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XIAP基因在肿瘤学中的探索

2012/12/24 阅读:

作者:张娟丽岳红梅单位:兰州大学第一医院呼吸内科甘肃兰州

通过直接或间接的抑制Caspase而抑制细胞凋亡

半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶(Cysteinylaspartatespe-cificproteinase,Caspase)家族,也称为ICE/CED-3家族,其凋亡启动因子在级联反应的上游,包括caspase2、8、9,这些上游的启动因子尤其是caspase8在某些蛋白的参与下能自我活化,激活凋亡执行因子包括caspase3等,通过其特异性的底物最终导致细胞凋亡。Caspase3无论是在TNF和Fas介导的细胞凋亡,还是在染色体凝集、DNA片段化中都起着凋亡的关键执行者,XIAP通过独有的BIR2结构域结合和抑制caspase3、7,而BIR3通过与caspase9相互连接而发挥抗凋亡的作用,及linker区域具有E3泛素化酶的作用,通过泛素化,而抑制Caspase3、7,进一步抑制下游的凋亡抑制因子,使得多种因素诱导的细胞凋亡受阻。

通过线粒体途径抑制细胞凋亡

线粒体途径是细胞凋亡的内源性途径,当受到细胞凋亡信号刺激,可释放细胞色素C和Smac/DIABLO,细胞色素C能与细胞内存在的一种凋亡细胞蛋白酶激活因子(ApoptosisPro-teaseActivatingFactor-1,Apaf-1)结合,在dATP存在的条件下,Apaf1和Caspase-9酶原结合,使Caspase-9酶原活化,然后激活下游的效应半胱氨酸蛋白酶如Caspase-3、6、7、8、10,从而启动细胞凋亡,而XIAP可以抑制细胞色素C的释放,使得cas-pase途径的激活受到抑制。同样,Smac/DIABLO被释放入胞质后,能与IAPs结合,抑制IAPs结合Caspase的能力,促进细胞凋亡。李栋才等研究表明在鼻咽癌组中Smac/DIABLO表达明显下降,对XIAP的表达可能是负反馈调节,使得XIAP表达升高,减少了细胞的凋亡。

郑丽瑞等通过研究胃癌组织中XIAP、Smac及Caspase3的表达情况,发现正常胃粘膜上皮上有较高Smac及Caspase3表达,胃癌组织的分化程度越低Smac、Cas-pase3阳性率也越低,但XIAP越高,说明XIAP通过影响Smac、Caspase3的表达水平,拮抗细胞的凋亡,参与肿瘤的发生、发展。

通过肿瘤坏死因子受体相关因子(TRAFs)而至细胞凋亡

在肿瘤细胞中,XIAP也许通过与TRAFs结合,使得活化核因子NF-kappaB由细胞质转移到核内,激活靶基因,导致XIAP的表达增加,抑制Caspase。近年来大量研究发现NF-kB信号通路的异常,在肿瘤细胞的抗凋亡调控中有着重要的意义,NF-kB的激活能抑制TNF-a、放疗及化疗引起的细胞凋亡。

有学者利用这一机制,通过大黄素联合吉西他滨治疗胰腺癌,发现降低NF-kB的表达,可以进一步使XIAP的表达下降,促进细胞凋亡,增加放疗的敏感性。丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)是细胞内外信号传导的重要途径,尤其是c-Jun氨基酸末端激酶(c-JunN-terminal)通路,某些蛋白可以激活并使JNK活化,导致相关凋亡基因上调,诱导激活Fas样/caspase3级联信号通过,使相关caspase活化,导致细胞凋亡增加。通过相关研究表明XIAP还可以通过激活了TABl-TAKl.JNKl级联反应途径,这可能是XIAP抑制caspase-l诱导凋亡的一个机制。对白血病细胞的研究还发现,激活的MEKl通过上调XIAP表达而调节caspase-3活性。cyclins和cyclin-dependentkinases复合物可以使retinoblastoma蛋白磷酸化,从而促使细胞周期由G1进入S期,车宇芳等研究表明XIAP可以调节肝癌细胞G1其蛋白CDK4/CDK6/cyclinD1的表达,促进细胞进入G1周期,从而促进肿瘤细胞的增殖。除此之外,XIAP还可以抑制TNFR、Fas/CD、TRAILR等受体通过死亡受体通路介导引起的细胞凋亡。对于XIAP在肿瘤中的发病机制及在其他组织中的表达情况有待一进步研究,为肿瘤的靶向治疗提供新的靶点。

