祁闪闪，杨 李，卢文婕，孙 鸣，宋 娜，陈 智，熊 昊

（华中科技大学同济医学院武汉儿童医院血液肿瘤科，湖北武汉 430015）

人第10 号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因（phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten，PTEN）是一个经典的抑癌基因，位于染色体10q23.3，其编码区含有1 209个碱基，编码一个含有403 个氨基酸的蛋白。PTEN 蛋白含有4 个重要的功能区域：（1）N末端结构域，是PTEN蛋白N端的32个氨基酸组成的短肽，含有核定位序列；（2）催化结构域，由第7～185位氨基酸残基在内的179个氨基酸组成，负责PTEN 的去磷酸化活性；（3）C2 结构域，由第186～351位氨基酸残基在内的186个氨基酸组成，主要介导PTEN蛋白插入和锚定到脂质双分子层；（4）尾区，包含第352～403 位氨基酸残基在内的肽段，该区域富含丝氨酸和苏氨酸，参与调控PTEN 的稳定性和磷脂酶活性。PTEN 尾区最后4 个（第400～403 位）氨基酸即ITKV，被称为PDZ 结合基序（PDZ-binding motif，PDZ-BM），这一肽段介导PTEN与含有PDZ结构域的蛋白的相互结合。

PTEN 的氨基酸序列决定了其可以在胞浆和胞核之间动态穿梭的特性。而胞浆的PTEN 和胞核的PTEN 在肿瘤抑制方面扮演着不同的角色。胞浆中的PTEN 通过去磷酸化作用，将磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸（phosphatidylinositol-3，4，5-trisphosphate，PIP3）转化为磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（phosphati⁃dylinositol-4，5-bisphosphate，PIP2），从而拮抗磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）-蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/AKT）通路的活性。因此，胞浆PTEN 的丢失可以导致PIP3 的累积并激活下游通路，促进细胞的存活、生长、增殖、代谢和迁移［1-2］。而胞核PTEN 的磷脂酶活性对维持染色体的完整性是必须的［3］。胞核PTEN 位于着丝粒附近，与着丝粒蛋白C（centromere protein C，CENP-C）协同作用，作为在有丝分裂时染色体分离所需动粒的重要组分，维持染色质的稳定性［3］。最近的研究表明，PTEN 的PDZ-BM 与肿瘤抑制蛋白DLG1（disc large homolog 1）/驱动蛋白EG5（kinesin EG5，EG5）直接的相互作用可调节纺锤体极体的组成和运动。PDZBM缺乏的细胞倾向于出现染色体的错配，而且PDZ-BM缺失的小鼠易患淋巴瘤和乳腺癌［4-5］。

与一些经典的抑癌基因需要完全缺失才能诱发癌症的现象不同，PTEN 功能的部分丢失便可对肿瘤的发生和发展产生巨大的影响。在本文中，我们将对近些年来已发现的调控PTEN 表达水平和酶活性的转录前与转录后调控机制进行概述。

1 PTEN蛋白翻译后修饰调节

PTEN蛋白C端360-385肽段丝氨酸/苏氨酸的磷酸化可以增加PTEN 的蛋白稳定性或降低PTEN 的磷脂酶活性。目前已经发现有10 多种胞内激酶可以直接对PTEN 进行磷酸化。其中，酪蛋白激酶2（casein kinase 2，CK2）和糖原合成酶激酶3β（glyco⁃gen synthase kinase-3β，GSK-3β）是重要的两个磷酸激酶，分别对PTEN 的S380-S385（集簇Ⅰ）和S361-S370（集簇Ⅱ）两个肽段进行磷酸化。在集簇Ⅰ中，磷酸化的顺序为S385＞S380＞T383＞T382；在集簇Ⅱ中，磷酸化的顺序为S370＞T366＞S362＞S361＞T363。这些位点的磷酸化掩盖了PTEN 蛋白N 端的催化结构域与C 端的C2 结构域分子内的相互作用［6-8］。将常发生磷酸化的5 个位点T366、S370、S380、T382 和T383 替换为丙氨酸可明显使PTEN 的半衰期降低6倍［9］。与之类似，PTEN 整个C 端的截短也可明显降低其稳定性［10］。这可能是因为PTEN 蛋白C 端的磷酸化使其呈现出一种闭合状态，而保护了PTEN蛋白对水解敏感的部位。虽然上述的磷酸化可以增加PTEN 蛋白的稳定性，但S361/S380/T382/T383 或S385 的磷酸化却可以降低PTEN 对底物PIP3 的去磷酸化活性［11-12］。总的来说，PTEN 的磷酸化调控机制部分解释了：为什么在一些急性T 淋巴细胞白血病中，即使白血病细胞高表达非突变的PTEN，PI3KAKT信号通路仍处于高激活的状态［13］。

