Rho家族蛋白在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中作用

1、Rho家族蛋白在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中作用【關(guān)鍵詞】惡性腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤的重要特征，也是患者死亡的主要原因。人類對腫瘤轉(zhuǎn)移機制的研究已經(jīng)有一百多年歷史，隨著對腫瘤轉(zhuǎn)移基因調(diào)控多階段、多因素、多步驟理論的不斷完善，對于這一復(fù)雜病理過程有了更深化的認(rèn)識。發(fā)現(xiàn)并證實與腫瘤轉(zhuǎn)移高度相關(guān)的基因成為當(dāng)前腫瘤轉(zhuǎn)移機制研究的熱點，因為這些基因及其產(chǎn)物可能成為腫瘤抗轉(zhuǎn)移治療新的靶點或觀察患者預(yù)后的重要指標(biāo)。Rh家族蛋白是Ras超家族中最早被克隆出來的蛋白，它們是一組相對分子質(zhì)量大約為2025kD的三磷酸鳥苷(guansinetriphsphate，GTP)結(jié)合蛋白，具有GTP酶活性，因此，習(xí)慣被稱為RhGTP酶

2、，RhGTP酶在細(xì)胞骨架重組調(diào)控方面起重要作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)，RhGTP酶在多種惡性腫瘤中高表達(dá)，并和腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移親密相關(guān)。本文主要從腫瘤細(xì)胞形態(tài)改變，細(xì)胞與胞外基質(zhì)粘附以及細(xì)胞骨架重組等幾個方面，對RhGTP酶作用于腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的分子調(diào)控機制綜述如下。1RhGTP酶到目前為止，RhGTP酶超家族已發(fā)現(xiàn)約20個成員，根據(jù)構(gòu)造和功能不同，大致分為5個亞家族，包括：(1)Rh亞家族，包括RhA、RhB和Rh，在序列上具有高度同源性，并在多種細(xì)胞中高表達(dá)，主要參與張力纖維形成和粘著斑復(fù)合體(faladhesinplexs，F(xiàn)As)組裝；(2)Ra亞家族：包括Ra1、Ra2、Ra3和RhG

3、，促進層狀偽足和胞膜皺褶形成；(3)d42亞家族，包括d42、T10、TL、rh1和hp/rh2，其中d42促進絲狀偽足形成：(4)Rnd亞家族：包括Rnd1、Rnd3/RhE和Rnd2，在細(xì)胞中組成性激活表達(dá)并具有不同的組織分布，可拮抗Rh信號通路；(5)RhBTB亞家族，包括RhBTB1和RhBTB2，詳細(xì)功能尚不清楚。在所有RhGTP酶超家族成員中，d42、Ra1和RhA是目前研究最多的RhGTP酶。Rh家族各成員在氨基酸序列上有50%55%的同源性，在靠近催化位點處都有1個能和GTP結(jié)合的功能區(qū),與催化GTP水解親密相關(guān)。RhGTP酶同Ras超家族的其他成員一樣，羧基端通常具有共同構(gòu)造

4、域，即由半胱氨酸殘基，脂族殘基和其他氨基酸殘基組成的末端，是翻譯后修飾的位點。RhGTP酶的翻譯后修飾與其質(zhì)膜定位有關(guān)，只有經(jīng)翻譯后修飾的RhGTP酶才具有活性并能與細(xì)胞膜上適宜的脂質(zhì)分子結(jié)合。在異戊烯基轉(zhuǎn)移酶的作用下，半胱氨酸的巰基和異戊二烯基團間共價形成硫醚鍵，并在內(nèi)切酶的作用下水解掉末端其余3個殘基，最后異戊二烯基化的半胱氨酸殘基在甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下發(fā)生甲基化，完成翻譯后的修飾。Rh家族蛋白同Ras超家族的所有成員一樣在活性型/GTP限制型和失活型/二磷酸鳥苷(guansinediphsphate，GDP)限制型構(gòu)象之間循環(huán)。調(diào)節(jié)這個循環(huán)過程的3類重要蛋白是：(1)鳥苷酸交換因子(gua

