Wip1相关研究进展*

刘可美， 颜红兵

(国家心血管病中心， 中国医学科学院阜外医院， 北京协和医学院， 北京 100037)

·综 述·

Wip1相关研究进展*

刘可美， 颜红兵△

(国家心血管病中心， 中国医学科学院阜外医院， 北京协和医学院， 北京 100037)

Wip1； 肿瘤； 衰老； 免疫； 炎症； 代谢

Fiscella等[1]首次通过γ射线或UV射线诱导发现了野生型p53诱导的磷酸酶1(wild-type p53-induced phosphatase 1，Wip1),并且证实Wip1的表达依赖于p53。编码Wip1蛋白的基因称为PPM1D，定位于人染色体17q23和小鼠第11号染色体上，PPM1D编码的mRNA在很多器官组织包括睾丸和心脏中表达[2]。人Wip1蛋白包含605个氨基酸，分子量大约为66 kD，属于蛋白磷酸酶2C(type 2C protein phosphatase，PP2C)家族[3]。Wip1蛋白序列分为2个主要的结构域，N端第1～375个氨基酸是高保守的磷酸酶结构域，第376～605个氨基酸是低保守的非催化区，可能与Wip1的核定位有关[4]。很多应激如电离辐射、紫外线照射、茴香霉素、过氧化氢、甲烷磺酸盐和炎症因子等可以诱导Wip1表达。诱导活化后，Wip1可与应激通路中一些重要的信号蛋白如p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase，p38 MAPK)结合并使其去磷酸化，从而使其失活或活化。通过去磷酸化作用，Wip1在机体内发挥着调节细胞周期、抑制凋亡、抑制DNA修复和抑制炎症等功能[5]。

1 Wip1的生理调节作用

Wip1在个体发育过程中起着重要的生理调节作用。Wip1基因敲除(Wip1 knockout, Wip1-KO)小鼠有一系列发育异常，包括雄鼠发育不全、生殖器官萎缩、生殖能力下降和寿命缩短[3]。敲除Wip1基因的雄鼠输精管和附睾发育异常导致生殖功能缺陷，而寿命缩短可能是激素水平失衡或类固醇受体活化受限引起的。Wip1可以通过增强类固醇受体共激活剂1的固有活性刺激类固醇受体，从而正向调节雌激素、黄体酮和雄激素受体活性[6]。此外，Wip1在成年神经细胞生成中也有着重要的调节作用。Wip1缺失的神经干细胞的细胞周期延长，细胞聚集在G2期，细胞内p53磷酸化上调，导致依赖p53的细胞周期抑制因子如p21和Reprimo表达增加。Zhu等[7]应用Wip1和p53双基因敲除小鼠证实p53在Wip1调节神经干细胞中的作用。在Wip1-KO小鼠中敲除p53可以完全逆转Wip1缺失引起的细胞周期受损，并使神经干细胞和成神经细胞数量增多，提示Wip1可以通过p53调节神经干细胞的细胞周期[7]。其它蛋白包括p38 MAPK和毛细血管扩张共济失调突变蛋白(ataxia-telangiectasia mutated protein, ATM)等DNA损伤修复分子也与Wip1调节成年神经细胞生成有关[8]。

2 Wip1与肿瘤

2002年，Li等[9]和Bulavin等[10]分别报道了Wip1在乳腺癌发生发展中起着重要作用。乳腺癌细胞系中，位于17q23位点的PPM1D发生扩增，其可以通过调节细胞凋亡和细胞转化促进致癌表型[9]。Bulavin 等[10]在326例原发性乳腺癌患者中发现37例患者存在PPM1D扩增，在PPM1D扩增的8例患者中有7例患者PPM1D 的mRNA过表达。此后，Wip1在其它肿瘤中的作用陆续被报道，包括成神经管母细胞瘤[11]、胰腺癌[12]、慢性淋巴细胞白血病[13]、肺癌[14]和肝癌[15]等。

