PTEN基因与口腔颌面部肿瘤的研究进展

王宇飞(综述),唐维平(审校)

(南昌大学a.研究生院医学部2008级;b.第二附属医院口腔颌面外科,南昌 330006)

PTEN是在1997年由美国的3个独立研究小组在人类第10号染色体上发现的一个新的肿瘤抑制基因,是迄今发现的第1个具有特异性磷酸酶活性的抑癌基因[1],该基因的突变失活与人类多种恶性肿瘤的发生发展密切相关,在细胞凋亡、细胞周期和细胞迁移过程中起关键性作用[2]。本综述对PTEN基因的结构和生物学功能以及它们在口腔颌面部各种肿瘤中的表达作了简要介绍,并对近来的发展提出展望。

1 PTEN基因简介

1.1 PETN基因的来源

PTEN与细胞骨架张力蛋白同源,第10号染色体缺失的磷酸酶基因,发现于乳腺癌第10q23染色体的同源性丢失区的同时,克隆并分离出一种新基因[1],又名MMAC1多种进展期癌突变基因1,存在于胶质母细胞瘤细胞系定位于10q23.3的基因[3]或TEP1可被转化生长因子β调节并在上皮细胞中富含磷酸酶的基因,采用生物信息学方法克隆到富含于上皮细胞[4]。后经确认,PTEN、MMAC1、TEP1为同一基因,编码同一种蛋白质,现统称为PTEN。

1.2 PTEN基因结构与功能

PTEN基因定位于人类染色体10q23.3,全长约200 kb,含9个外显子和8个内含子。其cDNA共有1209个核苷酸,编码403个氨基酸残基组成的蛋白质[5]。PTEN的5′端非翻译区很长,含多个CGG重复序列,为甲基化提供基础[1]。第1外显子有4个ATG序列,但真正的蛋白编码起始于第4个ATG。第5外显子编码的第122-133位氨基酸与蛋白质酪氨酸磷酸酶和丝/苏氨酸磷酸酶催化中心具有同源序列HCXXGXXTS/T,表明PTEN是双特异性磷酸酶,具有磷酸酪氨酸磷酸酶(PIP)和双重特异性磷酸酶(DSP)活性[6]。第5外显子编码的第122-132位的氨基酸序列内含有一个酪氨酸磷酸酶基因的催化结构,其氨基酸序列为I/VHCXAGXXRS/TG,说明该区具有双特异磷酸酶功能,在多种信号转导和细胞周期中发挥作用,此区极易突变[4]。第5外显子编码的酶活性中心有3个碱性氨基酸,为特异催化酸性底物奠定结构基础,这3个碱性氨基酸是突变热点,其突变不影响蛋白磷酸酶的活性,却使PTEN失去脂质磷酸酶的活性,丧失大部分的抑癌功能,因此PT EN的抑癌功能主要依赖于脂质磷酸酶活性[7]。此外,PTEN的C有C2结构域、PEST结构域和 PDZ(PSD95/D1g/ZO1 homology)结构域。C2结构域能促使PTEN结合于细胞膜,有利于 PTEN和其它底物的膜定位;PEST维持蛋白质的稳定性;PDZ参与蛋白质间的相互作用,增强磷酸酶活性和信号通路的转导效率[8]。PTEN的 C端尾部有 PEST序列和一个PDZ结合结构域,此区域突变可影响突变体的稳定性和磷酸酯酶活性,并引起分子构象改变[9]。PT EN在体内、外均可使FAK(focal adhesion kinase)脱磷酸,从而阻碍整合素介导的肿瘤细胞扩散、转移、侵袭和骨架蛋白组装[10]。PTEN还与调控细胞的存活多种途径有关,如MAPK通路[11]。用Zn2+处理以后的人呼吸上皮细胞PTEN蛋白水平的表达明显下降,且与时间和剂量成依赖关系。进一步研究还发现Zn2+是通过泛素介导的PTEN蛋白降解来对PTEN表达进行调节的[12]。通过相同的途径来对PTEN表达进行调控的还有骨形成蛋白2[13]。