靶向XIAP基因治疗恶性肿瘤的研究

1小分子XIAP抑制剂

过度表达XIAP对caspase的抑制是导致肿瘤细胞增殖,抑制其凋亡,促进肿瘤的发生、发展,同时也导致肿瘤细胞对多种化疗药物的耐药,因此抑制XIAP对caspase的结合有望成为治疗癌症和克服肿瘤细胞耐药性的新途径。Wu等通过大量研究发现了芳基磺酰胺类化合物,能与XIAP中的BIR2-linker区结合,解除XIAP对caspase3的抑制作用,诱导293细胞系凋亡,也可以通过使用Caspase3的抑制剂直接抑制细胞凋亡。Alvero等研究表明在卵巢癌细胞研究中发现Tri-apine可以裂解XIAP,激活Caspase3、9,同时下调Akt的表达,诱发肿瘤细胞的凋亡,增加铂类和紫杉醇等药物的抗肿瘤作用。

Schimmer等筛选得到一类具有抑制活性的聚苯尿素,这类化合物不仅直接诱导了多种肿瘤细胞系的凋亡,使癌细胞对化疗药物敏感,而且抑制了小鼠模型移植肿瘤的生长,而对正常细胞几乎不表现出毒性。Nikolovska-Coleska等通过计算机筛选,发现紫金牛中提取出的信筒子素是结合于结构域的小分子量抑制剂,对于XIAP高水平的前列腺癌细胞,信筒子素抑制细胞生长,诱导凋亡,且增强了细胞对化疗药物的敏感性。

郭丽萍等通过观察美伐他汀通过下调XIAPmRNA和蛋白的表达,减少caspase酶的抑制作用,增加caspase3、9的活化,抑制非小细胞肺癌A549细胞的增殖,而诱导凋亡的发生。Fakle等应用小分子XIAP抑制剂联合或肿瘤坏死因子相关的凋亡诱导配体(TNF-relatedapoptosis-inducingligand,TRAIL)联合产生协同作用,激活Caspase3抑制恶性肿瘤细胞增殖,诱导肿瘤细胞及组织发生凋亡,也具有化疗增敏作用。张红等研究表明经Embelin诱导后胃癌细胞中XIAP的表达明显下降,促进肿瘤细胞的凋亡,但对于该要的临床长期应用效果仍需进一步跟踪研究。目前研究最多小分子XIAP抑制剂是Smac,Smac也称为DIABLO(directIAP2bindingproteinwithlowPI),它是一种线粒体蛋白,在线粒体破裂期间伴随细胞色素c释放到胞液中,在胞液中,它能与包括XIAP在内的多种IAPs结合,解除IAPs对caspases的抑制,通过对Smac的N2端AVPI残基结构的改造,发现了很多新的抑制剂如6i和6j,其跟天然的Smac蛋白AVPI短肽相比,与BIR3的亲和力更高,但由于他们在体内易降解、利用率较低及细胞穿透力弱的特点等,使其发挥抗肿瘤的作用有限,故对其探索和筛选Smac非肽类似物,提高抗肿瘤的作用效果,将使众多科学家研究的目标。

