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首页医源资料库在线期刊中华现代外科学杂志2011年第8卷第2期

c-Fos在胰腺癌靶向分子转移中的作用

来源:中华现代外科学杂志
摘要:【摘要】c-Fos是一种具有潜在转活区域的重要的致癌因子,可以调节肿瘤细胞的侵袭性生长。c-Jun蛋白和c-Fos蛋白组成异源二聚体复合物-活化蛋白转录因子AP-1。Ap-1是细胞核内重要的转录因子,细胞的外界刺激信号从上游的信号通路传递至AP-1,并激活AP-1的功能,进而调节其下游一系列基因启动子区域中含有AP-1结合位......

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【摘要】  c-Fos是一种具有潜在转活区域的重要的致癌因子,可以调节肿瘤细胞的侵袭性生长。c-Jun 蛋白和c-Fos 蛋白组成异源二聚体复合物-活化蛋白转录因子AP-1。Ap-1 是细胞核内重要的转录因子,细胞的外界刺激信号从上游的信号通路传递至AP-1 ,并激活AP-1的功能,进而调节其下游一系列基因启动子区域中含有AP-1结合位点靶基因的转录表达。AP-1在人肿瘤细胞中高度表达,且在肿瘤侵袭及转移中发挥重要作用;通过MAPK信号传导通路活化,调节胰腺癌细胞的侵袭和转移。AP-1调控的基因在侵袭转移过程中诱导MMPs表达,MMP-7与胰腺癌的侵袭转移机制密切相关。

【关键词】  c-Fos;c-Jun;AP-1;MMP-7;肿瘤;侵袭;转移

 c-Fos是一种具有潜在转活区域的重要的致癌因子,c-Fos不能自身形成纯和二聚体,只能与c-Jun形成异源二聚体复合物-活化蛋白转录因子-1(activator protein transcription factor-1,AP-1)。AP-1是一种包含Fos和Jun杂合二聚体的转录因子复合物,在基因的启动子区域结合固定的DNA序列。AP-1在胰腺肿瘤细胞中高度表达,并且在肿瘤侵袭及转移中发挥重要作用。但是,AP-1在胰腺癌中研究的较少。最近的研究发现,胰腺癌细胞中AP-1结合活性和AP-1/DNA复合物(c-Jun, JunD, Fra1 and Fra2)高水平表达。

  MEK2是MAPKs信号转导通路起中枢作用的酶之一,在MAPKs信号转导通路中,ERK是MEK2的下游激酶,包括EKR1和EKR2两种亚型。AP-1调控的基因在侵袭转移过程中诱导基质金属蛋白酶(matrix metalloproteases,MMPs)表达,MMPs不仅在细胞外基质的降解中起重要的作用,而且在侵袭和细胞运动中发挥重要作用。MMPs在血管发生和肿瘤细胞进入血液的过程是必需物质。MMP-7与胰腺癌的侵袭转移机制密切相关,已经被证实在肿瘤的侵袭和转移中发挥重要作用。

  1 c-Fos的基因结构

  人c-Fos基因定位于染色体14q23.4 , 基因DNA长约3565bp ,含有4个外显子,mRNA转录本长2084nt ,蛋白产物由380 个氨基酸残基组成。c-Fos必须与c-Jun形成异源二聚体组成AP-1转录因子,后者整合由上游传来的信号,把外界的刺激转变为细胞内启动子或增强子有AP-1 结合位点的特定基因表达。c-Jun 和c-Fos 家族蛋白形成的异源二聚体复合物能够与DNA 的5′- TGA GTCA-3′元件结合,调控多种基因的表达[1]。c-fos(mRNA)可以通过两种不同的途径调控,利用miR7B降低c-fos翻译表达;抑制c-fos在细胞核附近翻译的区域145bp区域[2]。

  2 c-Fos基因家族

  Fos 家族除c-Fos 外还包括FosB、fra-1和fra-2,以及变异的FosB2和delta FosB2。Fos家族成员不能形成同源二聚体,只能和Jun 家族成员形成同源二聚体。第一个被发现的AP-1蛋白(c-Fos和c-Jun)存在于鼠纤维母细胞中[3]。FosB 基因最初从环己酰亚胺和植物凝集素诱导培养的人血液淋巴细胞中被发现,命名为Gos3 ,定位在人染色体19q13.3。FosB基因的蛋白产物除全长的FosB外,还有一个在C端比FosB短101个氨基酸残基的delta FosB蛋白,后者具有FosB的二聚化和DNA结合的活性,而且可以阻止c-Fos 启动子的启动转录功能。delta FosB 不仅能抑制Jun 或JunPFos 的转录激活作用,还可以抑制FosB 或c-Fos 对c-Fos 启动子的阻遏作用,这可能是由于delta FosB 和全长FosB 竞争性地结合Jun 的二聚化位点所致,delta FosB 在激活状态下的细胞中可能具有限制Jun和Fos功能的作用[1,4]。

