河北工程大學(xué)附屬醫(yī)院(邯鄲 056029)張方林 趙延敏 喬廣兵 薛 亮 郝占平 綜述 張愛莉 審校

細(xì)胞凋亡是一種由基因調(diào)控的高度保守的細(xì)胞主動死亡過程,在多細(xì)胞有機體的生長發(fā)育,維持組織同源性等過程起重要作用。腫瘤的發(fā)生與凋亡過程的紊亂有著密切的關(guān)系。細(xì)胞凋亡是細(xì)胞由于降解酶的作用,降解酶主要是水解酶,如蛋白酶與核酸酶作用,在近乎正常的細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)趨向死亡,這與壞死時細(xì)胞質(zhì)膜早期破壞不同[1]。這種死亡方式不會導(dǎo)致溶酶體及細(xì)胞膜破裂,沒有細(xì)胞內(nèi)涵物的外泄,不會引起炎癥反應(yīng)和次級損傷,表現(xiàn)出一些共同特征,如形態(tài)學(xué)改變,包括膜小泡形成,細(xì)胞皺縮,凋亡小體形成 ,生物化學(xué)特性改變 ,如胞膜內(nèi)磷脂酰絲氨酸外翻,DN A片段化,細(xì)胞骨架解離,細(xì)胞內(nèi)功能蛋白降解等[2]。凋亡是一個生理性的細(xì)胞自我毀滅過程,在胚胎發(fā)育,生物體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定及多細(xì)胞生物防御外在及內(nèi)在傷害等方面均起著重要的作用。凋亡過程的紊亂,可能與許多疾病的發(fā)生有直接或間接的關(guān)系,如腫瘤,自身免疫病,神經(jīng)退行性病變及局部損傷等[3]。凋亡與腫瘤的關(guān)系:細(xì)胞凋亡受抑,將導(dǎo)致細(xì)胞生存期延長,有利于轉(zhuǎn)化突變的細(xì)胞生長積聚,最終可致腫瘤的產(chǎn)生。細(xì)胞凋亡過程受到各種促凋亡蛋白和抑制凋亡蛋白的調(diào)節(jié),Omi/HtrA2與 Survivin便是其中重要的組成部分。線粒體促凋亡因子Omi/HtrA2是新近發(fā)現(xiàn)的一種存在線粒體膜間腔的絲氨酸蛋白酶,參與細(xì)胞凋亡的下游反應(yīng)。研究表明 Omi/HtrA2主要通過抑制凋亡抑制蛋白(Inhibitor of apotosis protein,IAP)家族蛋白發(fā)揮作用 ,而 Survivin蛋白是IAP家族中分子量最小的成員,但其作用也是最強的,它在正常組織中不表達(dá),或者表達(dá)很少,但其廣泛存在于胚胎組織和腫瘤組織中,與腫瘤的發(fā)生發(fā)展轉(zhuǎn)移和預(yù)后有著密切關(guān)系,本文就 Omi/HtrA2與 Survivin與腫瘤的關(guān)系作一綜述。

1 Omi/HtrA2和 Survivin的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能

1.1 Omi/HtrA2的結(jié)構(gòu):Omi/HtrA2由 458個氨基酸殘基組成,相對分子質(zhì)量 51kD,編碼基因位于染色體 2q13(或2p12),含有 8個外顯子,轉(zhuǎn)錄生成 2.1kb和 4.5kb兩種不同的mRN A,但以前者為主[4]。 Omi/Htr A2分子中除絲氨酸蛋白酶序列 (GN SGG,甘-天冬酰胺-絲-甘-甘氨酸)外還存在多個結(jié)構(gòu)域 和基 序 ,主 要有 氨 基端 PPPASPR(脯 -脯 -脯 -丙 -絲-脯 -精 氨酸)序列構(gòu)成的 SH3結(jié)合結(jié)構(gòu)域,羧基端 365～ 455位氨基酸殘基構(gòu)成的 PDZ結(jié)構(gòu)域,以及 182～ 330位氨基酸殘基構(gòu)成的胰蛋白酶樣(Trypsin-like)催化結(jié)構(gòu)域(組氨酸殘基 His198、天門冬氨酸殘基 Asp228和絲氨酸殘基 Ser306組成的催化三聯(lián)體)[5]。 PDZ結(jié)構(gòu)域最初是在 PSD-9、Dlg和 ZO-1中發(fā)現(xiàn)并命名,它能夠識別膜受體和離子通道 C-末端的疏水序列,參與蛋白質(zhì)之間相互作用。實際上,Faccio等就是在研究由 PDZ介導(dǎo)的Omi/HtrA2與細(xì)胞蛋白質(zhì)Mxi2相互作用的基礎(chǔ)上才鑒定出Omi的。 Omi/HtrA2前 60位氨基酸序列中含有線粒體定向序列 (Mito-chondrial targeting sequence,M TS)[6],也稱為線粒體定位信號(Mito-chondrial localization signal,M LS),具有引導(dǎo)Omi/HtrA2進(jìn)入線粒體的作用(van Gurp等.2003)。另外,在105～ 123位氨基酸殘基之間可能還存在一個跨膜區(qū)(the transmembrane segment,TM)。

