柏書博綜述, 王敬晗,陳貴敏審校

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·綜述·

抑癌基因LKB1與腫瘤關系的研究進展

柏書博1綜述, 王敬晗2,陳貴敏1審校

肝激酶B1(LKB1)是一種具有普遍作用的抑癌基因，編碼一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，LKB1基因的胚系突變是黑色素斑-胃腸多發(fā)性息肉綜合征的主要致病因素?，F(xiàn)有研究表明，LKB1對細胞代謝、細胞周期和細胞極性等的調控是其抑制腫瘤發(fā)生和發(fā)展的重要方面。LKB1的失活性表達以低頻率事件廣泛存在于全身多種類型惡性腫瘤中，如肺癌、胃癌和乳腺癌等；其功能異常還與腺癌的發(fā)生密切相關。本文就目前已知的LKB1的抑癌機制作以綜述。

抑癌基因；肝激酶B1；腫瘤; 細胞生長和代謝

肝激酶B1(liver kinase B1，LKB1)基因又名STK11(serine/threonine kinase 11)基因是1998年被芬蘭及德國學者在黑色素斑-胃腸多發(fā)性息肉綜合征(Peutz-Jeghers syndrome，PJS)患者中鑒定的抑癌基因[1]。它可通過調節(jié)細胞的代謝、細胞周期和誘導細胞凋亡等功能來發(fā)揮抑癌作用[2]。研究結果顯示LKB1蛋白表達的下降可見于肺癌、胃癌、乳腺癌等多種惡性腫瘤[3]。

1　LKB1的生物學特征

人的 LKB1基因定位于第19號染色體短臂13.3區(qū)，編碼分子量為 60KD 的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，該激酶由433個氨基酸組成，包括非催化區(qū)，激酶催化區(qū)，核定位信號序列和C端調節(jié)區(qū)。人體中幾乎所有組織均有LKB1的表達。LKB1的胚系突變是PJS患者的主要致病因素。LKB1的激酶活性需要第189位點的蘇氨酸(Thr)的自磷酸化來完成，此位點的突變可使其喪失激酶活性，導致LKB1的失活，與其由錯構瘤樣息肉向腺瘤和癌變發(fā)展關系密切[4]。LKB1與假激酶樣銜接蛋白和腳手架蛋白25形成復合體，可極大地提高其激酶活性和穩(wěn)定性[5]。

2　LKB1的功能和調控作用

2.1LKB1是腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)的上游激酶AMPK是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，由催化亞基AMPKα和調節(jié)亞基AMPKβ，AMPKγ組成的異源三聚體，它是LKB1最重要的底物。AMPK被稱為細胞的“代謝和能量感受器”，與AMP/ATP比值密切相關。機體在各種應激情況下，AMPK被激活后，抑制脂肪的生成、增加脂肪酸氧化、抑制脂肪分解、促進葡萄糖攝取和利用，維持機體的正常代謝。AMPK 的活化需要上游激酶(AMPKK)對 AMPKα亞基活化環(huán)上172位點的Thr進行磷酸化來完成。LKB1可以磷酸化Thr進而激活AMPK，因此認為它是 AMPKK 家族的成員。同時LKB1也激活12種接近AMPK的酶，使它們的活性增加50倍以上，AMPK和這12種AMPK相關激酶是LKB1激酶主要的下游底物。

2.2LKBI下調哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)活性，抑制細胞生長mTOR蛋白是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，它以mTORC1和mTORC2兩種復合體形式存在，mTOR抑制劑通過阻斷細胞周期、促進腫瘤細胞凋亡和自噬并抑制腫瘤血管的生成，從而抑制腫瘤生長，但在大多數(shù)腫瘤細胞卻出現(xiàn)異常調節(jié)[6]?；罨膍TOR主要通過磷酸化核糖體蛋白S6激酶(S6K)和真核細胞翻譯啟始因子(4E-BP1)來控制細胞生長，二者是蛋白翻譯的起始因子。S6K在多種人類腫瘤中呈高表達，高表達S6K的腫瘤預后較差[7]。4E-BP1經mTOR作用發(fā)生磷酸化后，解除了翻譯起始的抑制作用，并減少腫瘤細胞凋亡，同時促進細胞周期蛋白D1、缺氧誘導因子1、血管內皮生長因子等一組促進細胞生長關鍵蛋白的翻譯，促進細胞周期進展和血管生成，而這些都可成為形成腫瘤的成因。此外，在缺氧、營養(yǎng)匱乏等應激下，LKB1依賴的激活AMPK，活化的AMPK還可以磷酸化結節(jié)性硬化癥復合物(TSC1-TSC2)，TSC復合物可抑制小GTP酶Rheb而抑制mTORC1的活性[8]。mTOR的調控結合蛋白(raptor)被確定為AMPK下游直接底物，raptor的磷酸化在AMPK激活后下調mTOR活性和G2/M阻滯的過程中是必須的[9]。在能量壓力下，LKB1-AMPK還可以直接磷酸化TSC2 和raptor 來抑制mTORC1活性。上述研究表明，LKB1通過激活其直接底物AMPK對mTOR通路發(fā)揮負向調控。

