陳鳳霞，浦飛飛

1. 武漢大學中南醫(yī)院腫瘤放化療科（武漢 430071） 2. 武漢市第一醫(yī)院骨科（武漢 430022）

PIG3是在篩選凋亡起始前p53誘導的靶基因時發(fā)現(xiàn)的p53下游調(diào)控細胞凋亡的靶基因，其在物種之間高度保守且與植物NADPH 氧化還原酶高度同源[1]。PIG3通過參與合成活性氧（reactive oxygen species, ROS）及對氧化應激的調(diào)控參與細胞凋亡過程，因此，PIG3基因也被認為是一種抑癌基因[2]。PIG3的啟動子區(qū)有一段串聯(lián)重復序列（TGYCC）n（Y=C 或T），其僅在靈長類動物中進化，并且只有在靈長類動物中p53與（TGYCC）n 結(jié)合誘導PIG3的轉(zhuǎn)錄活性最強[3]。近年來，有研究發(fā)現(xiàn)（TGYCC）n 的多態(tài)性與PIG3的轉(zhuǎn)錄調(diào)控及癌癥易感性密切相關[4]。

1 PIG3基因啟動子區(qū)（TGYCC）n轉(zhuǎn)錄調(diào)控的分子機制

PIG3定位于2P23.3，全長7 424 bp，它的編碼區(qū)由五個外顯子組成[5]。p53能夠與PIG3基因啟動子區(qū)域中的兩個位點結(jié)合，一個位于轉(zhuǎn)錄起始點上游的-328 至-308 位點，研究顯示，此位點對于p53介導的PIG3的轉(zhuǎn)錄激活不是必需的；另一結(jié)合位點位于PIG3啟動子區(qū)轉(zhuǎn)錄起始位點下游+442 至+517 之間的（TGYCC）n 五核苷酸重復序列，此位點對于p53介導的轉(zhuǎn)錄激活至關重要。而且，p53的同源基因p63、p73也能夠與這段序列結(jié)合，從而激活PIG3的轉(zhuǎn)錄。研究表明，伴隨p53突變的腫瘤，p53的突變體不能與（TGYCC）n 結(jié)合并介導PIG3的轉(zhuǎn)錄激活，但是它們?nèi)杂屑せ钇渌鹥53反應元件的能力，如誘導p21的表達、調(diào)控細胞周期阻滯[6]。

抑制素1（prohibitin, PHB1） 和抑制素2（prohibiton, PHB2）能與PIG3啟動子區(qū)（TGYCC）15結(jié)合，并且PHB1/PHB2 的這種結(jié)合可不依賴于p53的存在和凋亡刺激[7]。PHB1 和PHB2 以二聚體或蛋白復合物存在于細胞膜、細胞核、細胞質(zhì)和線粒體特定的亞細胞結(jié)構中[8]。PHB1 和PHB2的亞細胞定位不同，發(fā)揮的作用也不同。存在于細胞膜上的PHB1 和PHB2 參與許多信號通路的轉(zhuǎn)導，調(diào)控多種細胞生理功能，包括代謝、轉(zhuǎn)錄、凋亡、細胞骨架重排及細胞分化；存在于線粒體中的PHB1 和PHB2 形成環(huán)狀分子，作為伴侶蛋白穩(wěn)定新合成的線粒體蛋白[9-10]。

組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶蛋白SETD2 能夠與p53相互作用，并且選擇性調(diào)控p53下游基因，包括促凋亡基因PIG3、Bax等[11]。乳腺癌易感基因1（the breast cancer susceptibility gene 1,BRCA1）的沉默在一定程度上能夠影響p53依賴的PIG3激活[7-12]。p53能夠與BRCA1的N 端Rad50 結(jié)合位點和C端BRCT 區(qū)域相互作用，從而上調(diào)p53介導的轉(zhuǎn)錄[13]。BRCA1的過表達能夠穩(wěn)定野生型p53，調(diào)控DNA 修復和生長停滯基因的轉(zhuǎn)錄[14]。另外，人類細胞凋亡易感蛋白（human cellular apoptosis susceptibility protein, hCAS/CSE1L） 也參與PIG3的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，通過與PIG3啟動子區(qū)相互作用影響p53依賴的凋亡。與p53不同，hCAS/ CSE1L 只能與PIG3啟動子區(qū)的-318 至-813 位點結(jié)合，激活PIG3的轉(zhuǎn)錄，并且這種結(jié)合不依賴于p53[15]。此外，hCAS/CSE1L基因表達下調(diào)能夠促進PIG3啟動子區(qū)組蛋白H3 第27 位賴氨酸的甲基化，這種甲基化能夠抑制PIG3的轉(zhuǎn)錄修飾，但對于第4位和第9 位賴氨酸的甲基化卻沒有影響[15]。