5、ninenuletideexhangingfatrs，GEFs)，催化GDP的釋放和GTP的結(jié)合，活化RhGTP酶。不同的RhGEF在構(gòu)造上都具有一樣的功能域，包含1個DH(Dblhlgydain)區(qū)和1個PH(plekstrinhlgyvdain)區(qū)，前者與RhGTP酶結(jié)合并催化其構(gòu)象改變，后者通過和細(xì)胞膜上特定的脂質(zhì)作用使GEF在膜上定位；(2)GTP酶活化蛋白(GTPaseativatingprtEin，GAP)，作為負(fù)向調(diào)節(jié)因子加速RhGTP酶的水解，使RhGTP酶由活性狀態(tài)變?yōu)闊o活性狀態(tài)；(3)GDP解離抑制因子(GDPdissiatininhibitr，GDI)，阻止GDP從RhG

6、TP酶上別離，抑制RhGTP酶活性。RhGTP酶是細(xì)胞內(nèi)多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的關(guān)鍵分子，作為分子開關(guān)在胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮橋梁作用。RhGTP酶可參與對正常細(xì)胞增殖、分化、凋亡的調(diào)節(jié)，并與腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移親密相關(guān)。實驗研究發(fā)現(xiàn)，在多種腫瘤中可見RhGTP酶表達(dá)異常，改變細(xì)胞內(nèi)RhGTP酶的表達(dá)程度可以直接影響腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移的過程。2RhGTP酶與腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移腫瘤細(xì)胞在基質(zhì)中的運動由4個循環(huán)往復(fù)的步驟組成，即頭部偽足的形成和延伸，新粘附位點的建立，胞體的收縮以及尾部的退縮，通過不斷重復(fù)的4個過程向前遷移。對這一過程準(zhǔn)確調(diào)節(jié)的分子機制非常復(fù)雜，涉及胞內(nèi)多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。在多條信號級連反響通路中，R

7、hGTP酶尤其是RhA、Ra1和d42是關(guān)鍵的調(diào)控因子，主要參與對細(xì)胞形態(tài)改變，細(xì)胞與基質(zhì)粘附及細(xì)胞骨架重組的調(diào)控，調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移過程。21細(xì)胞形態(tài)改變偽足形成和細(xì)胞形態(tài)改變是侵襲轉(zhuǎn)移的起始步驟。Ra可誘導(dǎo)質(zhì)膜突起形成片狀樣的層狀偽足，而d42誘導(dǎo)指頭樣突起的絲狀偽足形成。在高侵襲和轉(zhuǎn)移性的腫瘤細(xì)胞，還可見一種侵襲偽足形成，由于與細(xì)胞外基質(zhì)降解親密相關(guān)，可能成為主要的偽足構(gòu)造。層狀偽足與周圍基質(zhì)形成粘附連接，產(chǎn)生細(xì)胞向前運動的錨著位點；絲狀偽足有助于細(xì)胞對周圍環(huán)境的適應(yīng)及確定細(xì)胞遷移的方向。iskttAldrih綜合征蛋白家族(iskttAldrihsyndreprtein，ASP)是

8、調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移的關(guān)鍵分子，包括神經(jīng)組織來源ASP(neuraliskttAldrihsyndreprtein，NASP)，ASP家族富含脯氨酸同源蛋白1(ASPfailyverprlinhlgusprtein1，AVE1)，ASP家族富含脯氨酸同源蛋白2(ASPfailyverprlinhlgusprtein2，AVE2)等成員，也是Ra和d42下游的重要效應(yīng)子，在腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，Ra和d42通過活化ASP家族成員誘導(dǎo)偽足形成和基質(zhì)降解。Lrenz等首次使用熒光共振能量傳感器區(qū)分活性狀態(tài)和失活狀態(tài)的NASP構(gòu)象，并模擬內(nèi)源性NASP功能發(fā)現(xiàn)，NASP在遷移的腫瘤細(xì)胞頭部層狀偽足形成中起重要作用