2.3LKB1通過細胞周期素依賴性激酶抑制因子(P21，P27)負向調控細胞周期LKB1可以穩(wěn)定體內抑癌基因P53，直接參與P53的靶基因P21/WAF1激活過程。將LKB1融合到缺陷型P53可以提高P21/WAF1的激活，使細胞周期阻滯于G1期，抑制了細胞的增生[10]，相反，LKBI缺失或降低表達則伴隨著P21/WAF1水平下調，表明LKB1通過促進腫瘤細胞進入凋亡程序來抑制腫瘤細胞的增殖。有研究證明P27也是AMPK的底物，AMPK在調節(jié)P27能量脅迫時自噬和凋亡的選擇中起重要作用[10]。

2.4LKB1參與其他信號通路的調節(jié)蛋白激酶B (Akt/PKB)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，被認定為是一種癌基因。LKB1通過激活AMPK，負向調節(jié)Akt/PKB信號通路，使其具有抑制腫瘤血管生成及轉移的作用。LKB1通過抑制Akt的表達阻斷此基因的致癌作用，還能阻斷此通路上游多種相關聯(lián)的致癌基因，影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展[11]。Smad是轉化生長因子β(TGF-β)的轉錄調節(jié)因子，LKB1與LIP1結合后，與Smad4形成LKB1-LIP1-Smad4三聚體，調節(jié)TGF-β信號轉導通路[12]。張力蛋白同源基因(PTEN)是第一個具有雙特異性磷酸酶活性的抑癌基因。有研究發(fā)現(xiàn)：在肺腺癌細胞株A549細胞中過表達LKB1，可使PTEN mRNA表達增加。3、4、5-三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)是促進細胞增殖的第二信使，PTEN具有磷酸酯酶的功能，可分解PIP3，說明LKB1可能參與PTEN信號通路的調節(jié)抑制細胞生長[13]。LKB1和PTEN共同作用可調節(jié)上皮間質轉化(EMT)來抑制腫瘤的轉移，相反LKB1的缺失會增進腫瘤細胞的EMT，促進腫瘤轉移[14]。

3　LKB1與腫瘤的關系

3.1LKB1與肺癌LKB1的突變見于各種病理類型的肺癌，并且與肺癌的發(fā)生發(fā)展以及肺癌的分化、轉移關系密切[15]。有研究表明，在非小細胞肺癌[16]和肺腺癌[17]中，LKB1的低表達能夠促進腫瘤的淋巴結轉移，提高肺癌的分期，提示不良預后。生存素基因(Survivin)是抑制細胞凋亡基因，LKB1的低表達和Survivin的高表達可能與肺癌的發(fā)生、轉移有關；LKB1有利于輔助診斷肺癌的臨床分期；而Survivin更利用在區(qū)分腫瘤病理類型和分化程度[18]。Liang等[19]以肺腺癌細胞株A549為研究對象，通過LKB1基因轉染至A549肺癌細胞后，發(fā)現(xiàn)LKB1的高表達通過降低轉錄因子SP1的表達導致VEGF的表達下調，從而抑制肺癌細胞的侵襲能力。另一項研究以大細胞肺癌細胞株95D為研究對象，通過建立沉默LKB1細胞模型，認為LKB1表達下調促進肺癌細胞的增殖活性，但對肺癌細胞的凋亡影響不明顯[20]。Safe等[21]研究也證實，LKB1突變所致的功能缺失，導致了SP1和VEGF表達水平的升高，促進肺癌新生血管形成，從而促進了腫瘤的轉移；同時，LKB1在低轉移性的大細胞肺癌中表達較高，而在高轉移性的肺腺癌細胞中表達較低。