Wip1促进肿瘤发生发展的主要机制是直接或间接抑制包括p38 MAPK、ATM、细胞周期检测点激酶2 (checkpoint kinase 2，CHK2)、鼠双微小体2(murine double minute 2, MDM2)和p53等抑癌通路。首个被发现的Wip1作用靶点是p38 MAPK，Wip1可使p38 MAPK第180位点苏氨酸去磷酸化，减少p38 MAPK的核定位并进一步降低p53的激酶活性[16]。双链DNA损伤可激活ATM激酶，活化的ATM激酶在细胞周期、DNA修复、凋亡和肿瘤形成方面起着重要的调节作用。通过促进ATM第1 981位和第367位丝氨酸去磷酸化，Wip1可以抑制依赖ATM的DNA损伤修复通路，进而促进肿瘤的发生发展[17-18]。与ATM类似，CHK2活化在DNA损伤修复中也起着重要调节作用。体外研究显示Wip1可以使CHK2第68位苏氨酸去磷酸化，从而影响CHK2的活性[19]。DNA损伤引起的ATM活化可诱导MDM2第395位点丝氨酸磷酸化，减少MDM2与p53的相互作用，从而使p53趋于稳定。在Wip1作用下，MDM2第395位点丝氨酸去磷酸化，进而影响p53稳定性和抑癌作用[20]。肿瘤抑制因子p53是DNA损伤修复的中心节点，可通过调节细胞周期检查点、DNA修复和凋亡而抑制肿瘤的发生发展。除了上述间接作用外，Wip1还可直接作用于p53第15位丝氨酸，使其去磷酸化而影响p53活性[21]。

鉴于Wip1在肿瘤中的重要作用，是否可以通过Wip1抑制剂治疗肿瘤便成为进一步研究方向。2014年，Gilmartin等[22]研究发现Wip1的小分子抑制剂GSK2830371可以通过一个扁平结构域结合至Wip1的催化部位，此催化部位可将Wip1与其它PP2C家族成员区分，因而保证药物对Wip1的高选择性。应用GSK2830371可抑制造血肿瘤细胞系和Wip1扩增的乳腺癌细胞系生长，小鼠口服GSK2830371对抑制淋巴瘤也取得较好疗效。应用GSK2830371治疗可以改善DNA损伤修复通路，通过p21信号通路使细胞聚集在细胞周期的G1和G2期。联合应用GSK2830371和阿霉素或MDM2拮抗剂nutlin-3可通过增加p53第15位点丝氨酸磷酸化和第382位点赖氨酸乙酰化诱导p53通路激活，增加p53目的基因产物表达和活化凋亡相关的蛋白酶caspase-9，从而促进细胞凋亡[23-24]。

3 Wip1与衰老

衰老可以导致很多器官功能下降，遗传、环境和行为学因素都可能影响衰老，但具体的分子学机制尚不清楚。有研究显示细胞周期素依赖蛋白激酶抑制蛋白(inhibitor of CDK4，Ink4α)与替代阅读框(alternative reading frame，Arf)是衰老的标志和效应分子。随着年纪增长，Ink4α与Arf表达增加，导致具有自我更新功能的成体干细胞的增殖减少[25]。胰腺β细胞中Wip1的表达随年龄增长而逐渐减少[26]。老年胰腺的β细胞在应激情况下不具有增殖能力，对胰岛素分泌的适应性下降而导致2型糖尿病。在Wip1-KO小鼠模型，胰岛中Ink4α与Arf表达增加而β细胞增殖减少。通过减少p38 MAPK磷酸化，Wip1过表达可降低Ink4α与Arf表达，进而改善衰老引起的胰岛增殖功能下降[26]。因此，Wip1可能通过p38 MAPK通路调节胰腺衰老过程。Lee等[27]发现人间充质干细胞随年龄增长发生的增殖衰减与p38 MAPK活性增加和Ink4α表达上调有关。过表达Wip1可以抑制p38 MAPK活性并减少Ink4α增加，进而恢复间充质干细胞的增殖能力。Wip1在早期成骨细胞中高表达，但表达量随着细胞扩增而下降，从而引起成骨细胞异常表型和纤维软骨替代组织形成减少。稳定表达Wip1的成骨细胞对衰老和分化不敏感，对氧化应激的抵抗力更强，这种抵抗力与p38 MAPK活性相关。表达Wip1的成骨细胞还可以在较长时间内保持固有的成骨特性，从而改善移植后的软骨再生[28]。

