FK506结合蛋白在肿瘤中的研究进展

邱 林 王 爽 刘 涵 张 军

FK506结合蛋白(FKBP)是一种分布广泛，系统发育保守的非淋巴特异性蛋白，存在于从酵母菌到人体的许多真核生物中[1]。FKBPs属于亲免疫家族，能与免疫抑制药物如FK506和雷帕霉素结合，并且参与肿瘤进展和化疗耐药等各种过程[2]。该家族的原型FKBP12在1989年第一次被分离出来，只包含一个由108个氨基酸残基组成的FK506结合阈(FK506-binding domain，FKBD)，被认为是代表了FKBP家族一部分成员所必需的最小结构阈[3]。FKBPs可以和免疫抑制药物结合正是由于FKBD的存在，并且FKBPs也具有肽基脯氨酰/反式异构酶活性(PPIase),这种酶活性有助于多肽重组[4]。

人FKBPs包含多种蛋白质，范围从(12～135)kDa，分布于各种组织和亚细胞室中。这些蛋白质最多可包含3个FKBD，通常紧随其后的是四肽重复(TPR)结构域，该结构域与热休克蛋白90(Hsp90)、C-末端钙调蛋白结合域、跨膜基序的蛋白质-蛋白质相互作用有关。根据已有的研究表明，FKBP12-免疫抑制剂复合物可以通过干扰Ca2+来调节神经磷酸酶，从而导致T淋巴细胞转导途径中下游信号被抑制，因此可以用于治疗某些自身免疫性疾病，防止器官移植后产生排斥反应[5]。除此之外，FKBPs还参与许多细胞功能，如蛋白质折叠、蛋白质稳定性、激酶活性、受体信号转导和蛋白质运输等[6]。

最近，FKBPs已被证明参与了其他的细胞过程，特别是癌变进展和化疗耐药性。与正常的组织和细胞比较，FKBPs的表达水平在癌细胞系和人类癌症组织中发生了改变。因此本文就FKBPs核心成员的分子结构、基因表达水平和在肿瘤发生及发展中的功能作用、临床意义及相关分子机制研究进行回顾,并介绍它们作为癌症生物学标志物的潜在用途。

一、FKBP3

FKBP3(也称为FKBP25)是第1个被确认主要位于细胞核中的FKBP家族成员，相对分子质量为25kDa，它定位于染色体14q21.2，由7个外显子组成，普遍存在于多种组织中，以脑、前列腺、心脏表达量最多[7]。它包含1个N末端螺旋-环-螺旋(HLH)域和1个C末端FKBD，它们通过一个长度为35个氨基酸残基的柔性环相连。它独特的N末端结构域与DNA相互作用，且与任何哺乳动物蛋白均未显示出明显的序列相似[8]。尽管FKBP3两个独立结构域的结构已经明确，但它的全长结构以及和核酸之间相互作用的分子机制还不是很明确。Prakash等[9]通过磁共振法确定了人FKBP3在溶液中的三维结构，表征了其与DNA的结合，并提出了一个模型来显示FKBP3的DNA结合机制，为识别核酸的分子调控机制提供见解，由此进一步明确了它的结构，为进一步的功能研究奠定了基础。

Liu等[10]对经过褪黑素处理的两种乳腺癌细胞进行全基因组芯片检测，发现了203个mRNA和66个长链非编码RNA(lncRNA)在两种细胞中均下调了至少2倍，通过筛选找到了下调量最多的FKBP3和Nonmmut010561并将后者命名为lnc010561。通过Western blot法检测证明FKBP3在乳腺癌细胞中高表达；在体外实验中，沉默FKBP3和lnc010561后发现乳腺癌细胞的增殖、侵袭以及集落形成能力减弱；RNA免疫沉淀分析表明lnc010561和FKBP3是miR-30的内源竞争RNA(CeRNAs)，由此表明，褪黑素通过lnc010561/miR-30/FKBP3轴调节乳腺癌的进展。