2 PIG3多態(tài)性與癌癥易感性的關系

對PIG3基因啟動子區(qū)（TGYCC）n 這一位點的人群進行分析，結(jié)果顯示（TGYCC）n 具有多態(tài)性，在高加索人中，這一等位基因包括10、15、16、17，出現(xiàn)頻率分別為5.1%、62.0%、21.4%、11.5%[4]。然而，日本學者的一項研究發(fā)現(xiàn)，PIG3基因啟動子區(qū)（TGYCC）n包括7個等位基因，n 分別為10、12、14、15、16、17、18[16]。Guan等的研究認為（TGYCC）n 重復次數(shù)與被p53激活的程度呈正相關，且（TGYCC）n 重復次數(shù)越多，活性越強[4]。然而，之后的研究推翻了此前的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)無論是在p53缺失型還是p53野生型細胞中，（TGYCC）n 的活性都是最強的，因此，（TGYCC）15也被認為是野生型的等位基因[3]。

（TGYCC）n 多態(tài)性與癌癥易感性相關研究結(jié)果不一致。對1 239 名非西班牙裔白人的調(diào)查結(jié)果顯示，（TGYCC）n 多態(tài)性與頭頸部鱗癌的發(fā)病風險存在相關性，擁有（TGYCC）15的人患頭頸部鱗癌的風險較其他三種類型明顯降低[3]。PIG3的啟動子包含可變數(shù)量的五核苷酸（TGYCC）n（Y=C或T）串聯(lián)重復序列（VNTRs），據(jù)報道，VNTRs的數(shù)量與TP53的激活相關，PIG3啟動子VNTRs與侵襲性膀胱癌的發(fā)生相關[16]。不過，也有研究數(shù)據(jù)并不支持PIG3多態(tài)性與癌癥易感性增加相關的觀點，研究者認為還是應該進行包括其他類型癌癥在內(nèi)的更大規(guī)模的研究[17]。這種研究間的不一致性可能是由于樣本量大小不同，也可能是研究人群種族和地理環(huán)境的差異。

3 PIG3的生物學功能

PIG3在細胞內(nèi)主要發(fā)揮兩種不同的作用。首先，PIG3通過參與合成ROS 及對氧化應激的調(diào)控參與細胞凋亡過程。這是由于當DNA 受到損傷時，PIG3抑制了過氧化氫酶，使細胞內(nèi)通過氧化呼吸產(chǎn)生的副產(chǎn)物ROS 不能被及時清除，進而在細胞內(nèi)大量堆積，最終誘導細胞凋亡[18]。基于這一觀點，腫瘤細胞內(nèi)PIG3應該被選擇性失活才有利于腫瘤細胞生長。然而值得注意的是，惡性腫瘤細胞內(nèi)ROS 的水平是亞致死劑量的，這種劑量的ROS 能夠促進細胞增殖，導致遺傳基因突變，協(xié)助轉(zhuǎn)移灶形成[19]。研究表明，在紫外線作用下，PIG3能夠與谷胱甘肽過氧化物3 （glutathione peroxidase 3, GPx3）N 端氨基酸殘基（2-114）相互作用，促進ROS 的產(chǎn)生和細胞內(nèi)積累。當PIG3缺失或GPx3基因突變時，細胞內(nèi)ROS 水平顯著下降，紫外線誘導的細胞凋亡也顯著降低[20]。因此，GPx3-PIG3信號通路對于紫外線誘導的ROS 的產(chǎn)生和細胞凋亡至關重要。同時，GPx3 和PIG3對于ROS 的產(chǎn)生和細胞死亡也是不可或缺的。研究發(fā)現(xiàn)，GPx3 有兩種形式，一類存在于血漿中，不能與PIG3或其他的輔酶相互作用，影響抗氧化劑還原ROS；另一類存在于細胞內(nèi)的GPx3 能與PIG3形成復合物，激活PIG3后可促進ROS 產(chǎn)生和細胞凋亡[21]。GPx3 是谷胱甘肽過氧化酶家族的一員，能夠氧化還原谷胱甘肽減少過氧化氫的產(chǎn)生。細胞內(nèi)的GPx3 能夠促進PIG3介導的ROS 的產(chǎn)生，但具體機制仍未闡明，可能是作為PIG3的激動因子或PIG3-ROS 酶的一個亞單位[22]。因此，僅PIG3的過表達不足以產(chǎn)生致死劑量的ROS，只有促進ROS 積累的促凋亡基因共同參與，才能發(fā)揮p53誘導的凋亡。