2反义寡核苷酸(ASODN)技术

目前研究已证明,在体外XIAP反义核苷酸技术可以阻断XIAP,导致caspase激活和程序性细胞凋亡,使得肿瘤对放疗、肿瘤坏死因子相关凋亡传导配基(TRAIL)及多种化疗药物致敏,如顺铂、长春瑞滨等,在肺癌、前列腺癌等试验中发现XIAP反义寡核苷酸技术可导致XIAP蛋白表达下调,有明显的抗肿瘤的作用,诱导肿瘤细胞凋亡,增强了肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。路秀英等利用XIAPASODN技术转染喉癌Hep-2细胞后,检测到XIAP的表达明显下降,可能与XIAPASODN下调XIAPmRNA的表达有关,而XIAP的下降使得其对Caspase的抑制作用减弱,进而促进细胞的凋亡,提高化疗的敏感性。

目前应用反义寡核苷酸是19个单体组成的第二代产品能诱使mRNA被酶剪切,是XIAPmRNA的降解可达到70%,最终使XIAP表达降低,并发现其直接诱导凋亡并增加细胞对化疗的敏感性。由反义RNA载体介导的XIAP基因表达下降能够导致胃癌细胞的凋亡并且能提高胃癌细胞会化疗的敏感性。Ju-lang等发现用XIAP反义核酸重组的腺病毒转染化疗敏感株OV2008下调XIAP的水平,与对照组(转染B一半乳糖苷酶基因)相比,可明显提高细胞凋亡的比率。由加拿大Aegera公司开发的AEG35156,与细胞中mRNA形成二聚体,抑制XIAP的翻译。研究表明在H460肺癌细胞中AEG35156能直接诱导肿瘤细胞的凋亡,并能增加癌细胞对化疗药物如紫杉醇等的敏感性。

3RNA干扰技术(RNAinterfering,RNAi)

RNAi是由与靶基因序列同源的双联DNA(double-strand-edRNA,dsRNA)介导的广泛存在于生物体内的序列特异性基因转录后的沉默过程。随着RNAi技术的出现,针对XIAPm-RNA的siRNA也应用到XIAP的肿瘤研究中,XIAP-siRNA在多种肿瘤中进行了研究包括食管癌、NSCLC,证明了RNA干扰技术可以增强肿瘤对化疗药物的敏感性,并抑制肿瘤的生长,这一结果为肺腺癌的治疗提供新的思路。

利用RNA干扰技术传染肿瘤细胞后,发现可以减少XIAP的mRNA和蛋白水平的表达,使得肿瘤细胞对肿瘤坏死因子相关凋亡连接酶(TRAIL)和紫杉醇的敏感,这种对TRAIL和紫杉醇的敏感与Caspase裂解、激活和多聚酶过程中增强有关。Berezovskaya等研究发现XIAP高表达的前列腺更容易发生转移,是前列腺癌发生转移的关键分子。利用小分子干扰技术可以下调XIAP蛋白的表达,增加前列腺癌细胞的凋亡。

鲁艳明等通过针对XIAP基因的特异性SiRNA转染卵巢癌SKOV-3细胞,发现该细胞增殖周期明显减弱,细胞凋亡率增加,说明了XIAP表达的下降,抑制肿瘤细胞增殖,促进凋亡,因此特异性的抑制其表达,诱导细胞的凋亡成为肿瘤生物治疗新的靶点。

结语

XIAP基因作为IPAs家族中的成员,其独特的生物学特性,将其作为肿瘤诊断的标记物和治疗靶点的研究有着良好的应用前景。但对于靶向XIAP基因治疗肺癌,仍有很多问题困扰着研究者,反义RNA及siRNA作为基因治疗的一种手段,其转染率及安全性仍未到的很好的解决,而小分子的XIAP抑制剂,由于目前没有完全获得其活性谱,其在肿瘤治疗中的作用存在着争议,有学者认为其直接对肿瘤细胞有毒性作用,而有的学者认为其只对化疗起到曾敏作用,故对XIAP的小分子抑制剂的作用机制及应用后肿瘤细胞的XIAP是否发生突变,还需进一步研究。

总之,XIAP基因作为肿瘤治疗的靶点的研究从实验室进入临床研究阶段,对其不断深入的研究,有利于抗肿瘤药物的开发,将为肿瘤的靶向治疗,带来新的希望。

XIAP基因在肿瘤学中的探索

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