Tong等[11]通过real-time PCR和Western blot法检测了结直肠癌中FKBP3和HDAC2的表达，发现FKBP3和HDAC2在结直肠癌组织中高表达；在体外，通过慢病毒转染使得原代结直肠癌细胞中的FKBP3表达量下调，HDAC2的表达量降低，AKT的磷酸化也随之减少，同时增加了PTEN的表达并显著增加原代结直肠癌细胞对奥沙利铂的敏感度，由此证明FKBP3下调可能通过降低HDAC2表达减弱结直肠癌细胞对奥沙利铂的抗性，而且FKBP3可能会通过调节PTEN/AKT通路参与结直肠癌的化疗耐药中。

Zhu等[12]研究证明，非小细胞肺癌细胞中FKBP3的mRNA和蛋白质表达水平均上调，体外和体内实验均表明它可以促进非小细胞肺癌细胞增殖。同时在体外实验中FKBP3的敲低显著降低了非小细胞肺癌细胞中HDAC2的表达，增加了p27(细胞周期抑制剂)的表达，并且FKBP3通过抑制转录因子Sp1的泛素化诱导HDAC2启动子活性。由此表明，FKBP3 可能通过调节 Sp1/HDAC2/p27通路促进非小细胞肺癌细胞增殖。

目前针对FKBP3在肿瘤中的研究内容还比较少，涉及的癌症类型也相对局限，虽然研究人员对FKBP3的结构以及功能的认知日渐完善，但是它在所有的癌组织中是否都是高表达以及它对于促进各种癌细胞的增殖能力有无差异这些都是未知的。以往的研究已经为FKBP3在乳腺癌、结直肠癌和非小细胞肺癌中存在的可能作用提供了实验依据，经过进一步挖掘相关的分子机制以及增加动物实验验证，那么它或许有望成为这几类癌症临床治疗的新靶点。除此之外，FKBP3在其他癌组织中的表达特点以及是否发挥某些作用还需要进行更多的验证。

二、FKBP11

FKBP11是FKBP家族的一个新兴成员，最初由Rulten等描述，它包含1个编码22kDa前体蛋白的开放阅读框，这个前体蛋白在3kDa的预测位点上被切割留下1个19kDa的成熟蛋白，因此FKBP11也被命名为FKBP19。FKBP11的其他特征还包括1个富含亮氨酸的具有25个氨基酸残基的N-末端前导序列，1个包含跨膜结构阈的C-末端，最后是内质网膜蛋白中发现的定位基序，由此认为FKBP11参与蛋白质的折叠和分泌[13]。FKBP11定位于染色体12q13.12，由8个外显子组成，在胰腺和阑尾组织中广泛表达。研究表明，FKBP11与许多炎性疾病有关，如当处于高水平循环游离脂肪酸的环境中，FKBP11可能调节β细胞中未折叠的蛋白反应(UPR)，从而参与2型糖尿病的发病机制[14]。

FKBP11可以通过抑制克罗恩病中内质网应激相关的JNK/caspase凋亡途径，保护肠上皮细胞免受干扰素-γ(IFN-γ)/肿瘤坏死因子-α(TNF-α)诱导的凋亡[15]。通过分析静止性系统性红斑狼疮(SLE)患者B细胞转录组，证实FKBP11过表达，同时，动物实验证实FKBP11过表达可通过在paired box 5主调节基因的上游发挥作用来破坏B细胞对DNA的耐受性，并启动浆细胞分化，这可能在SLE免疫病理学中协同促成B细胞基因异常[16]。Lin等[17]通过分析肿瘤组织和与肿瘤相邻的组织样本，发现无论它们的临床病理特征如何，均可在肝癌组织中观察到FKBP11高表达，重要的是FKBP11表达水平从良性肝组织到癌组织逐渐增加。因此，确定FKBP11为肝细胞癌新型标志物，并认为FKBP11有可能成为肝癌早期标志物。此外，与正常皮肤比较，在黑色素瘤中FKBP11的表达上调了2.42倍。有关FKBP11是否在黑色素瘤进展中发挥作用以及它是否能成为恶性黑色素瘤的标志物尚未见任何报道[18]。