其次，PIG3參與了DNA 損傷反應通路的調(diào)控。PIG3主要定位于細胞質(zhì)，有大約30%的PIG3定位于細胞核，只有定位于細胞核的PIG3才能參與DNA 損傷修復。PIG3控制多個細胞周期檢查點的轉(zhuǎn)換，并且對于維持S 期和G2/M 期檢查點的轉(zhuǎn)換是必需的。細胞內(nèi)PIG3的下調(diào)導致G2/M 檢查點的延長，細胞損傷修復出現(xiàn)異常[23]。而且，細胞內(nèi)PIG3的沉默使細胞對DNA 損傷試劑敏感性增加，抑制53BP1，Mre11，Rad50 和Nbs1 向DNA 損傷反應點招募，使細胞正常的損傷修復機制缺失，導致細胞存活率下降[6]。PIG3作為DNA 損傷反應通路的上游成分，主要通過ATM 途徑激活，不僅可以加強p53依賴的抗腫瘤細胞反應，使細胞周期停滯、誘導細胞凋亡或衰老；還可以參與DNA 損傷修復。對于惡性腫瘤細胞而言，p53依賴的抗腫瘤細胞反應已經(jīng)在腫瘤的發(fā)展過程中喪失，但是參與DNA 損傷修復仍得以保留，因為DNA 雙鏈斷裂是致命的[24]。鑒于這一發(fā)現(xiàn)，PIG3的缺失無論對于正常細胞還是癌癥細胞都是致命的。

4 小結(jié)

PIG3在細胞中既發(fā)揮促進凋亡的作用，又發(fā)揮促進增殖的作用，其在細胞中發(fā)揮何種作用不僅與細胞類型有關，而且與DNA 損傷程度也密切相關。當正常細胞遭受低劑量DNA 損傷時，p53誘導細胞周期停滯，此時PIG3參與DNA 損傷修復，激活DNA 損傷修復機制，當DNA 修復完成后細胞周期才能得以繼續(xù)；當細胞遭受大劑量DNA 損傷時，p53誘導所有促凋亡基因共同表達，促使ROS 大量積累，促進細胞凋亡。在腫瘤細胞中，p53的低表達或突變使細胞內(nèi)PIG3表達較低，當腫瘤細胞遭受DNA 損傷時，PIG3被招募到細胞核參與DNA 損傷修復，使促凋亡基因的產(chǎn)生減少，ROS 維持在亞致死量水平，能夠促進細胞增殖及轉(zhuǎn)移灶形成[7]。

PIG3啟動子區(qū)（TGYCC）n 重復序列可能影響p53的結(jié)合及其介導的轉(zhuǎn)錄活性，從而影響腫瘤的發(fā)生風險[3-4]。PIG3等位基因（TGYCC）15變異多態(tài)性可能影響p53結(jié)合頭頸部鱗狀細胞癌易感標志物[4]；PIG3啟動子TGYCC 的可變串聯(lián)重復序列VNTRs 與侵襲性膀胱癌的發(fā)生有關[16]。PIG3啟動子TGYCC 基因多態(tài)性在癌癥的發(fā)生發(fā)展及臨床診療中起著重要作用，分析其遺傳易感性可為臨床診療提供新思路及理論支持。除了與基因多態(tài)性相關，腫瘤還與種族、地域和個體差異有關，研究樣本量、多個基因位點、多種細胞因子基因交互作用等也會產(chǎn)生影響[25]。但這些還有待在大樣本、多臨床特征和多中心的前瞻性研究中加以驗證。

綜上，PIG3是p53下游調(diào)控細胞凋亡的靶基因，在細胞中發(fā)揮著兩種截然相反的作用，既通過細胞內(nèi)ROS 的積累誘導細胞凋亡，又參與DNA損傷修復。因此，如何平衡PIG3在腫瘤細胞中的這兩種作用是一個值得深入研究的方向，對臨床上腫瘤的診斷及治療具有重要的應用價值。