1.2 Survivin的結(jié)構(gòu):Survivin基因定位于染色體的17q25,4個外顯子和 3個內(nèi)含子,長度為15kb。在 Survivin的啟動區(qū) 5'端有 T ATA序列、2個 AP2位點、3個 N F-KB位點和 1個 Sp1位點,還有許多細(xì)胞周期依賴元件 (Cell cycledepenent elements,CDEs)和一個細(xì)胞周期基因同源區(qū) (Cell cycle gene homology region,CHR)。 -51區(qū)的 CHR和-57區(qū)的 CDE對細(xì)胞周期的調(diào)控很重要。 CDE/CHR和增強因子的突變可能使 TIAP/m-Survivin的表達(dá)紊亂,影響細(xì)胞的生存和導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生[7]。 Survivin蛋白是 IAP家族中最小的成員,結(jié)構(gòu)相對簡單,相對分子質(zhì)量只有 16500,由 142個氨基酸殘基構(gòu)成。Survivin蛋白只包含兩個特定的結(jié)構(gòu):N端BIR(Baculovirus IAP repeat桿狀病毒群抗細(xì)胞凋亡重復(fù)序列)單拷貝、C端疏水α螺旋。而不包含 IAP家族其他成員所具有的環(huán)指結(jié)構(gòu)(Ring Finger),該結(jié)構(gòu)具有蛋白泛肽化降解信號的作用[8]。

1.3 Omi/HtrA2的生物學(xué)功能:Caspase依賴性凋亡是指在某些刺激因素的作用下,細(xì)胞中的 caspases家族成員序列激活,最終引起細(xì)胞凋亡發(fā)生的過程。van LooG[9]等觀察到成熟Omi/HtrA2分子中的前四位氨基酸殘基AV PS(或 AV PA)形成的四肽結(jié)構(gòu)域(即 Reaper結(jié)構(gòu)域),可以與XIAP分子中第 3個 BIR基序相互作用(BIR3-XIAP),據(jù)此推測Omi/HtrA2通過破壞 caspase 9和 BIR3-XIAP之間的相互作用,解除 XIAP對caspase9的抑制,導(dǎo)致下游caspases活化促進(jìn)凋亡的發(fā)生,即Omi/HtrA2通過增強caspase活性參與線粒體凋亡途徑發(fā)揮致凋亡作用。另外 Suzuki等[10]認(rèn)為 Omi/HtrA2-XIAP相互作用也可以發(fā)生在BIR2基序。V erhagen等[11]觀察到Omi/HtrA2拮抗了 XIAP抑制 caspase活化的效應(yīng),而且其與 BIR-3結(jié)構(gòu)域相互作用的能力強于 BIR-2結(jié)構(gòu)域 ,因此對于 Omi/Htr A2而言,破壞 IAP-caspase 3、7相互作用強于破壞 IAP-caspase 9相互作用。

Omi/HtrA2除了通過促進(jìn)caspase活化參與細(xì)胞凋亡過程外,還可以直接利用其蛋白酶活性發(fā)揮促凋亡作用。

1.4 Survivin的生物學(xué)功能:Survivin可能與 Caspase-9結(jié)合從而抑制其活性[12]。Survivin可與輔助性線粒體源性Caspase激活因子(Second mitochondria-derived activator of caspase,Omi/HtrA2)結(jié)合,Omi/HtrA2是一種通過結(jié)合 IAP而保護(hù) Caspase活性的蛋白[13],Survivin與 Omi/HtrA2結(jié)合并對抗之進(jìn)而抑制Caspase活性。通過這種方式,Survivin還可保護(hù)其他 IAP家族成員如 XIAP免受 Omi/HtrA2抑制而維持它們的功能。

Survivin也參與血管生成和管腔形成的關(guān)鍵因子,Papapetropoulos等研究了培養(yǎng)的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)Ang21主要通過 PI3/Aak機制使內(nèi)皮細(xì)胞 Survivin表達(dá)上調(diào),認(rèn)為 Ang21通過作用于關(guān)鍵的生存信使 Akt和上調(diào) Survivinr的表達(dá)阻止內(nèi)皮細(xì)胞凋亡,Survivinr是一個新Ang21作用的靶基因。

2 Omi/HtrA2、 Survivin與腫瘤

2.1 Omi/HtrA2與腫瘤:細(xì)胞凋亡在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中具有重要作用,凋亡調(diào)控機制的失常對腫瘤的生長浸潤和轉(zhuǎn)移等生物學(xué)機制有重要影響。絲氨酸蛋白酶Omi/HtrA2是最近才發(fā)現(xiàn)的線粒體促凋亡因子,在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用剛剛認(rèn)識到。

