细胞周期蛋白激酶抑制因子p27与胃癌的研究进展
赵力芳（延安大学附属医院儿科陕西延安716000）
【中图分类号】R730.1【文献标识码】A【文章编号】1672-5085(2009)06-0022-03
【摘要】p27基因是一种新发现的抑癌基因，它所表达的p27蛋白在细胞周期调控中起重要作用。p27基因表达异常与胃癌发生、发展、侵袭和预后密切相关，p27可作为判断胃癌预后的独立预测因子,可能在胃癌基因治疗中发挥重要作用。
【关键词】p27细胞周期蛋白激酶抑制因子细胞周期胃癌
细胞周期是生命活动的基本过程，细胞的增殖、分化、衰老以及凋亡可以发生在它所处的细胞周期某一时相;参与细胞周期调控最重要的分子有细胞周期蛋白(cyclin)、细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）、细胞周期蛋白激酶抑制因子（CKI）三大类。p27蛋白作为一种重要的CKI，在抑制细胞增殖、刺激细胞分化、介导细胞间粘附与诱导细胞凋亡中起重要作用。p27表达异常与胃癌的发生、发展、侵袭和预后密切相关。本文就近年来p27的分子生物学研究进展及其在胃癌发生、发展、预后和治疗中的作用进行综述。
1p27概述
1.1p27基因与p27蛋白的结构特征
p27基因定位于第12号染色体短臂1区3带（12p13），含有两个有编码功能的外显子和一个无功能的外显子及一个内含子。P27蛋白为高度保守的蛋白分子，其N末端含有两个Ser磷酸化位点的69个氨基酸组成的晶体结构为其抑制功能区域，能与cyclinA-CDK2复合物结合。p27蛋白C端153-169位17个氨基酸的非典型序列组成核定位信号。p27蛋白的有序结构刚性卷曲、β-发夹和β-铰链等疏水性残基在形成cyclin-CDK2-p27三元复合物时的分子间接触中起重要作用。β-铰链在主链间形成的6个氢键及310-螺旋插入到CDK2的催化集团能稳定三元复合物的结构。Mont法模显示p27蛋白β-发夹和β-铰链二级机关形成的天然分子间界面是形成三元复合物快速动力学转变的关键[1]。Verkhivker[2]等曾通过改变退火温度研究了分子间作用对p27三元复合物结构预测的影响。
1.2生物学功能与细胞定位
P27蛋白具有多种生物学功能，主要发生于细胞核内。p27蛋白Ser10的磷酸化可能增强其稳定性并促进蛋白分子核输出从而影响其功能[3]。p27的异常定位可导致其失活及降解增加[4]。P27蛋白
能够：①结合所有类型CDK，广泛抑制各种细胞周期蛋白和CDK的活性，干预细胞周期的多个阶段，抑制细胞增殖。②促进细胞分化。Myers[5]等研究p27在肌原细胞分化中的作用表明，p27是维持细胞停滞在G0期所必需。③介导细胞间粘附。调节p27表达的信号可能通过改变细胞形状或改变细胞接受胞外信号的能力而达到调节细胞间粘附的作用。④诱导凋亡。p27作为G1/S的调控点，其活性的改变与细胞凋亡之间存在相关性。腺病毒p27基因转染某些细胞系可导致细胞凋亡[6]。p27促进细胞凋亡的功能可能与控制肿瘤的进展相关[3]。⑤改变细胞迁移能力。p27不仅参与细胞周期调控，胞质中的p27蛋白在细胞迁移调节中起重要作用。最近研究发现，stathmin能调节p27的细胞迁移功能[7]。
1.3p27与细胞周期调控
1.3.1p27蛋白具有负性调节细胞周期、抑制细胞增殖的作用在正常情况下，p27蛋白在G0G1期时表达增高，当细胞进入S期时则表达下降。p27蛋白高表达抑制细胞是一个普遍现象。p27基因转染细胞的过量表达，造成p27蛋白高度表达，可使细胞DNA合成强烈受抑，阻止其从G1期进入S期。这些均表明p27蛋白在细胞周期调控中起重要作用。