Wip1也能通过其它信号通路影响衰老过程。缺失Wip1的神经干细胞的表型随年龄增加逐渐加重，某些特殊位点的p53磷酸化增加。各种刺激引起的p53活化可导致大脑中成体干细胞减少，而敲除p53可以改善Wip1-KO小鼠的神经干细胞表型[7]。在室管膜下层中仅有神经干细胞可以表达WNT信号通路抑制剂DKK3，DKK3可以抑制成神经细胞形成，敲除DKK3或药物激活WNT信号通路可以改善年老小鼠的神经元形成和嗅觉功能[29]。因此，Wip1可以通过WNT信号通路调节衰老过程中的神经元分化。Chen等[30]发现Wip1可以通过传统的p53通路调节造血干细胞分化以及mTORC1信号通路调节造血干细胞扩增。缺失Wip1的小鼠干细胞表现为多种衰老表型，包括细胞池增大和再生能力受损。敲除p53可以在不影响细胞衰老或凋亡的情况下改善Wip1缺失引起的造血干细胞再生缺陷[30]。与野生型小鼠胚胎成纤维细胞相比，Wip1-KO小鼠胚胎成纤维细胞在传统培养条件下表现为早衰，细胞中组蛋白2A变异体(histone family 2A variant，H2AX)磷酸化水平增加，提示Wip1可以通过调节DNA损伤修复通路防止DNA复制过程中内源性双链断裂引起的细胞早衰[31]。

4 Wip1与免疫及炎症

Wip1-KO小鼠存在免疫缺陷。敲除Wip1基因的小鼠出现皮肤溃疡，淋巴器官紊乱或增生，正常组织中炎症增加，体内B细胞和T细胞失衡，对抗原和有丝分裂刺激反应低下[32]。Schito等[33]发现Wip1在双阴性T细胞转变为双阳性T细胞的过程中起着重要作用。相对于野生型小鼠，Wip1-KO小鼠的胸腺较小，胸腺中T细胞数量较少并且发育异常。在Wip1-KO小鼠中敲除p53可以使异常的胸腺表型恢复正常。中性粒细胞在宿主防御和组织修复中有重要作用。Liu等[34]报道Wip1在骨髓祖细胞向成熟中性粒细胞分化过程中表达增加，Wip1缺失可损害骨髓祖细胞向中性粒细胞的分化过程，Wip1调节中性粒细胞的发育、成熟和稳态主要是通过p38 MAPK-信号转导及转录激活因子1(signal transducer and activator of transcription 1, STAT1)-CCAAT/增强子结合蛋白(CCAAT/enhancer-binding protein, C/EBP)信号通路。另外，Wip1对B细胞的发育成熟也起着调节作用。Wip1-KO小鼠的骨髓、外周血液和脾脏中B细胞数量明显减少，早期B细胞前体表现出细胞内在缺陷。Wip1缺失可使B细胞中p53持续活化，引起B细胞前体池凋亡增加，敲除p53可完全挽救Wip1缺失引起的B细胞发育受损。因此，Wip1缺失通过活化p53通路使早期B细胞前体凋亡增加进而损害B细胞发育[35]。

人和小鼠中性粒细胞被激活后Wip1表达减少，脓毒症患者体内中性粒细胞中Wip1表达水平与炎症因子合成呈负相关，提示Wip1可能影响炎症反应。进一步研究发现，Wip1-KO小鼠对金黄色葡萄球菌的抗菌活性更强，对脂多糖引起的急性肺损伤更敏感，中性粒细胞浸润和炎症反应更严重。Wip1缺失可通过p38 MAPK-STAT1和NF-κB信号通路提高中性粒细胞的炎症活性和迁移[36]。与野生型小鼠相比，Wip1-KO小鼠对葡聚糖硫酸钠(dextran sulfate sodium，DSS)诱导的大肠炎更为易感，患病后生存率更低，疾病活动指数更高，大肠病理表现更严重。给予DSS的野生型小鼠和Wip1-KO小鼠中性粒细胞中白细胞介素17(interleukin-17，IL-17)高表达，在Wip1-KO小鼠中敲除IL-17可以明显减轻Wip1-KO小鼠的病理表型。因此，Wip1可以通过影响免疫细胞和IL-17表达调节宿主对大肠炎的敏感性[37]。在脂多糖腹侧注射诱导的成年大鼠神经炎模型中，Wip1在产生炎症的大脑皮层活性星形胶质细胞中表达增加。体外实验也显示，被脂多糖活化的星形胶质细胞中Wip1表达上调，通过siRNA阻断Wip1可以抑制星形胶质细胞中TNF-α的合成[38]。因此，Wip1在中枢神经系统免疫反应中也起着重要作用。