徐宗全[14]等發(fā)現(xiàn)Omi/HtrA2在肝癌組織中表達(dá)與癌旁組織和正常肝組織中的表達(dá)相比有顯著差異。Omi/HtrA2的表達(dá)與肝癌分化程度相關(guān),另外,Omi/HtrA2蛋白的表達(dá)與腫瘤大小和臨床分期相關(guān) ,與有無肝硬化 HBsAg、有無癌栓和 AFP無關(guān),在腫瘤＞5cm分化越差。臨床晚期肝癌組織中 Omi/HtrA2表達(dá)減少,而且強度減弱,而在腫瘤 ＜5cm,腫瘤分化高和臨床早期肝癌組織中 Omi/HtrA2表達(dá)增多而且強度增加。陳沛等[15]研究用 RT-PCR和免疫組織化學(xué)方法檢測發(fā)現(xiàn)喉癌組織也有Omi/HtrA2基因與蛋白的高表達(dá),在良性增生性疾病聲帶息肉組織中也有表達(dá),但在正常粘膜組織中無表達(dá)或表達(dá)極弱。Omi/Htr A2基因與蛋白在喉癌組織的表達(dá)均較癌旁正常組織與聲帶息肉間的差異有顯著性,在不同病理分化程度的喉癌中表達(dá)水平不同。

2.2 Survivin在腫瘤中的表達(dá):Survivin廣泛表達(dá)人類腫瘤細(xì)胞,Saitoh等研究的 42例子宮頸癌 Survivin的表達(dá)率為100%,在非小細(xì)胞肺癌中表達(dá)率約 85%,在結(jié)腸癌的陽性率為53%,在乳腺癌約 70%存在 Survivin表達(dá),黑色素瘤中 Survivin表達(dá)率約為93%,膀胱癌Survivin的陽性率也達(dá)到了87%,在這些腫瘤的正常組織及細(xì)胞間質(zhì)不表達(dá)。Survivin在腫瘤的廣泛表達(dá) ,提示 Survivin與腫瘤關(guān)系密切。在 Sui等[16]研究的 103例上皮性卵巢腫瘤中提示 Survivin在上皮性卵巢腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵作用。 Kappler等[17]對 63例軟組織肉瘤(STS)患者的 Survivin水平進(jìn)行檢測 ,與正常對照組比較發(fā)現(xiàn):Survivin的過度表達(dá)與腫瘤的預(yù)后不良存在密切聯(lián)系。以上研究提示,Survivin參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展、與預(yù)后密切相關(guān),是其診斷預(yù)后的重要參考指標(biāo)

3 Omi/HtrA2蛋白及 Survivin蛋白在惡性腫瘤的治療

胡曉勇等[18]構(gòu)建Omi/HtrA2的表達(dá)載體和 siRN A載體,并用脂質(zhì)體法分別將兩載體轉(zhuǎn)染至 pc-3細(xì)胞中,發(fā)現(xiàn) Omi/HtrA2可通過抑制抗凋亡蛋白 PED/PEA-15表達(dá)而在pc-3細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用。由于 PED/PEA-15為單基因而 IAPS是多基因組成的家族,故若能應(yīng)用SIRN A方法建立PED/PEA-15基因表達(dá)缺失的pc-3細(xì)胞系,并通過基因轉(zhuǎn)染高表達(dá) Omi/HtrA2,有望進(jìn)一步放大 Omi/HtrA2促前列腺癌細(xì)胞凋亡效應(yīng),并為前列腺癌的基因治療提供新的思路。

由于 Survivin蛋白表達(dá)于幾乎所有人類常見腫瘤組織,以及 Survivin蛋白抑制細(xì)胞凋亡的功能活性在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵性作用,Survivin蛋白已經(jīng)成為倍受關(guān)注的抗腫瘤治療的新靶點。由于 Survivin蛋白僅特異性地表達(dá)于腫瘤組織,在正常成人組織幾乎不表達(dá),使得應(yīng)用 Survivin蛋白特異性抗體免疫治療以及反義 Survivin基因治療具有良好的靶向性、特異性及安全性。隨著 Omi/HtrA2類似物 HtrA2/Omi以及特異性拮抗 XIAP的蛋白X AF-1的發(fā)現(xiàn),IAP的抑制劑正成為腫瘤治療的藥物開發(fā)新趨勢。

4 Omi/HtrA2與 Survivin的研究展望

細(xì)胞凋亡是維持機體內(nèi)穩(wěn)定的重要機制,對凋亡機制的深入研究與探討無論是對臨床還是基礎(chǔ)研究都有十分重要的意義。Omi/HtrA2是哺乳動物體內(nèi)一種重要的線粒體絲氨酸蛋白酶,在蛋白質(zhì)修復(fù)和細(xì)胞凋亡中有重要作用,迄今為止相關(guān)分子機制被研究清楚的還很有限,特別是它在生理、病理過程中的調(diào)控機制還未深入涉及,但是隨著研究步伐的加快,對Omi/HtrA2的認(rèn)識也將更為全面。另外,隨著特異性阻斷劑的出現(xiàn)和應(yīng)用,下一步應(yīng)該加大對 Omi/HtrA2與相關(guān)疾病關(guān)系的研究力度,Omi/HtrA2和 Survivin在腫瘤方面表達(dá)是否相關(guān),尚需要進(jìn)一步研究。這將為臨床針對特定靶點治療有關(guān)疾病提供一定依據(jù)。

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