PTEN基因与胃癌相关性研究进展

[摘要]PTEN是迄今为止发现的第一个具有双重特异性磷酸酶活性的抑癌基因，与多种肿瘤发生发展密切相关，在胃癌的发生、发展、浸润、转移过程中起重要作用。对PTEN生物学功能的进一步研究有助于了解胃癌的分子机制，开发新的可能的治疗方法。

[关键词]PTEN；抑癌基因；胃癌

[中图分类号]R735.2　[文献标识码]A　[文章编号]1672-4208(2010)05-0035-03

PTEN基因是一种由多功能磷酸酶编码的具有酪氨酸、磷酸丝氨酸/苏氨酸双功能的特异性磷酸酶活性的抑癌基因。于1997年先后被Steck等国际3个科研小组发现并命名。近年来，该基因已成为国内外研究的热点。

1、PTEN结构特征

PTEN基因定位于染色体10q23.3上，共有9个外显子8个内含子.其分子量约为560000，全长218Kb.mRNA长度为5.5Kb，其cDNA序列内含有1209个核苷酸组成的开放阅读框，编码一个由403个氨基酸组成的蛋白质，具有蛋白性磷酸酯酶活性和脂性磷酸酯酶活性.前者可调节细胞的迁移及黏附，后者在抑制肿瘤生长及胚胎正常发育中是必需的。PTEN蛋白主要包括3个结构功能域。

1.1　N端磷酸酶结构区(1-185)由第5外显子存在的保守磷酸酶基序122-133位(IHCKAGKGRTG)编码，与蛋白酪氨基酸磷酸酶及蛋白质丝氨酸、苏氨酸磷酸酶催化区的核心基序(HCXXGXGRXG)同源，是PTEN发挥肿瘤抑制活性的功能区。PTEN的N末端区域175个氨基酸序列与细胞骨架中的细胞张力蛋白(tensin)和辅助蛋白(auxl-ljn)具有较高的同源性，在锚着点与肌力蛋白结合，与该位点复合物(包括整合素、酪氨酸激酶、粘着斑激酶FAK等)共同参与调节细胞生长.此外，PTEN蛋白能与肌动蛋白纤维细丝局部黏附，在肿瘤浸润、转移、血管生成中也起一定作用。

1.2　C端C2区(186-351)介导蛋白质和脂类的结合，通过C2区蛋白结合于膜磷脂，定位蛋白膜，从而参与PTEN在胞膜的有效定位和体内细胞的信号转导。与其他信号蛋白不同，这一结合过程不需要Ca²⁺参与。磷酸酶区和C2区通过广泛界面联系在一起，说明C2区可能具有催化作用的区域。已有实验证实，对C2区进行诱变，结果导致PTEN肿瘤抑制活性降低。

1.3　羧基端区由约50个氨基酸组成，包括PDZ(PSD－95/Dlg/ZOIhomology)结合基序(Thr/Ser-x-Val-COOH)和2个PEST序列(350-375，376-396)，对于调节自身的稳定性和酶活性具有重要作用。研究表明PEST序列与蛋白降解有关，PDZ结合位点与细胞生长调控有关。PDZ区在肿瘤的发生中也可以缺失突变，虽不影响磷酸酶功能，但对肿瘤细胞锚定非依赖性生长的抑制作用显著降低。

2、PTEN的作用底物

尽管PTEN与蛋白酪氨基磷酸酶(protein tyrosine phos.phatase，PTP)同源性较高.但PTEN对PTP的典型底物.如：磷酸酪氨酸、磷酸丝氨酸、磷酸苏氨酸等只有微弱的催化活性。PTEN蛋白的晶体结构显示.其结合底物区域为四个残基绕催化区一圈形成的口袋，结构空间比多数PTP宽广、深厚.催化区被三个氨基酸包围(Lys-125、Lys-128、His-93)，使PTEN偏爱高酸性底物。

3、PTEN的作用机制

PTEN基因作用机制尚未完全清楚，但目前认为主要由以下几条途径共同完成。

FAK途径：局灶黏附激酶(focal adhesion kinase.FAK)为整合素介导的信号传导途径中重要一分子，位于几乎所有细胞的细胞膜上，参与细胞间的黏附。当整合素与细胞外基质结合后.诱导FAK与胞内蛋白相连，成为接头蛋白Crk连接底物。与此同时，FAK依靠活性位点区(富含脯氨酸的第711-717位氨基酸)与p130cas的SH3区结合，最终形成配体-整合索-FAK-p130cas复合物，启动跨膜信号转导，促进细胞的侵袭和转移。FAK有6个可以被磷酸化的酪氨酸位点.其中Try397为自主磷酸化位点，因此FAK Try397(p-FAK)的磷酸化水平可以反映FAK的活性。而FAK Try397也是VFEN与其直接作用的关键部位。PTEN可通过使FAK去磷酸化，下调FAK和p130eas酪氨酸磷酸化水平，抑制FAK活性，降低整合素介导的细胞扩散和局部黏附的形成。野生型PTEN能使细胞聚焦黏附斑和肌动蛋白应力纤维数量减少.脂质磷酸酶失活、蛋白质磷酸酶活性尚存的PTEN突变型G29E也能观察到类似效应.说明PTEN对整合素信号的拮抗作用依赖于其蛋白质磷酸酶活性。