1.3 PTEN基因的分布

在胚胎发展早期,很多组织显示PTEN表达,如中肾、胃、肝、中枢和外周神经系统等[14]。随着胚胎进一步发展,PTEN在不同组织中表达有所变化,所有器官系统中,PTEN在中枢和外周神经系统中表达最高。这种高表达贯穿从胚胎到胎儿整个胚胎发展过程,影响神经元干细胞的自我更新和增生。PTEN基因具有组织特异性,亚细胞定位与其末端结构域有关。在皮肤、结肠、乳腺、前列腺中,PTEN分布于细胞质;在神经细胞、成纤维细胞、肾上腺髓质、甲状腺中,PTEN分布于细胞核;在极化的MDCK(Madin-Darby canine kidney)细胞,PTEN位于细胞间的紧密连接处[15]。

2 PTEN基因的抑癌作用

2.1 PTEN基因与细胞周期

肿瘤发生与细胞周期调控的紊乱有关,而PTEN对细胞周期调控起着重要的调节作用。PTEN基因控制细胞周期的机制是它能特异性诱导细胞周期素依赖激酶(cyclin dependent kinases,CDKs)抑制因子p21,p27和p51,从而发挥调控细胞周期的作用。PTEN作为双磷酸脂酶,能使PIP3脱磷酸,阻断PI3K调控的生长因子信号通路,维持细胞正常的生长周期[16]。PTEN的缺失导致PIP3堆积,PIP3又可激活其下游的多种信号分子,使细胞恶性转化[17];相反,PT EN的过表达也会使细胞阻滞于G1期而不能进入S期[18]。

2.2 PTEN基因与细胞凋亡

PTEN诱导细胞凋亡主要是通过它的脂质磷酸酶的活性来实现的。PTEN通过信号转导通路PI3K/AKT脱磷酸,抑制PI3K/AKT,激活Capase-3,Capase-9,促进凋亡[19]。AKT能降低凋亡因子,增强抗凋亡蛋白的活性。过度激活的AKT会使细胞失去凋亡能力[20]。反之,PTEN的氧化性降低,可以提高PIP3的浓度,PIP3激活其下游的信号分子AKT,活化的AKT激活其下游的抗凋亡的信号分子,也证实了PTEN具有诱导细胞凋亡的功能[21]。

2.3 PTEN基因与细胞的黏附、迁移

晚期转移癌中经常观察到PTEN基因的丢失,这可能与PTEN参与调节细胞的黏连和移动,从而负调节肿瘤细胞的迁移和浸润有关。PTEN通过降低、抑制FAK和Shc磷酸化来调节细胞与细胞、细胞与细胞外基质的相互作用,从而影响细胞的粘附和迁移等多个方面[22]。FAK及Shc均介导PTEN的抑制细胞迁移效应,但FAK与定向迁移有关,而Shc与随机迁移有关。

2.4 PTEN基因与血管

存在PI3K或AKT过表达的细胞中血管内皮生长因子VEGF的mRNA水平明显增高。PI3K的抑制剂LY294002能降低这种升高的水平,提示PI3K在调节VEGF表达方面起重要作用。PTEN则能抑制PI3K或AKT的过表达所诱导的广泛新生血管形成。PTEN的突变则能促进VEGF介导的血管内皮细胞增殖和肿瘤微血管形成[23]。也有学者认为PTEN的抑血管活性是通过抑制PI3K/AKT通路实现的[24]。

2.5 PTEN基因与免疫稳定

免疫系统是机体重要的监护系统,失去了免疫系统的稳定,会导致机体对细胞恶变的免疫监视失控。出现细胞偏离正常的生长轨道而表现出恶性生长。PT EN基因纯合性敲除的小鼠会在胚胎期死亡;杂合性敲除的小鼠虽然可以成长,经常出现淋巴组织增生、T细胞淋巴瘤、子宫内膜癌、前列腺癌等[25],而且发现小鼠胸腺组织结构遭到破坏,T细胞增多,外周血中B细胞、CD4 T细胞增多,产生大量自身抗体,并伴有高丙种球蛋白血症,同时,外周免疫系统也遭到破坏。增多的B细胞拮抗细胞凋亡,细胞的迁移能力也增强[26]。因此,PTEN与免疫系统稳定的维持有重要的意义。