虽然磷酸化PTEN 的激酶对调控PTEN 发挥着重要的作用，但是使PTEN去磷酸化的磷脂酶也有同等重要的作用。据报道，PTEN 可以通过其去磷酸化的活性对自身的T366 位点进行去磷酸化［14］。其他的磷脂酶，例如蛋白磷酸酶2A（protein phosphatase 2A，PP2A）可以被N-Myc 下游调节基因2（N-Myc downstream regulated gene 2，NDRG2）招募，对PTEN进行去磷酸化［15］。在T 淋巴细胞白血病细胞中，经常由于NDRG2 的低表达而使PTEN 在S380/T382/T383残基磷酸化水平增加，进而增强PI3K-AKT信号通路的活化［15］。

PTEN 与多数蛋白类似，其赖氨酸残基的单泛素化可调节蛋白的功能，而赖氨酸残基的多泛素化则介导蛋白的蛋白酶体降解。PTEN 蛋白赖氨酸残基的泛素化集中在N 端。据报道，K13 或K289 的单泛素化以及K254的类泛素化都可以促进PTEN 的胞核转移和驻留［16-17］。NEDD4-1（neural precursor cell ex⁃pressed，developmentally downregulated 4-1）和X 连锁凋亡抑制蛋白（X-linked inhibitor of apoptosis pro⁃tein，XIAP）是PTEN 单泛素化E3 连接酶［18-19］；E3 连接酶活化STAT 蛋白抑制物χα（protein inhibitor of activated STAT χα，PIASχα）则负责PTEN 的类泛素化［20］；而负责PTEN 去泛素化的是疱疹病毒相关性泛素特异性肽酶（herpesvirus-associated ubiquitin-spe⁃cific peptidase，HAUSP）［21］。PTEN 上述赖氨酸位点的去泛素化促进PTEN从胞核向胞浆转移［21］。

PTEN 是一个相对较稳定的蛋白，其半衰期长于12 h［10］。K13 和K289 的多泛素化与其蛋白酶体调节的降解密切相关。泛素特异性肽酶11（ubiquitinspecific peptidase 11，USP11）负责多泛素化PTEN 的去泛素化，使PTEN 免于蛋白酶体的降解。USP11缺失的小鼠易于发生PTEN 相关的肿瘤［22］。目前，以E3 泛素连接酶为靶点的药物正在被研究，以期通过抑制PTEN 的降解，上调PTEN 的蛋白水平，用于人类肿瘤的治疗。

2 PTEN mRNA的调节

在多种肿瘤中，微小RNA（microRNA，miRNA，miR）和长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）是促进PTEN mRNA 降解的重要机制。有多种miRNA 可以结合在PTEN 的3´-UTR，其中最重要的一个是miR-21。miR-21 在人肿瘤中常高表达，而且可以直接靶向PTEN 的mRNA，负性调节PTEN的蛋白水平，进而促进细胞的增殖和侵袭［23］。其他的miRNA，例如miR-23a［24］、miR-26a［25］、miR-92a［26］、miR-130a［27］、miR-205-5p［28］和miR-221［29］也可以负性调控PTEN 的蛋白表达，激活PI3K-AKT 信号通路而促进肿瘤的发生、发展和侵袭。

N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine，m6A）是真核生物中最常见的mRNA 修饰［30-31］。甲基转移酶复合体，包括甲基转移酶样蛋白3（methyltransferase like protein 3，METTL3）和METTL14，负责将m6A 共价修饰到mRNA 上。目前，m6A 修饰对PTEN mRNA的调控尚不清楚。但是，有研究报道METTL3 可以调控包括PTEN在内的多种基因的表达［32］。而且，METTL3的缺失可以导致m6A 甲基化的PTEN mRNA水平降低，以及PTEN 蛋白表达下调。这提示m6A 甲基化或许参与PTEN表达的调控。