PIP3/Akt途径：PTEN可通过水解PIP3的3’位上磷酸基团负调控PIP3/Akt途径，调节细胞增殖与凋亡平衡，逆转细胞耐药，这是一个独立于其他通路的新的生长因子信号传导系统3，4，5一三磷酸磷脂酰肌醇(phosphati-dylinosilol-3，4.5-tfisphosphate，PIP3)位于细胞膜上，是胰岛素、表皮生长因子等细胞生长因子的信号传递因子，与细胞膜上的受体结合后激活磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidyli-nosi[ol-3 kinase.P13K).使PIP2转变为PIP3，PIP3通过蛋白激酶B(PKB)/Akt促使细胞进入细胞分裂周期，抑制细胞凋亡丝苏氨酸激酶(Akt)作为一个已知的原癌蛋白，通过抑制细胞色素C从线粒体中释放.灭活叉头转录因子FKHR.灭活凋亡前因子Bad和caspase-9，能提高细胞的存活并起到抗凋亡的作用，

MAPK途径：PTEN能抑制上游的ERK、RAS的活化以及she的磷酸化，负凋节促细胞分裂素激活的蛋白激酶(m LIogen-activated protem kinase.MAPK)细胞信号传导途径抑制细胞的生长和分化。

此外，细胞周期依赖性激酶抑制剂P27是PTEN通过PIP3途径的关键下游靶，PTEN使p27去磷酸化，并可提高caspase-3活性，抑制G1-S期进程，影响细胞的周期过程及增殖PTEN还能自身去磷酸化，发挥多种效应。

4、PTEN基因突变与胃癌

PTEN基因的9个外显子均可发生突变。但最常发生于外显子3、5和8，且突变率在不同肿瘤类型中有较大差别，在胃癌中较低.所发现的突变也多位于非编码区。Guo等采用PCR-SSCP-DNA测序技术检测了53例胃癌中FFEN基因的突变情况，仅发现4例胃癌标本中存在PTEN突变，其中1例突变点位于外显子7的3、端上游约40bp(115946 AA-TCC)，其余3例均发生在内含子。Lima等

研究了48例胃癌，结果发现只有1例出现碱基突变(颠换)。因而推测IyrEN基因突变在胃癌的发生发展中不具有重要作用。

与胃癌中基因突变少见不同，杂合性丢失(loss of her-en,zygos nty，LOH)在许多原发性肿瘤的lOq23区可能更为常见，应用免疫组化检测正常胃组织、萎缩性胃炎、肠上皮化生、非典型性增生、早期胃癌、进展期胃癌的LOH率分别为0vh、10.0％、10.0％、13.3％、20.O％和33.3％。采用PCR-SSCP-DNA测序发现.在早期胃癌和癌前病变中没有发现PTEN突变，但在10.0％的进展期胃癌中发现PTEN突变，并且都存在LOH，PIEN LOH与其mRNA表达呈现负相关。Tate等采用多态标记IVS4＋109ins/delTCTrAT和微卫星标记D12S1051检测胃腺癌和胃绒毛膜癌，均发现存在LOH，分析TP53突变时发现，胃绒毛膜癌的外显子5出现点突变，而胃腺癌未出现。结果表明PTEN的LOH是原发性胃腺癌发病机制的重要分子事件，而TP53突变对腺癌分化绒毛膜癌有额外加成作用。此外，Tate还发现与绒毛膜癌的细胞滋养层细胞相比，合胞滋养层核样癌细胞中的PTEN蛋白表达显著降低。因此，PTEN基因的LOH和突变与胃癌的发生、浸润、转移以及分化程度有着密切关系，可考虑作为评估预后的指标之一。

富含CpG岛的肩动子区DNA甲基化为可能导致PTEN转录水平显著降低的另一重要原因。Kang等对66例胃癌组织中PTEN基因启动子区域甲基化状况进行研究.同时检测FFEN蛋白表达。结果39％胃癌组织中PTEN基因启动子异常甲基化，甲基化的病例中27％PTEN蛋白表达阳性.而未甲基化的病例中83％PTEN蛋白表达阳性，认为启动子异常甲基化是胃癌PTEN基因失活的主要原因。Hi-no的研究表明PTEN基因启动子甲基化与EB病毒感染有关。转染了EB病毒的胃癌细胞株MKN-1和MKN-7均出现PTEN基因异常甲基化，PTEN蛋白表达缺失，DNA甲基转移酶1过表达，激话LMP2A，诱导STAT3磷酸化，在胃癌的发生进展中起重要作用。