FKBP11在肿瘤中的研究仅限于此，对于FKBP11的探索还处于初级阶段。对FKBP11的结构认识仍需不断的完善，以期为后续具体的功能研究提供理论基础。但是，已有证据表明，大约25%的人类癌症归因于慢性炎症，许多微生物与癌症的发生和进展有关，炎性标志物在癌症患者中高表达也与预后差有关，这充分表明炎症是癌症的重要标志之一[19]。因此，在已有的关于FKBP11在炎症方面研究的基础上，可以针对炎症相关癌症的调控进行探索，同时FKBP11在其他类型的癌症组织中的表达特点以及在肿瘤发生、发展中的功能作用及其潜在机制也需要进一步探索。

三、FKBP38

FKBP38 是FKBP家族中的一种多功能蛋白，又名FKBP8，包含FKBD、三方TPR结构域及推测的钙调蛋白和跨膜基序。它定位于染色体19p13.11，由9个外显子组成，在睾丸和脑组织中表达量最高。与大多数规范性FKBPs不同，FKBP38是非规范性家族成员，缺乏结合FK506和PPIase活性所需的保守氨基酸残基，表明其有独立于FKBPs的功能[20]。在压力超负荷时，FKBP38通过防止蛋白质错误折叠并产生内质网相关的细胞凋亡，起到保护心脏作用[21]。在肿瘤中，FKBP38可以帮助抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-XL定位于线粒体膜，并保护细胞免于凋亡，从而促进肿瘤发生和化疗抵抗，但作用机制尚不明确[22]。

众所周知，癌症形成的过程很复杂，与癌基因和抑癌基因突变的逐渐累积有关，会导致细胞周期失调、生长抑制和抗凋亡。与此同时，肿瘤细胞与微环境的相互作用也会促进癌症的进展。癌细胞增殖速度普遍较快，疾病进展也通常迅速，在短短几个月内肿瘤的体积可以增加一倍，这种加速的进展也是癌症预后不良的原因之一，因此抑制肿瘤细胞的增殖现在也成为了研究热点。细胞凋亡作为抑制细胞增殖的一种机制，也同样具有很广阔的研究前景，FKBP38已经展现出了和细胞凋亡的关系，那么未来或许可以研究在不同癌症中FKBP38的表达特点从而将FKBP38的异常表达与癌细胞的凋亡相结合。

四、FKBP51

FKBP51又名FKBP5、FKBP54，相对分子质量为51kDa，定位于染色体6p21.31，由13个外显子组成，在脂肪及淋巴结中表达量最高。FKBP51由两个连续的FKBP域和一个TPR(四肽重复)域组成，第1个FKBP阈具有肽基脯氨酰基异构酶活性，第2个FKBP阈与第1个相似，二者的不同之处在于第2个FKBP结构域缺少肽基脯氨酰基异构酶活性，而且第2个FKBP结构域的插入会影响孕酮受体复合物的形成。该蛋白还可以通过与Hsp90结合，参与高亲和力类固醇受体复合物的形成，比如糖皮质激素(GR)或孕激素(PR)的受体必须通过涉及Hsp40、Hsp70、Hsp90及各种Hsp结合伴侣蛋白的有序途径进行组装[23]。除了FKBP51在免疫抑制方面的作用研究外，近些年在肿瘤中的研究也取得了一定进展。如Wu等[24]研究发现FKBP51在前列腺癌中高表达，并且可以促进雄激素受体的活性，增强雄激素受体结合雄激素的能力，导致下游基因表达上调，最终促进前列腺癌细胞的增殖。Gao等[25]研究发现与临近的正常组织比较，FKBP51在甲状腺乳头状癌中表达增加，并且表达水平与临床肿瘤、淋巴结和转移阶段相关。