3 PTEN基因在口腔颌面部肿瘤中的作用

Shin K.H.等[27]对8l例微卫星稳定(microsatellite stability,MSS)和5例微卫星不稳定(microsatellite instability,MSI)的口腔鳞癌的PTEN基因全部序列进行检测,发现有l例MSS和3例MSI的PT EN基因有错义突变,有2例MSS的口腔鳞癌的染色体的第5外显子有缺失,从而使PIEN的整个mRNA缺失。虽然有1例MSS和1例MSI的口腔鳞癌中PTEN基因是完整的但它却没有PT EN的mRNA的表达。这说明在口腔鳞癌的发生过程中FIEN的突变与缺失起着一定的作用。Lee J.I.等[28]检测41例舌鳞癌患者标本中PTEN蛋白的表达,12例(29%)肿瘤标本中PTEN阴性表达,25例提示PTEN在蛋白水平上的改变更为常见,4例强表达。其表达与性别、年龄无关,与组织学分级、临床分期及淋巴结转移均无显著相关。使用Cox风险模型进行多因素分析显示,PTEN的阴性表达是预后不良的预测指标。Zhang R.H.等[29]用聚合酶链反应(PCR)及克隆、基因测序等方法来分析腮腺多形性腺瘤、黏液表皮样癌及正常腺体组织中PT EN基因第5、第6及第8外显子有无突变及缺失。通过对PT EN基因3个外显子的克隆测序,发现有2例腮腺多形性腺瘤外显子8发生突变,其中1例引起编码的氨基酸发生变化;而腮腺黏液表皮样癌中均未发现有突变及缺失。提示在涎腺肿瘤中PT EN基因的纯合性缺失或点突变对PTEN的表达失活并非起主要作用,可能PT EN基因的突变或缺失在涎腺肿瘤中属于稀有事件。Kleist B.等[30]研究小组在对腮腺上皮-肌上皮癌在两个不同组织中进行DNA模拟比较,也证明PTEN基因没有突变的存在。

4 展望

具有双重磷酸酶活性的一种抑癌基因PTEN的发现,被形容为能揭开人类肿瘤基因学一些未知迷团的里程碑[16]。对PTEN在细胞生长、周期调控、细胞凋亡、移动、免疫和信号传递等方面的重要作用已被逐步揭示并进行更深入的研究。但是PTEN蛋白在腮腺多形性腺瘤、粘液表皮样癌中的作用、用途还不明确;各途径间的关系如何等都有待于进一步的研究。但随着对PTEN在细胞间信号传导调节机理的深入研究,最终将揭示其抑制肿瘤生长的本质。利用PTEN基因的对细胞诸多调控功能,在人类肿瘤临床的基因诊断、基因治疗及预后判断方面取得更大进展,还需要更深入的研究。相信随着对FIEN基因研究的深入将为今后进一步研究腮腺多形性腺瘤、黏液表皮样癌的发生、恶性转化以及临床诊断治疗等提供新的思路。

[1]Li J,Yen C,Liaw D,et al.PTEN,a putative protein ty rosine phosphatase gene mutated in human brain,breast,and prostate cancer[J].Science,1997,275(5308):1943-1947.

[2]Chu E C,Tamawski A S.PTEN regulatory functions in tumor suppression and cell biology[J].Med Sci M onit,2004,10(10):235-241.

[3]Steck P A,Pershouse M A,Jasser S A,et al.Identification of a candidate tumor suppressor gene,MMAC1,at chromosome 10q23.3 that is mutated in multiple advanced cancers[J].Nat Genet,1997,15(4):356-362.

[4]Li D M,Sun H.T EP1,encoded by a candidate tumor suppressor locus,is a novel protein tyrosine phosphatase regulated by transforming growth facto r beta[J].Cancer Res,1997,57(11):2124-2129.

[5]Parsons R.Human cancer,P TEN and the PI-3 kinase pathway[J].Semin Cell Dev Biol,2004,15(2):171-176.

[6]Shim J H,Kim Y S,Bahk Y Y.Proteome profile changes that are differentially regulated by lipid and protein phosphatase activities of tumor suppressor PTEN in PTEN-expressing U-87 MG human g lioblastoma cells[J].Proteomics,2006,6(1):81-93.

[7]Vazquez F,Matsuoka S,Sellers W R,et al.Tumor suppressor PTEN acts through dy namic interaction with the plasma membrane[J].Proc Natl Acad Sci USA,2006,103(10):3633-3638.

[8]Valiente M,Andrés Pons A,Gomar B,et al.Binding of PTEN to specific PDZ domains contributes to PT EN protein stability and phosphorylation by microtubule-associated serine/threonine kinases[J].J Biol Chem,2005,280(32):28936-28943.

[9]Leslie N R,G ray A,Pass I,et al.Analysis of the cellular functions of PTEN using catalytic domain and C-terminal mutations:differential effects of C-terminal deletion on sig nalling pathway s downstream of phosphoinositide 3-kinase[J].Biochem J,2000,346(3):827-833.