1.3.2p27通过抑制cyclin-CDK活性来调控细胞周期细胞是否由静止期重新进入细胞周期而增殖，主要取决于细胞内特异性CDKs的活性发挥，CDKs能否发挥则与其负性调节因子p27蛋白水解相关，p27蛋白通过抑制cyclin-CDK复合物的活性来抑制CDKs的活性，从而负性调节细胞周期，抑制增殖。p27对CDK的抑制作用有两方面，一方面p27能抑制已结合到cyclin并被激活的CDK活性。纯化的p27蛋白能抑制各种已激活的cyclin-CDK复合物活性，且通过抑制复合物中组蛋白H1激酶或GST-Rb融合蛋白的磷酸化而实现。另一方面p27也可以抑制CDK的激活过程，最终抑制细胞周期G1/S的转变，故目前认为p27是
一个抑制因子。
1.3.3p27作为细胞外刺激信号的潜在媒介来调节细胞周期处于G1期的细胞接受胞外刺激后，有两种结果。一是经抗增殖信号刺激使其脱离细胞周期进入静止状态(G0期)；另一个是经有丝分裂原刺激使其通过G1期到S期进入下一个细胞周期[8]。p27蛋白是细胞外刺激信号和细胞周期状态之间的潜在媒介之一，胞外刺激信号可能通过调节p27蛋白的活性来调节细胞周期。
1.4p27的降解
1.4.1蛋白酶体的作用泛素蛋白水解酶途径是p27蛋白降解的主要机制。p27蛋白水平在G1期开始即急速下降，而p27mRNA浓度在整个细胞周期都几乎恒定不变。降解p27蛋白的蛋白酶体26S是种2000kDa的三磷酸腺苷(ATP)依赖性蛋白水解复合物，其20S催化元件有三个活化酶解位点：胰蛋白酶样、糜蛋白酶样和半胱天冬酶样结构。底物20S内逐渐降解为3-25个氨基酸的多肽[9]。蛋白酶体对p27蛋白的降解速度非常快，半衰期仅2h。
1.4.2胞核内p27的降解S早期和G2期p27的降解发生在胞核内，依赖其Thr187的磷酸化。G1后期p27蛋白在cyclinE-CDK2或cyclinA-CDK2对其Thr187磷酸化后通过泛素-蛋白连接酶SCFSKP2泛素化经蛋白酶体降解，这是细胞由G1期进入S期的关键。
1.4.3胞质内p27的降解最近发现一种新的泛素-蛋白连接酶Kipl：泛素化促进复物(KPC)，它能调节p27在G1期泛素化降解[10]。p27蛋白的蛋白酶解在G1早期发生在胞质中，由KPC复合物降解，这与p27蛋白Ser10磷酸化有关。
2p27与胃癌
p27作为细胞周期的负性调控因子，被认为是一种抑癌基因。维持胃粘膜上皮细胞增殖与凋亡的平衡依靠p27蛋白的适度表达，当其表达降低或缺失时，则出现胃粘膜上皮细胞增殖失控，凋亡抑制，引起胃癌的发生、发展。
2.1p27与胃癌的发生、发展及预后胃粘膜癌前病变与p27蛋白表达降低有关，在正常胃粘膜-肠上皮化生-不典型增生-早期胃癌-进展期胃癌的发展模式中，p27蛋白表达水平逐渐降低。Shink等[11]研究发现胃癌癌旁组织的p27蛋白表达水平介于癌组织与正常组织之间，癌组织中p27蛋白表达水平显著低于正常组织。在胃癌发生发展中p27蛋白的表达水平与胃粘膜上皮细胞增殖与凋亡指数密切相关。SehwanH等报道p27蛋白低表达的胃癌其细胞增殖指数明显高于p27蛋白高表达的胃癌[12]。Ohtani等发现进展期胃癌中p27蛋白低表达组细胞凋亡指数明显低于p27蛋白高表达组[13]。以上研究提示p27蛋白低表达在胃癌发生发展过程中的致病作用可能与其导致的细胞增殖和凋亡抑制有关。