在体外实验中选用K1细胞和TPC-1细胞，确定FKBP51可以促进甲状腺乳头状癌的迁移和侵袭。进一步研究表明，FKBP51激活了NF-κB通路和上皮间充质转化从而导致细胞的迁移和侵袭能力增强。夏志秀等[26]研究发现，与正常结直肠组织比较，FKBP51在结直肠癌组织中表达高，而且与肿瘤增殖和浸润深度呈正相关，由此表明FKBP51作为癌基因可能促进结直肠癌生长和侵袭，有可能成为结直肠癌个体化诊治的候选靶点。Chen等[27]研究发现，与邻近正常组织比较，肺癌组织中FKBP51表达量明显下调。在非小细胞肺癌细胞A549中过表达FKBP51可显著增加细胞凋亡，p53和caspase-3的水平也显著升高；A549细胞生存力与空载对照比较，暴露在顺铂中的FKBP51过表达细胞显示出明显较低的存活率，由此表明FKBP51可以通过改变p53信号转导途径的活性影响肺癌进展且提高药物敏感度。李庆敏等[28]研究发现，FKBP51 在乳腺癌中低表达，而且其表达水平与组织学分级呈负相关，即FKBP51 的表达水平越高，组织学分级越低，细胞分化越好，恶性程度越低,预后相对较好，可能在乳腺癌中发挥抑癌基因的作用而抑制癌细胞增殖。

综上所述，FKBP51在前列腺癌、甲状腺乳头状癌、结直肠癌、黑色素瘤、神经胶质瘤中过表达，在肺癌、乳腺癌中表达下调或不表达。因此，对于FKBP51的性质目前还无法给出一个明确的定义，对于肿瘤的诱发机制来说，可能作为促癌基因或抑癌基因在不同肿瘤组织中受不同信号通路调控发挥作用。虽然FKBP51在肿瘤中的研究比较广泛，但由于它在不同肿瘤甚至是不同分化程度的同一肿瘤中都有可能表现出不同作用，表明它在某些肿瘤中的功能作用不具有普遍性，在疾病中受到的调控机制相对复杂且尚不明确。因此针对FKBP51的这种表达特性，未来研究的方向主要是针对于它在不同类型的癌症中的个性化靶向治疗，在没有完全认清它对于某种癌症及其全部分型的作用之前，不可以贸然下结论。

五、展 望

自1989年FKBP被发现并且命名后，已陆续发现多达16种FKBPs，它们拥有相似的结构与作用，定位于不同的染色体，在各种组织中的表达有明显差异[3]。尽管FKBPs发现30余年，但相关研究仍处于初级阶段，许多问题亟待探究，如该蛋白家族成员尚未完全被发现，现已发现的成员结构认识尚不完全以及相关生理作用未见报道，研究多在基因表达和细胞实验水平，蛋白表达调控及功能作用机制研究不全面深入，缺乏体内实验验证，多数研究对象是结直肠癌、前列腺癌、乳腺癌等发生率较高的恶性肿瘤，在其他类型癌症发生、发展中的作用、分子机制及临床意义方面鲜有研究。

目前肿瘤治疗依然是以外科手术、放疗以及化疗等治疗手段为主的综合治疗模式，尽管这种模式日益成熟，但癌症患者的预后仍然不理想，所以迫切需要寻找一些具有足够特异性和敏感度的标志物用于临床癌症诊断，特别是早期癌症，以求做到早发现、早诊断、早治疗。随着分子肿瘤时代的到来，针对肿瘤治疗的策略实现了从“寻找和破坏肿瘤”到“靶向和控制肿瘤”的转变。除FKBPs在免疫抑制方面作用外，其在肿瘤发生与化疗耐药中的作用也愈来愈受重视，未来一或多个蛋白家族成员可能成为肿瘤个体化诊治的候选靶点，结合传统临床治疗模式，最终达到阻遏和治疗肿瘤的目的。