此外，Ge等的研究结果表明PTEN的基因多态性对消化道肿瘤的作用亦不一致。PTEN IVS4+/+纯合子可能在食管鳞状细胞癌和贲门腺癌的发展过程中起保护作用，而单倍体9C/IVS4－可能是食管鳞状细胞癌和贲门腺癌的危险因素。

5、PTEN基因在胃癌中的表达

抑癌基因在肿瘤发生过程中持续丧失功能，被认为是导致细胞恶变的重要事件之一。基因突变、LOH和过度甲基化等构成了PTEN表达下调的分子基础。研究发现，无论是从mRNA还是从蛋白水平上，胃癌组织中PTEN基因都有较高的阴性表达率。正常胃黏膜上皮PTEN蛋白表达阳性率100％，胃癌组织PTEN蛋白阳性率66％。PTEN蛋白的表达与胃癌的组织分化程度呈正相关：组织分化程度高、恶性程度低者，表达率高，且多为强阳性表达，而PTEN蛋白失表达或弱阳性表达则多见于组织分化程度低、恶性程度高者。除与胃癌组织分化程度有关外，PTEN蛋白表达还与肿瘤大小、浸润深度、淋巴结转移、TNM分期及生存期明显相关，PTEN蛋白表达水平越低，患者预后越差。

6、PTEN基因与胃癌多药耐药

化疗是胃癌的主要疗法，尤其在术后残留及术后复发的防治方面具重要价值。但是，目前应用的多种化疗药物及给药方案的总体效果很不理想.主要原因在于癌细胞对药物具有或产生了耐药性或多药耐药性(muhidrug resIS.tanse，MDR)。研究表明，P13K/Akt的激活是肿瘤细胞对顺铂、多柔比星、紫杉醇等化疗药物耐药的关键因素，同时还检测到Akt磷酸化的病人同时有PTEN LOH，且导致患者对化疗药物产生药物抵抗。PTEN通过去磷酸化作用，抑制P13K/Akt通路，增强化疗药物敏感性，逆转多药耐药性。P-糖蛋白(P-glyeoprotein，P-gP)、乳腺癌耐药蛋白(breast cancer resistance protein，BCRP)均为ATP能量依赖性药物外排泵，可将细胞内的药物转运出细胞，导致细胞内药物浓度降低而产生耐药。PTEN可以正调节GASI，下调Bcl-2/Bax，促进凋亡，部分逆转P-gp、BCRP引起的耐药性。

7、PTEN蛋白异常表达相关基因研究

肿瘤的发生是多步骤、多阶段的基因异常的结果.是由多种基因参与、彼此协同和累积的分子事件。PTEN抑制Akt活化，导致鼠双微体2(murlne double minute 2，MDM2)在细胞质中降解，促进p53的转录活化，同时p53与PTEN启动子结合，在转录水平促进PTEN表达，PTEN/p53/MDM2形成相互作用的网络.调控彼此的功能。PTEN可以调节金属基质蛋白酶(MMPs)和HIF21a等的表达.进而调节肿瘤细胞的迁徙和转移。PTEN突变能上凋VEGF启动子活性，增加VEGF mRNA表达。导入野生型PTEN可以下调VEGF mRNA的表达和减少VEGF分泌，从而抑制胃癌进展和血管生成。在PTEN缺失的胃腺癌患者，Her-2对判断预后有重要意义。PTEN与TGF-β1和P73呈密切负相关，TGF-β1过表达促进肿瘤细胞生长，P73可提高肿瘤的增殖活性，PTEN可与之拮抗。PTEN与p130cas也呈高度负相关，p130cas具有促进胃癌发生发展作用，而PTEN可抑制这一作用。PTEN与Survivin呈现正相关，分别可作为推测进展期胃癌及淋巴结转移的分子标志物。PTEN可以通过调控胰岛素样生长因子而抑制细胞生长，而PTEN/胰岛素样生长因子共同通过P13K/Akt信号转导通路起作用。

8、展　望

PTEN基因的发现被认为是继p53基因之后，抑癌基因研究领域的又一重要里程牌。它是在人类肿瘤中缺失和突变率最高的抑癌基因，许多不同类型的肿瘤组织和肿瘤细胞系中都发现有PTEN突变，各类癌的总突变率为5％一40％。目前，将抑癌基因作为靶分子是肿瘤基因治疗的基本策略之一，在肿瘤中增加PTEN的表达也可以抑制其生长或者提高化疗敏感性。但阶段PTEN的研究任重而道远，除深入探讨PTEN基因的表达调控外，仍需进一步鉴别其参与抑制肿瘤的效应和途径，进一步阐明PTEN的抑癌机制，为胃癌的早期诊断、临床监测、预后评估、靶向治疗及开发新的抗肿瘤药物提供新思路和科学理论支持。