9、。細(xì)胞遷移頭部高度動態(tài)性偽足構(gòu)造的形成依賴肌動蛋白單體聚合和肌動蛋白纖維的延長，ASP家族不同成員通過不同的構(gòu)造域與Ra和d42結(jié)合而活化，而肌動蛋白相關(guān)2/3復(fù)合體(atinrelated2/3plexs，Arp2/3plexs)和肌動蛋白單體通過分別結(jié)合于活化的ASP家族羧基端共同的構(gòu)造域，直接調(diào)控肌動蛋白單體聚合。Arp2/3復(fù)合體是肌動蛋白組裝的核心，可將肌動蛋白單體從頭合成組裝為肌動蛋白絲，進而促進絲狀偽足和層狀偽足的形成。Arp2/3復(fù)合體與ASP的結(jié)合是調(diào)控肌動蛋白聚合的重要因素，兩者在多種腫瘤細(xì)胞中共表達(dá)，對115例肺腺癌組織切片免疫組化染色發(fā)現(xiàn)，78例(678)共表達(dá)Arp2

10、/3和AVE2，并與病人臨床生存時間負(fù)相關(guān)；多變量回歸分析提醒，Arp2/3和AVE2的共表達(dá)是腫瘤復(fù)發(fā)的獨立危險因素。并且NASP和Arp2/3復(fù)合體也是高侵襲和轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞侵襲偽足形成的主要調(diào)節(jié)子，并可能成為腫瘤治療的重要靶位11。肌動蛋白單體的聚合和偽足形成還依賴另一種關(guān)鍵調(diào)節(jié)子filin，filin可使肌動蛋白單體從肌動蛋白絲的頂端解離，誘導(dǎo)肌動蛋白絲從頭部折斷，產(chǎn)生新的末端。Ra和d42可通過活化共同的底物p21激活激酶(p21ativatedkinase，PAK)，分別激活LI(3種同源異型構(gòu)造域蛋白lin11、isl1和e3)激酶1(LIkinase1，LIK1)和LI激酶2(

11、LIkinase2，LIK2)，磷酸化filin使其失活而抑制肌動蛋白的解聚，穩(wěn)定肌動蛋白細(xì)胞骨架。22細(xì)胞基質(zhì)粘附偽足形成啟動細(xì)胞遷移的過程，但細(xì)胞持續(xù)的遷移需依賴細(xì)胞偽足與細(xì)胞外基質(zhì)(extraellularatrix，E)的穩(wěn)定粘附，提供細(xì)胞向前遷移的牽引支點。遷移的細(xì)胞頭部與E的粘附和尾部與E的去粘附的不斷交替使得細(xì)胞向前遷移，RhGTP酶對這一過程發(fā)揮準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。細(xì)胞外表的整合素受體與E中特異的配體結(jié)合，通過整合素聚集成簇而形成FAs，而整合素受體的胞內(nèi)區(qū)與樁蛋白(paxillin)，紐蛋白(vinulin)和踝蛋白(talin)等多種肌動蛋白結(jié)合蛋白互相作用形成分子橋，并與細(xì)胞骨架

12、相連，提供細(xì)胞遷移的錨著位點?；罨腞a可誘導(dǎo)肌動蛋白的聚合和層狀偽足的形成，同時也能誘導(dǎo)新的FAs的形成，而FAs的形成又能反過來活化Ra，這一正反響的失控可增加腫瘤細(xì)胞的侵襲才能。Jung發(fā)現(xiàn)，活化的Ra1和d42，可通過激活PAKl磷酸化下游的粘著斑激酶(faladhesinkinase，F(xiàn)AK)，活化的FAK作為分子支架招募胞漿中樁蛋白，紐蛋白和踝蛋白等至FAs，促進FAs的形成。p65激活激酶還可通過LIK間接調(diào)節(jié)filin的活性，filin在活性型和失活型間的循環(huán)可調(diào)節(jié)肌動蛋白亞單位從肌動蛋白絲末端的解離和聚合，并對促進肌動蛋白纖維組裝時踏車(treadilling)現(xiàn)象的發(fā)生非常