在进展期胃癌中p27蛋白的低表达与肿瘤的大小、组织病理学分级、浸润深度、淋巴结转移、临床分期、肿瘤复发及预后显著相关。Mori等研究发现p27高表达组肿瘤较小、侵袭在浆膜内，而p27低表达组则相反[14]。Yasui等[15]研究发现p27蛋白高表达者，其胃癌恶性程度低、淋巴结转移较少，且在转移灶中p27表达显著低于原发癌灶中p27蛋白的表达，结果提示p27低表达的肿瘤细胞选择性转移到淋巴结或远处器官。p27在胃癌亦是一个独立的预后指标。Mori等[14]分析了138例原发胃癌病人中p27的表达情况，其中p27低表达占62%，p27高表达占38%。p27低表达组5年生存率为18%，p27高表达组5年生存率为59%。LiuXP分析了140例胃癌患者胃粘膜的p27蛋白表达水平，发现p27蛋白高表达组5年生存率明显高于p27蛋白低表达组(P<0.05)，多变量生存分析表明p27蛋白水平是独立预后因素(P=0.006)[16]。
2.2p27与胃癌治疗鉴于p27蛋白低表达与胃癌的相关
性，国外很多学者已经着手开始研究将p27基因作为肿瘤基因治疗的靶基因应用于肿瘤的治疗中。腺病毒介导的p27过表达在多种肿瘤系与体外移植肿瘤中都可诱发生长抑制与凋亡[17]。Pate等[18]发现将表达p27-p16融合蛋白的腺病毒转染肿瘤细胞，引起明显的细胞凋亡，而转染正常细胞则不明显，而且它抗肿瘤的效应显著低于p27或p16。Graig已在实验中成功的将腺病毒载体p27（Adp27）导入MDA-MB-231和MCF-7细胞株中，并可检测到p27蛋白的表达明显增高，同时亦发现肿瘤细胞生长受到明显抑制，凋亡细胞明显增多，且发现Adp27的细胞毒性远较另一细胞周期激酶抑制剂-重组腺病毒载体WAF1(AdWAFl)所需的病毒剂量为低，这表明Adp27可作为比较理想的基因治疗的目的基因。以上表明p27基因可作为目的基因用于胃癌的基因治疗。
目前对p27和肿瘤治疗的研究主要有以下几个方面：①上调p27基因的表达诱导细胞停滞与凋亡。表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂ZT1839剂量依赖性增加p27的表达使人类食道鳞癌细胞停滞于G0-G1期，还能增加TRAIL的抗癌作用[19]。②增加增殖期细胞比例，提高细胞对化疗药物的敏感性。③增加p27的稳定性。半乳凝素(galectin)能抑制多种上皮肿瘤细胞的生长。Fischer等[20]发现半乳凝素-1能增加p27蛋白的稳定性，使p27聚集，从而抑制CDK2，细胞停滞于G1期。④通过表达p27的媒介导向细胞，诱导细胞凋亡。将腺病毒介导的外源性p27基因导入肿瘤细胞，可使外源性p27基因在这些肿瘤细胞内高表达，抑制肿瘤生长和诱发凋亡[6]。⑤构建由丙氨酸取代第187位苏氨酸的突变型p27(P27T187A)，使其对泛素化降解较野生型稳定，显示更强的G1-S期阻滞和凋亡效应[21]。
3结语
p27蛋白对于维持胃粘膜上皮细胞增殖与凋亡的平衡起着重要作用，p27蛋白的低表达与慢性胃粘膜病变、胃癌的发生发展密切相关，与胃癌的恶性程度、侵袭性、浸润深度、淋巴结转移显著相关，且是胃癌的独立预后指标，这些发现对于探讨胃癌的发病机理、及开发p27在临床的应用具有重要意义，外源性p27基因及其蛋白诱导剂在临床中的应用亦将有广阔前景。然而p27蛋白除具有目前已知的抑制细胞增殖、诱导细胞凋亡外，新近有学者发现它与细胞分化、细胞内外信号传导、实体瘤中药物耐受性、抗炎症损伤有关，它是否还有其他生物学作用，它又是通过何种途径发挥其生物学作用，尚需进一步深入研究和探讨。
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