达的 SEC23A 与 ANXA2 蛋白相互作用,促进其质膜定位和 TFEB 核转位 。TFEB 通过调节溶酶体功能和自噬抵抗细胞凋亡 。此外,S100A10 与 ANXA2 相互作用也间接诱导自噬,二聚体 S100A10 与两个 ANXA2 分子结合形成 AIIt,一方面增加 ANXA2 对 Ca2 +的亲和力,促进其质膜转位,诱导自噬;另一方面防止 S100A10 被泛素依赖或非依赖的蛋白酶体快速降解,S100A10 可调节自噬起始因子 UNC51 样激酶 - 1(ULK1)定位到内质网 - 线粒体接触位点(MAMs),在 IFN - γ 刺激下诱导自噬 。ANXA2 还可通过调节自噬相关蛋白(Atg 蛋白)活性诱导自噬,Atg 蛋白激活通常涉及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物 1(mTORC1)抑制,mTORC1 是目前研究最多的自噬调节靶点 。饥饿诱导下,ANXA2 介导 Atg7 转录激活,增强自噬流,促进肿瘤细胞耐药 。有趣的是,抑制 mTORC1 组分 RPTOR/Raptor 后自噬无显著变化,而沉默 mTORC2 组分 RICTOR 后,ANXA2 和自噬水平显著降低,表明 ANXA2 在饥饿诱导的自噬中通过 mTORC2 途径而非 mTORC1 依赖途径介导自噬反应,且这种自噬可抑制化学诱导的细胞凋亡 。进一步研究发现,饥饿条件下,激活的 mTORC2 上调热休克蛋白家族 A(HSPA,HSP70)表达,形成的 HSPA - ANXA2 二元复合物使 ANXA2 具有抗蛋白水解能力,随后 ANXA2 促进热休克因子 1(HSF1)磷酸化和核转位,激活 ATG7 转录,增强其表达,最终导致 LC3B - II 产生增加 。同时,磷酸化的 HSF1 调节 RNA 结合蛋白 HuR,HuR 与 Rictor 3’ UTR 结合,增强翻译效率,刺激 mTORC2 激活,形成自噬诱导的正反馈环 。但也有研究表明 ANXA2 通过磷酸化 mTOR 负向调节自噬,说明 ANXA2 - mTOR 相互作用调节自噬波动 。ANXA2 通过自噬介导的凋亡抑制发挥促生存作用,在短暂应激下,这种保护性自噬可逆,但长期应激会通过 ANXA2 与磷酸化 mTOR 相互作用抑制自噬,防止过度自噬诱导的细胞凋亡,当应激超过临界阈值,该调节机制失效,导致自噬依赖的凋亡细胞死亡 。
  3. 促进糖酵解抑制凋亡:近年来,ANXA2 在代谢尤其是糖酵解中的潜在作用受到关注。有氧糖酵解是肿瘤细胞在正常氧条件下的生存策略,通过糖酵解途径而非氧化磷酸化产生 ATP,既能快速满足肿瘤细胞能量需求,又能增强其应激反应能力,赋予癌细胞抗凋亡特性 。一方面,癌细胞有氧糖酵解水平降低时,线粒体氧化磷酸化显著增加,产生大量 ROS,导致抗凋亡蛋白下调 ;另一方面,增加的有氧糖酵解直接影响抗凋亡和促凋亡蛋白水平 。因此,促进有氧糖酵解是肿瘤细胞抵抗凋亡的关键途径 。
mTOR 信号通路在调节有氧糖酵解中起关键作用 。在过表达 S100A10 的肿瘤细胞中,Src 介导的 ANXA2 磷酸化增加,可能与 S100A10 促进 ANXA2 转位到质膜有关 。磷酸化的 ANXA2(p - ANXA2)随后磷酸化 AKT/mTOR 信号通路,调节有氧糖酵解,抑制细胞凋亡 。但 ANXA2 本身无激酶结构域,其磷酸化 Akt 的机制可能是通过上调苏氨酸酪氨酸激酶(TTK)实现,在缺氧缺血性脑损伤细胞中,ANXA2 磷酸化促进 Akt 磷酸化,抑制线粒体依赖的凋亡途径 ,且敲低 ANXA2 抑制 Akt 磷酸化的作用可被 TTK 过表达逆转 。
有趣的是,有研究表明 ANXA2 激活可促进线粒体氧化磷酸化水平增加 ,这似乎与 ANXA2 促进有氧糖酵解的结论相矛盾。可能的解释是:增强的有氧糖酵解会增加乳酸产生,而内源性乳酸积累会阻碍 NAD+再生,限制有氧糖酵解持续进行 ;当氧化磷酸化增加时,NADH 通过电子传递链氧化为 NAD+,再生 NAD+,维持糖酵解 。此外,ANXA2 促进有氧糖酵解产生的大量乳酸,不仅是代谢废物,还可直接进入线粒体激活电子传递链(ETC),促进氧化磷酸化,同时也是丙酮酸的重要来源,进一步参与线粒体代谢 。这些研究表明 ANXA2 通过促进有氧糖酵解抑制 ROS 产生和细胞凋亡,但也可能促进氧化磷酸化,这可能是 ANXA2 促进有氧糖酵解过程的一部分,或是有氧糖酵解产生的乳酸的作用结果 。4. 介导 DNA 损伤反应和膜修复:正常生理条件下,基因毒性应激可诱导 ANXA2 核积累,有助于预防氧化性 DNA 损伤 。与对照组相比,ANXA2 敲除细胞在 H2O2处理后 DNA 修复灶明显更小 ,多种癌细胞中高表达的 ANXA2 与 DNA 修复相关 ,且 ANXA2 Tyr - 23 磷酸化在癌症耐药中起重要作用 ,该磷酸化与核定位密切相关,暗示 ANXA2 可能是 DNA 修复相关蛋白的潜在转录因子 。Yuning Qiu 等人的研究表明,细胞核中 ANXA2 磷酸化可显著激活 STAT3 信号通路,增强放疗后的 DNA 损伤修复,且该放疗抵抗机制可被 STAT3 通路抑制剂 WP1066 逆转,说明 STAT3 是 ANXA2 调节 DNA 损伤修复的重要途径 。有趣的是,基因毒性因子(包括 γ 射线、紫外线(UV)辐射、依托泊苷、六价铬和 H2O2)刺激后,ANXA2 单体在细胞核内迅速聚集 ,且核内聚集由 NES 失活介导,与 ANXA2 中 Cys - 8 残基氧化无关,这意味着核内聚集的 ANXA2 仍具有还原活性巯基(Cys - 8<
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