13、必要。腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移與E的降解親密相關(guān)，RhGTP酶可直接或間接調(diào)節(jié)下游效應(yīng)子促進E的降解。對人乳腺癌細(xì)胞株DAB435的研究發(fā)現(xiàn)，Ra1和d42可通過間接活化LIKl上調(diào)絲氨酸蛋白酶尿激酶型纖溶酶原激活劑(urkinasetypeplasingenativatr，uPA)系統(tǒng)，增加uPA啟動子活性，誘導(dǎo)uPA和uPA受體RNA和蛋白表達(dá)及uPA的分泌，降解E膠原等成分，有助于細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。23細(xì)胞骨架重組侵襲和轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞的持續(xù)運動需依靠張力纖維收縮和肌動蛋白絲的延長提供動力，RhGTP酶可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架的重組，為細(xì)胞遷移提供動力。張力纖維是真核細(xì)胞中一種穩(wěn)定的、平行排列的微絲構(gòu)造

14、，由肌動蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白等組成，肌動肌球蛋白相對運動產(chǎn)生的收縮力是細(xì)胞遷挪動力的主要來源。Rh及其下游的Rh相關(guān)卷曲螺旋形成蛋白激酶(RhassiatediledilfringprtEinkinase，RK)可提升肌球蛋白輕鏈(ysinlighthain，L)的磷酸化程度，增加肌動-肌球蛋白的收縮力促使細(xì)胞在E中的遷移。RK是Rh下游的重要效應(yīng)分子，包括Rh激酶和p160RK2個成員。活化的RK通過2條通路提升L的磷酸化程度，一方面RK磷酸化其底物肌球蛋白輕鏈磷酸酶(ysinlighthainphsphatase，LP)的肌球蛋白結(jié)合亞單位(ysinbindingsubunit，BS

15、)而抑制LP的磷酸酶活性，減少L磷酸基團的水解；另一方面，RK可直接磷酸化L，增加L的磷酸化程度，從而增加與肌動蛋白絲交聯(lián)產(chǎn)生的收縮力。抑制Rh/Rk通路能抑制腫瘤細(xì)胞張力纖維的收縮和細(xì)胞侵襲，顯性激活(dinantative)的p160RK的質(zhì)粒轉(zhuǎn)染的人卵巢癌細(xì)胞具有更強的侵襲和遷移才能，而用p160RK的反義寡核苷酸處理的癌細(xì)胞侵襲和遷移才能可顯著減弱。Rh還可作用于下游另一重要效應(yīng)分子Dia(aalianDiaphanusrelatedprtein)蛋白，活化的Dia蛋白可將肌動蛋白單體參入到肌動蛋白絲的末端，并阻止成帽蛋白的結(jié)合，誘導(dǎo)肌動蛋白絲的延長，有助于細(xì)胞遷移。3RhGTP酶在腫

16、瘤侵襲轉(zhuǎn)移診斷和治療中的意義由于RhGTP酶在許多惡性腫瘤中高表達(dá)，因此，RhGTP酶可能成為腫瘤轉(zhuǎn)移的臨床診斷指標(biāo)。對53例胃癌病人和7名胃腫瘤細(xì)胞株的Rh超家族7名主要成員RhA、RhB、Rh、Ra1、Ra2、Ra3和d42RNA表達(dá)程度的檢測發(fā)現(xiàn)，RhA、Ra1和d42在胃癌組織切片中的平均表達(dá)程度顯著高于癌旁組織切片，RhA的表達(dá)程度與腫瘤分期顯著正相關(guān)并和組織分化程度負(fù)相關(guān)，RhA和Ra1在7種胃腫瘤細(xì)胞株中的RNA表達(dá)程度，總蛋白量及活性都顯著高于正常胃粘膜上皮細(xì)胞株16。Rh在許多惡性腫瘤中高表達(dá)，特別是在轉(zhuǎn)移性腫瘤中表達(dá)異常增高17。在原發(fā)胃癌細(xì)胞中Rh的表達(dá)顯著高于正常胃上皮