5 Wip1与代谢性疾病

Le Guezennec等[39]报道了Wip1可通过调节自噬和胆固醇流出影响肥胖和动脉粥样硬化。敲除Wip1可促进脂质转化为载脂蛋白A1(apolipoprotein A1，apoA1)和高密度脂蛋白，抑制巨噬细胞转变成泡沫细胞，这个过程与ATM、自噬和溶酶体酸酯酶(lysosomal acid lipase，LAL)等信号通路相关。基于LAL自噬依赖的脂质流出可能是Wip1逆转早期动脉粥样硬化斑块的机制。在动脉粥样硬化形成过程的后期，Wip1可通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路和自噬影响斑块进展[39]。Wip1还能调节血糖代谢过程。在小鼠胚胎成纤维细胞中敲除Wip1可降低胰岛素调节的AKT活性[40]。给予低脂饮食或高脂饮食的Wip1-KO小鼠或Wip1-KO小鼠胚胎成纤维细胞中促炎细胞因子表达增加，Wip1-KO小鼠出现糖耐量异常和胰岛素抵抗，炎症反应增加可能是Wip1-KO小鼠在低脂和高脂饮食时产生胰岛素抵抗的原因[40]。

综上所述，随着研究越来越深入和全面，作为致癌基因被大家熟知的Wip1的其它作用逐渐被发现。通过影响不同的信号通路，Wip1不仅仅作用于肿瘤的发生发展，在生理发育、衰老、免疫、炎症和代谢方面也起着重要作用。虽然Wip1抑制剂在细胞水平和动物模型中均有较好效果，但目前仍没有关于Wip1抑制剂在人类肿瘤中的作用和临床疗效的报道，其是否能应用于临床并取得较好疗效仍需要大量研究。Wip1可通过调节脂质代谢影响动脉粥样硬化形成，而脂质代谢及动脉粥样硬化与心血管疾病如心肌梗死关系密切，Wip1是否在心肌梗死及预后中有一定作用也需进一步探讨。若这些问题得到解答，一定可以提供更多的关于Wip1的信息并服务于临床实践，以期改善临床患者的预后。

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(责任编辑： 林白霜， 罗 森)

Progress in the role of Wip1

LIU Ke-mei, YAN Hong-bing

(NationalCenterforCardiovascularDiseases,FuwaiHospital,ChineseAcademyofMedicalSciencesandPekingUnionMedicalCollege,Beijing100037,China.E-mail:hbyanfuwai@aliyun.com)

Wildtype p53-induced phosphatase 1 (Wip1) is a serine/threonine protein phosphatase of 605 amino acids, which is expressed at high levels in many organs and tissues. As Wip1 is overexpressed in human tumors, analysis of Wip1 has focused primarily on its role in tumorigenesis. In recent years, it has also been shown that Wip1 plays an important role in several physiological processes including adult neurogenesis, senescence, immunodeficiency and metabolic diseases. This review addresses how Wip1 participates in physiological and pathological conditions at cellular and molecular levels.

Wip1; Tumor; Senescence; Immune; Inflammation; Metabolism

1000- 4718(2017)03- 0562- 05

2016- 09- 18

2016- 10- 14

国家自然科学基金资助项目(No. 81270288； No. 81541095)

△通讯作者 Tel: 010-88322281； E-mail: hbyanfuwai@aliyun.com

R363

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2017.03.031