  3 AP-1转录因子及其信号转导通路

  AP-1是一种包含Fos和Jun杂合二聚体的转录因子复合物,在基因的启动子区域结合固定的DNA序列。每个家族的原型首先被认定为细胞内同系物:c-Fos and c-Jun,逆转录病毒的v-Fos and v-Jun,在AP-1的转化中起至关重要的作用[5]。AP-1是哺乳动物中第一个被发现的位于细胞核的转录因子, 通过亮氨酸拉链与DNA结合,调控细胞的生长过程,包括细胞增殖、死亡、存活及分化,生理刺激和生存环境损伤能够诱导AP-1活化,活化的AP-1能调控多种基因的表达[6]。AP-1在恶性侵袭过程中发挥很重要的作用,AP-1水平的升高能够增加靶基因表达的活性[7]。AP-1调控肿瘤中多种基因的表达。然而,AP-1在胰腺癌中研究的较少。c-Fos是一个65kDa大的核磷酸蛋白,组成包括N端和C端转活区域(TA)和转抑区域(TR)以及一个中枢bZIP区域。

  最近的研究发现,胰腺癌细胞中AP-1结合活性和AP-1/DNA复合物(c-Jun, JunD, Fra1, and Fra2)高水平表达。瞬时转染分析证实AP-1具有功能性,能转活其靶基因。此外,c-Jun转活突变会抑制贴壁和非贴壁细胞的增殖,说明AP-1在胰腺癌细胞中起非常重要的作用[8]。调节AP-1的活性对于细胞分裂的命运起决定性作用,而且发生在包括二聚体形成、转录及后修饰等多种不同水平[9]。AP-1可以在生长因子、细胞因子、神经递质、多肽类激素、细胞质相互接触、细菌病毒感染和物理化学应力作用下活化;这些刺激因素通过磷酸化某些特殊物质活化丝裂原活化蛋白激酶-MAPK。纤溶酶因子和生长因子通过激活MAPKs的亚型-细胞外信号调控激酶(ERK)活化AP-1,并且转移到细胞核附近磷酸化,给予与Fos启动子结合的三元复合物因子(TCFs)转录活性[6~8]。MAPK磷酸化能影响蛋白的稳定性,明显诱导转录因子活化。FOS通过ERKs和其影响因子P90RSK在两个C端磷酸化来稳定蛋白。 MEK2是MAPKs信号转导通路起中枢作用的酶中之一。在MAPKs信号转导通路中,ERK1/2是MEK2的下游激酶,包括EKR1和EKR2两种亚型。通过MEK2的序列磷酸化活化ERK1/2,后者可以进入细胞核诱导不同基因表达,进而调控细胞增殖、分化,细胞运动和凋亡[10]。ERK1/2的活化与c-FOS的表达是同步的。c-FOS蛋白的起始诱导需要ERK1/2依赖性的c-fos转录活化和新蛋白形成,在持续的刺激下c-Fos的永久积累不会发生。事实上,依赖于ERK1/2活化,c-FOS通过蛋白体酶途径避免降解,进而保持高度磷酸化的形态。整个来说,发现ERK1/2序列调控AP-1,稳定新鲜合成的c-FOS蛋白能够有效地活化AP-1调控的基因[11]。

  4 AP-1在肿瘤细胞中侵袭和转移的作用

  转移过程主要取决于细胞从原发肿瘤迁移到血管和淋巴系统的能力,从而分散在远处,在一个微环境内二次生长。所有这些过程的关键在于肿瘤细胞突破基底膜和通过三维空间接触宿主组织的能力[12]。侵袭本身有其必要过程,包括细胞之间的改变和细胞与细胞外基质的联系,细胞形态和细胞骨架的蛋白水解能力[13]。在这些过程中,靶细胞被刺激后侵袭主要通过多种细胞外信号传导途径,包括:细胞外基质、水溶生长因子和化学因子[12]。原癌基因转化的生长因子信号传导途径,比如ras , raf and mek,能够使AP-1蛋白表达大幅度提高。在很多研究中发现AP-1调控的基因在转移侵袭过程中发挥很重要的作用。首先,可诱导MMP(间质金属蛋白酶)在启动子区66到72位置分享一个固定AP-1结合点,进而对外来刺激产生基础表达和反应。MMPs是锌依赖的蛋白激酶家族的一员,能够降低几乎所有细胞外基质组件。大量的体内实验证实MMPs在原发肿瘤和肿瘤转移中促进和维持肿瘤生长[14]。在许多侵袭肿瘤中MMPs高表达,MMP活性的抑制可以降低侵袭。在体内研究中AP-1调节MMPs的表达。在肿瘤中AP-1调控MMP的表达表明AP-1在肿瘤细胞的侵袭中起直接作用。其次,改变AP-1构成的蛋白的表达也会影响细胞的侵袭。提高AP-1构成蛋白的表达和AP-1的活性能增强细胞的侵袭。通过原癌形态的Fos or Jun蛋白转变的细胞是具有侵袭性的。例如,正常的兔纤维母细胞是没有侵袭性的,但是在暴露于EGF和 PDGF这样的生长因子能够诱导其产生侵袭性。抑制AP-1结构蛋白和AP-1的活性能降低细胞的侵袭性[15]。