可变剪接（alternative splicing，AS）是常见的PTEN mRNA 转录后的加工修饰，增加了转录本的多样性。PTEN 存在多种剪切异构体（splice variant，SV）。早期的研究在胶质母细胞瘤和前列腺细胞发现的两种PTEN SV 分别是PTEN-Δ和PTEN-B［33］。这两种PTEN SV 都有C 端的缺失，由于稳定性降低，降解迅速，所以几乎没有磷酸酯酶活性。近期研究提示，Cowden 综合征的致病机制与PTEN SV 胚系异常有关，在部分患者中存在3、4 或6 号外显子缺失的PTEN SV，导致PTEN 蛋白水平下调。但最近在肾细胞癌中的研究表明，PTEN-Δ 与全长的PTEN 类似，具有肿瘤抑制的作用，高表达PTEN-Δ的患者具有更好的无转移生存期和总生存期［33］。PTEN-L 是最近发现的一种PTEN SV，包含了PTEN 所有的结构域，但在N 端额外有一段173 个氨基酸的可变翻译区域（alternately translated region，ATR）［34］。PTEN-L 的ATR 包含了可变剪切位点的信号肽，这使得PTEN-L可以被分泌至细胞外。在人血浆和血清及人源性细胞的培养上清中都可以检测到PTEN-L。PTEN-L 的ATR 还包含一个类似于细胞渗入性多肽的聚精氨酸基序，使得PTEN-L 能够进入细胞。类似于胞内的PTEN，外源性的PTEN-L能够下调PI3K通路，影响细胞在体外的存活。因为PTEN-L 能够脱离供体细胞，并作用于受体细胞，所以在肿瘤微环境中，间质细胞PTEN的状态可能会对肿瘤细胞PTEN的活性产生影响。PTEN-L 的旁分泌功能也许可以解释之前存在的现象，即在体外PTEN的缺失对肿瘤细胞的增殖有明显的影响，但是PTEN缺失的肿瘤细胞移植至小鼠体内时肿瘤的生长并不一定存在差异［35］。

可变聚腺苷酸化（alternative polyadenylation，APA）是PTEN mRNA 转录后修饰的另一种方式：通过在不同的APA 位点切割，然后添加polyA，丰富了PTEN转录本的多样性。PTEN基因受APA调控的位点位于终止密码子上游3 kb［36］、290 bp 及60 bp 处，可以导致PTEN 转录本的缩短［37-38］。有研究人员认为PTEN 3´-UTR 的缩短可以限制miRNA 的结合，从而增加PTEN mRNA的稳定性［39］。

3 PTEN的转录前调控

上述PTEN 的调控都是发生在转录后，而PTEN转录前的调控对PTEN的表达也发挥着重要的作用。据报道，多种转录因子可以正向或负向调控PTEN的转录。其中p53、表皮生长因子1（epidermal growth factor 1，EGF1）及过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）可以结合在PTEN的启动子上，上调PTEN 的表达［40-41］。与之相反，SNAIL、c-Jun 和NF-κB 可以下调PTEN 的表达［42-43］。而NOTCH1既可以上调也可以下调PTEN 的表达，这取决于NOTCH1是与着丝粒结合因子1（centromere binding factor-1，CBF-1）相互作用还是与MYC相互作用［44-45］。

PTEN启动子的表观沉默是PTEN基因失活的另一种方式。PTEN启动子CpG 岛的异常高甲基化存在于多种肿瘤中，包括乳腺癌、结肠癌、多发性骨髓瘤和胃癌等［46-50］。同时，PTEN的转录也受到组蛋白乙酰化的调控。有报道称，转录因子SALI4 可以通过招募具有染色质重塑作用的ATP 酶和具有组蛋白脱乙酰活性的核小体重构及脱乙酰酶（nucleo⁃some remodeling and deacetylase，NuRD）复合体至PTEN的启动子上，抑制PTEN的转录［51］。

4 恢复PTEN的治疗措施和临床转化前景

恢复PTEN 功能的传统临床研究着重于拮抗PI3K 信号。这类研究的靶点涉及整个PI3K 通路的激酶，包括受体酪氨酸激酶、PI3K、AKT 和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）［52］。而最近的研究将重点转移到PTEN缺失对基因组稳定性和使用PARP 抑制剂靶向PTEN缺失的肿瘤上［53］。在大量体外和体内的临床前研究中，PTEN基因的恢复能够降低一些肿瘤细胞系细胞的凋亡［54-55］。然而这些模型依赖于PTEN基因的基因重组，目前尚不能在临床上实施。

5 小结

本文对调控PTEN 表达和活性的机制进行了总结。最近几十年中，相关机制有了许多新的发现。但是目前这些调控机制尚未能为临床治疗提供很大帮助。不限于，但可能存在以下的原因造成了这一现象：（1）异质性大：在不同类型的肿瘤中，甚至是同一种肿瘤的不同患者中，调控PTEN的机制都可能存在很大的异质性；（2）机制定位难：PTEN 是一个穿梭在胞浆和胞核的蛋白，在不同部位发挥着不同的抑癌作用，但目前尚无有效的手段可以迅速对患者PTEN 调控机制异常进行定位；（3）靶向性差，调控PTEN的上游通路往往同时调控着其他靶蛋白，而且PTEN 亦调控着下游众多靶基因，形成复杂的网络，导致药物很难有准确的靶向性。总之，对这一关键抑癌基因调控机制的全面了解或许可以指导开发更多有效的恢复PTEN抗肿瘤活性的药物。