17、細(xì)胞，在有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的原發(fā)胃癌中Rh的表達(dá)顯著高于沒有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的原發(fā)癌，在有多個淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的原發(fā)胃癌中Rh的表達(dá)也顯著高于較少淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的胃癌細(xì)胞，穿過漿膜的胃癌細(xì)胞比在胃壁中的胃癌細(xì)胞具有更高的Rh表達(dá)，說明Rh的過表達(dá)與腫瘤細(xì)胞的高度浸潤相關(guān)，提示Rh可作為胃癌病人臨床預(yù)后的重要指標(biāo)。鑒于RhGTP酶與腫瘤轉(zhuǎn)移的相關(guān)性，使其可能成為轉(zhuǎn)移性腫瘤臨床轉(zhuǎn)移及預(yù)后分析的重要指標(biāo)。由于RhGTP酶與腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移親密相關(guān)，RhGTP酶及其下游靶分子可能成為抑制腫瘤轉(zhuǎn)移的重要靶位。特異性的RK抑制劑f536可在體內(nèi)抑制小鼠Leis肺癌轉(zhuǎn)移及腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)的新生毛細(xì)血管生成，并在體外抑制腫瘤細(xì)胞在基質(zhì)膠上

18、的侵襲和遷移18。由于RhGTP酶翻譯后羧基端的修飾對于其正確的膜定位和活化非常重要，因此多種異戊烯基轉(zhuǎn)移酶抑制劑如Zarnestra，Sarasar，L778等2，通過阻斷RhGTP酶端翻譯后修飾位點的蛋白質(zhì)法呢基化，已被證實在腫瘤治療中有較好療效，而且針對某一種RhGTP酶(如RhA、RhB、Ra1或d42)的特異性異戊烯基轉(zhuǎn)移酶抑制劑將具有更好的臨床治療效果19。由于針對RhGTP酶進展的腫瘤治療可以減少傳統(tǒng)抗癌藥物的副作用，因此,RhGTP酶已成為腫瘤藥物開發(fā)的新靶位，對于腫瘤的臨床治療將具有良好的應(yīng)用前景。參考文獻1BurridgeK,ennerbergK.Rhandratakeen

19、terstageJ.ell,2022,116(2):167-197.2alkerK,lsnF.TargetingRasandRhGTPasesaspprtunitiesfranertherapeutisJ.urrpinGenetDev,2022,15(1):62-68.3Raftpulu,HallA.elligratin:RhGTPasesleadtheayJ.DevBil,2022,265(1):23-32.4heelerAP,RidleyAJ.hythreeRhPrteins?RhA,RhB,Rh,andelltilityJ.ExpellRes,2022,30(1):43-49.5Yagu

20、hiH,Lrenz,KepiakS,etal.leularehanissfinvadpdiufratin:therleftheNASPArp2/3plexpatheayandfilinJ.JellBil,2022,168(3):441-452.6YaazakiD,KurisuS,TakenaaT.RegulatinfanerelltilitythrughatinrerganizatinJ.anerSi,2022,96(7):379-386.7Lrenz,YaaguhiH,angY,etal.IagingsitesfNaspativityinlaellipdiaandinvadpdiafarin

21、aellsJ.urrBil,2022,14(8):697-703.8YaazakiD,Kurisu,S,TakenaaT.RegulatinfanerelltilitythrughatinrerganizatinJ.anerSi,2022,96(7):379-386.9LiS,GuanJL,hienS.BiheistryandbiehanisfelltilityJ.anerSi,2022,7:105-150.10SebaS,IayaK,atsubayashiJ,etal,expressinfatinrelatedprtein2andiskttAldrihsyndrefailyverprline

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