  5 AP-1在胰腺癌分子转移中的作用

  AP-1复合物(包含c-JUN纯和二聚体或c-FOS和c-JUN的杂合二聚体),能诱导MMP-7基因的转录,从而导致产生前MMP-7产物的基因转录,使产物的一部分释放到培养基内[14]。另外,在胃癌的细胞核提取物中,结合于固定的AP-1顺式元件的c-Fos明显增高,AGS细胞和MMP-7不转染大细胞共同转染[16]。MMPs在侵袭肿瘤中高度表达,抑制MMP活性可以降低侵袭。MMPs不仅在ECM的降解中起重要的作用,而且在侵袭和细胞运动中发挥重要作用[14]。位于72至66区域的AP-1在MMP-1的基因表达中发挥很重要的作用,能够大幅度降低MMP-1启动子的活性及对于外界刺激的反应性。在兔MMP-1的启动子的研究发现,AP-1包含fos和jun蛋白。一些共转染的研究表明fos和jun蛋白能增强MMP-1启动子的活性。此外,c-jun和jun-B mRNA通过多种 外界的刺激诱导MMP-1基因表达。C-Jun在MMP-1基因表达中起独立的活化作用,同时通过jun-B转活MMP-1启动子[17]。MMP-1在胰腺癌预后不良中关系密切。在胰腺癌细胞系中MMP-1组成机制的研究,用两个MMP-1启动子(全长4.4kb或远端0.6kb区域),高水平转录的胰腺癌细胞与非MMP-1产物的细胞作对照。0.6kb长度启动子区域的MMP-1基因含有三个活化AP-1的靶点,并且通过电泳迁移率变动分析(EMSAs)检测到AP-1强烈的活性。c-Jun和磷酸化的ATF-2在细胞系中也可以检测到。启动子的活性、AP-1的结合活性和MMP-1的产物可被JNK或者MEK的抑制物所抑制。K-ras的突变可以在三种细胞系中活化JNK and ERK信号传导途径。综合以上,笔者发现活化JNK/AP-1或者ERK/AP-1信号传导途径对于MMP-1在肿瘤细胞内的转活起关键作用,而且在胰腺癌的侵袭转移中也发挥重要的作用[18]。相对于MMP-1,MMP-7有一些特性与MMPs家族的其他成员不同,比如,MMP-7具有广泛的蛋白水解能力对抗大量的细胞外基质底物;在家族中是分子量最小;具有触发癌组织中MMPs级联活性的能力[14]。MMP-7已经被证实在肿瘤的侵袭和转移中发挥重要作用。Western blotting、侵袭及免疫组化在胰腺癌细胞中被用于解离型细胞(PC-1.0和AsPC-1)和非解离型细胞(PC-1和Capan-2)。活化的MMP-7蛋白只在PC-1.0和AsPC-1细胞中检测到,在PC-1和Capan-2细胞中不能检测出来[19,20]。MMP-7治疗能够显著增加胰腺癌细胞的侵袭性。MMP-7在蛋白激酶中起到很重要的作用,在胃肠道肿瘤的起始和生长也起到重要的作用。另外,MMP-7相比于其他的MMP家族成员,在胰腺癌的肿瘤侵袭、淋巴结和远处转移及肿瘤发展阶段发挥更重要的作用。通过诱导细胞分离,MMP-7与胰腺癌的侵袭转移机制密切相关[20]。

  总之,AP-1能调控细胞的生长过程,包括细胞增殖、死亡、存活及分化。AP-1调控肿瘤中多种基因的表达,在恶性侵袭过程中发挥很重要的作用,其水平的升高能够增加靶基因表达的活性。AP-1调控的MMP-1和MMP-7能使胰腺癌肿瘤分子分离转移。而作为其组成所必需的c-Fos在胰腺癌的分子转移侵袭机制中发挥重要的作用。

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作者: 吴 鑫1, 侯渊涛1,王宝胜2△(导师) 2011-6-29
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