3.2LKB1與胃癌李利義等[22]通過研究LKB1和VEGF-C在70例人胃癌組織中的表達，發(fā)現(xiàn)LKB1在胃癌組織中的表達顯著低于正常組織；VEGF-C在胃癌組織中的表達顯著高于正常組織，LKB1表達與VEGF-C表達呈顯著負相關；胃癌組織中LKBI和VEGF-C的表達水平與腫瘤的組織分化程度、腫瘤浸潤深度、淋巴結轉移及TNM分期顯著相關(P<0.05)。徐新宇等[23]通過檢測115例胃癌組織、20例正常胃組織中LKB1和P53的表達證實：胃癌組織中LKB1及P53表達具有負相關性，LKB1和P53在胃癌組織中的表達程度與胃癌的TNM分期、淋巴結轉移、Lauren分型及預后有關(P<0.05)；LKB1和P53通過調節(jié)腫瘤細胞的增殖、分化和凋亡，調控胃癌的發(fā)生、發(fā)展。孫俊杰[24]分別應用熒光定量 PCR檢測胃癌高分細胞株 MKN-28、低分化細胞株MKN-45、正常人胃上皮細胞GES-1的 mRNA和蛋白表達情況,以及實時熒光定量PCR方法檢測155例胃癌患者和95例正常胃組織的石蠟標本，結果證明：LKB1的表達與胃癌的組織分化程度、TNM臨床分期明顯相關，提示LKB1mRNA低表達可能胃癌預后不良。3.3LKB1與乳腺癌有研究報道認為在乳腺癌中同樣存在著LKB1的缺失、突變。沈贊等[25]分別通過構建LKB1表達質粒，轉染至該基因低表達的乳腺癌細胞株MDA-MB-435細胞中，并檢測LKB1在121例乳腺癌手術標本的表達，認為轉入該基因能顯著抑制乳腺癌的生長，其抑制作用與P21介導的G1期細胞阻滯相關，并且LKB1與乳腺癌的預后差顯著相關。莊志剛等[26]應用RNA干擾技術建立LKB1沉默乳腺癌細胞模型，發(fā)現(xiàn)LKB1沉默后乳腺癌細胞增殖明顯加快，表明LKB1的表達下調對乳腺癌細胞的惡性生物學行為具有促進作用。進一步應用LKB1轉染的MDA-MB-435乳腺癌細胞，發(fā)現(xiàn)轉染后的腫瘤細胞中基質金屬蛋白酶2，9(MMP-2、MMP-9)和VEGF、堿性成纖維細胞生長因子(b-FGF)的表達下降，MMP是血管生成最初的調節(jié)因子，VEGF被證實在乳腺癌有較高表達，提示LKB1可能降低乳腺癌細胞的血管生成能力[27]。繼續(xù)通過組織芯片及免疫組織化學法對180例乳腺浸潤性導管癌、18例導管原位癌及20例正常乳腺組織中 LKBI、細胞角蛋白56(CK56)和P53 等基因的表達進行檢測，證明LKBl與乳腺浸潤性導管癌的淋巴結轉移呈負相關，提示LKB1對乳腺癌的浸潤與轉移過程有抑制作用[28]。以上研究表明，LKB1與乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展以及乳腺癌的分化、轉移關系密切。

3.4LKB1與其他腫瘤有學者將LKB1過表達質粒轉染至人胰腺癌細胞ASPC-1，并與空載體及LKB1過表達的細胞株相比較，發(fā)現(xiàn)LKB1可能通過磷酸化激活AMPK信號通路抑制人胰腺癌細胞ASPC-1的上皮間質轉化，降低細胞遷移侵襲能力[29]。Gu等[30]通過對食管癌的研究發(fā)現(xiàn)：LKB1蛋白在食管癌組織中的表達下降，而且LKB1的低表達與食管鱗癌的浸潤、轉移密切相關。黃約翰等[31]研究證實LKB1的表達與肝細胞性肝癌的分化程度，TNM分期，門靜脈侵襲有關(P<0.05)。LKB1陽性表達的肝細胞性肝癌患者生存時間比陰性表達的顯著延長(P<0.05)。

4　結語和前景

LKB1作為一個重要的抑癌基因參與的信號通路和調節(jié)靶點被逐漸發(fā)現(xiàn)和分析，但是目前對LKB1的研究還處于起步階段，其生物學功能、LKB1相關蛋白的相互作用以及蛋白的磷酸化作用尚未得到全面的揭示。應用不斷更新的生物醫(yī)學技術和方法，并結合現(xiàn)有的科研成果以及臨床樣本分析，相信對LKB1抑癌機制的研究會不斷加深，LKB1作為抑癌基因中的一員，可能為基因治療腫瘤提供一個重要的選擇。

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(本文編輯：黃攸生)

1. 200052上海，解放軍85醫(yī)院口腔科； 2. 100048北京，解放軍海軍總醫(yī)院肝膽外科

陳貴敏，E-mail：chengm196009@sina.com

R730.2;Q754

A

10.3969/j.issn.1672-271X.2016.04.022

2016-06-12；

2016-06-24)

引用格式：柏書博,王敬晗,陳貴敏.抑癌基因LKB1與腫瘤關系的研究進展[J].東南國防醫(yī)藥，2016,18(4):408-410,414.