[10]Yamada K M,Araki M.Tumor suppressor PT EN:modulator of cell signaling,growth,migration and apoptosis[J].J Cell Sci,2001,114(13):2375-2382.

[11]Kang Park S,Lee Y I,Lee Y I,et al.PTEN modulates insulinlike g rowth factorⅡ (IGF-Ⅱ)-mediated signaling;the protein phosphatase activity of PTEN downregulates IGF-Ⅱexpression in hepatoma cells[J].FEBS Lett,2003,545(2/3):203-208.

[12]Wu W,Wang X.Zinc-induced PTEN protein degradation through the proteasome pathway in human airway epithelial cells[J].J Biol Chem,2003,278(30):28258-28263.

[13]Waite K A,Eng C.BMP2 exposure results in decreased PTEN protein degradation and increased PTEN levels[J].Hum Mo1 Genet,2003,12(6):679-684.

[14]Gimm O,Attié Bitach T,Lees J A,et al.Expression of PT EN tumor suppressor protein during human development[J].Hum Mol Genet,2000,9(11):1633-1639.

[15]Chung J H,Eng C.Nuclear-cytoplasmic partitioning of phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10(PT EN)differentially regulates the cell cy cle and apoptosis[J].Cancer Res,2005,65(18):8096-8100.

[16]Sulis M L,Parsons R.PT EN:from pathology to biology[J].Trends Cell Biol,2003,13(9):478-483.

[17]Mita M M,Mita A,Rowinsky E K.Mammalian target of rapamycin:a new molecular target for breast cancer[J].Clin Breast Cancer,2003,4(2):126-137.

[18]Ginn Pease M E,Eng C.Increased nuclear phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10 is associated with G0-G1 in MCF-7 cells[J].Cancer Res,2003,63(2):282-286.

[19]Yuan X J,Whang Y E.PT EN sensitizes prostate cancer cells to death recep to mediated and drug induced apoptosis a FADD dependent pathway[J].Oncogene,2002,21(2):319-327.

[20]Vivanco I,Sawyers C L.The phosphatidy linositol 3-Kinase AKT pathway in human cancer[J].Nat Rev Cancer,2002,2(5):489-501.

[21]Leslie N R,Bennett D,Lindsay Y E,et al.Redox regulation of PI 3-kinase signalling via inactivation of P TEN[J].EMBO J,2003,22(20):5501-5510.

[22]Goberdhan D C,Wilson C.PTEN:tumour suppressor,multifunctional growth regulator and more[J].Hum M ol Genet,2003,12(2):239-248.

[23]Abe T,Terada K,Wakimoto H,et al.PT EN decreases in vivo vascularization of experimental gliomas in spite of proangiogenic stimuli[J].Cancer Research,2003,63(9):2300-2305.

[24]Lee K S,Kim S R,Park S J,et al.Phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome 10(PTEN)reduces vascular endothelial growth factor expression in allergen-induced airway inflammation[J].Mol Pharmacol,2006,69(6):1829-1839.

[25]Stambolic V,T sao M S,Macpherson D,et al.High incidence of breast and endometrial neoplasia resembling human Cowden syndrome in pten+/-mice[J].Cancer Res,2000,60(13):3605-3611.

[26]Suzuki A,Kaisho T,Ohishi M,et al.Critical roles of P TEN in B cell homeostasis and immunoglobulin class switch recombination[J].J Exp M ed,2003,197(5):657-667.

[27]Shin K H,Kim J M,Rho K S,et al.Inactivation of the P TEN gene by mutation,exonic deletion,and loss of transcript in human oral squamous cell carcinomas[J].Int J Oncol,2002,21(5):997-1001.

[28]Lee J I,Soria J C,Hassan K A,et al.Loss of PT EN ex pression as a prognostic marker for tongue cancer[J].A rch Otolary ngol,2001,127(12):1441-1445.

[29]Zhang R H,Li C Y.Mutation and deletion of tumor suppressor PTEN in pleomorphic adenoma of parotid gland and mucoepidermoid carcinoma of parotid g land[J].Journal of Oral Science,2005,21(1):41-44.

[30]Kleist B,Poetsch M,Breitsprecher C,et al.Epithelial-myoepithelial carcinoma of the parotid gland-evidence of contrasting DNA patterns in two different histological parts[J].Virchows Archiv,2003,442(6):585-590.