支架蛋白IQGAP3在肿瘤中的作用及研究进展

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　　[摘要] IQGAP3是新近发现的支架蛋白家族成员之一，能与多种信号通路关键分子结合的一种骨架蛋白。通过与目的蛋白相互作用，参与信号通路的整合和细胞生物功能学的调节。近年来众多研究发现，IQGAP3可通过促进肿瘤细胞增殖，增强细胞侵袭能力，降低细胞间黏附性从而在肿瘤的发生发展中扮演重要角色。
　　[关键词] 支架蛋白家族;IQGAP3蛋白;信号通路;细胞生物学功能;肿瘤
　　[中图分类号] R730          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2019）05（b）-0023-04
　　[Abstract] IQGAP3 is a newly discovered member of the scaffold protein family. By interacting with its target proteins， IQGAP3 participates in many signaling pathways and regulation cellular function. In recent years， many studies have found that IQGAP3 plays an important role in tumorigenesis and development by promoting tumor cell proliferation， enhancing cell invasion and reducing intercellular adhesion.
　　[Key words] IQGAPs family; IQGAP3; Cell signaling; Cellular biological function; Tumor
　　IQGAPs（IQ motif containing GTPase activating proteins）是近年新發现的存在于哺乳动物的真核细胞中的一个蛋白家族，包含多个蛋白间相互作用的序列，调节不同的细胞进程，包括细胞黏附、胞外信号迁移和细胞分裂。其序列中含有类似于RasGAPs催化域的广泛序列和位于N端的4个可与钙调蛋白相互作用的IQ模体，在哺乳动物中有3个同源物IQGAP1-3。IQGAP1呈现出一种全身性地表达，是IQGAP同系物中研究最彻底的一个，其在肿瘤的发生发展过程中发挥促癌作用[1-2]，IQGAP2似乎是肿瘤抑制因子[3-4]。目前研究中发现，IQGAP3参与上皮细胞的增生，限制性地表达于肝脏、肠道及其他器官中。然而，在肿瘤发生中的作用仍不明确。IQGAP3位于lq21.3，在恶性肿瘤中是基因扩增的区域，既往研究[5]发现DNA在lq21.3扩增与胃、食管肿瘤、乳房浸润性肿瘤有关，现综述近年来IQGAP3在肿瘤发生发展中的研究进展。
　　1 IQGAP3的结构及表达定位
　　IQGAP家族共有IQGAP1、IQGAP2、IQGAP三位成员，其主要组成结构包括：Calponin同源结构域（CHD）、多聚脯氨酸结合结构域（WW）、钙调蛋白结合蛋白（IQ）和GTPase激活蛋白相关结构域（RGD）等。CHD结构域可与F-actin相结合，WW结构域可与ERK1/2相互作用，IQ能与MEK1/2、Raf、EGFR以及钙调蛋白相互作用，GTPase激活蛋白相关结构域可与Cdc42、Rac1等相互作用[6]。IQGAP3是支架蛋白家族中最新发现成员，其在人体细胞中的定位尚不清楚，在PC12大鼠嗜铬细胞瘤细胞中IQGAP3广泛分布于细胞浆[7]，而在培养的小鼠上皮细胞中IQGAP3分布于细胞与细胞的连接处。IQGAP1和IQGAP3在大鼠胚胎海马的细胞体、轴突远端和轴突生长锥中有相似的分布[7]，有文献报道IQGAP3仅特异性表达在增殖细胞[8]。
　　2 IQGAP3的功能
　　2.1 信号通路
　　2.1.1 MAPK信号通路  MAPK通路调节多种细胞过程，如分化、增殖和迁移，在肿瘤的发生发展中扮演着重要角色[9]，其中Ras-Raf-Mek细胞外信号调节激酶l和2（ERK1/2）是该信号通路中的级联信号通路，调节多种细胞功能，包括增殖、生长和衰老。IQGAP3作为一种骨架蛋白，与IQGAP1类似，通过结合B-Raf、MEK、ERK等MAPK通路中的信号分子，直接或间接影响信号级联反应[8]，siRNA介导的IQGAP3基因敲低，可抑制MAPK通路中ERK磷酸化，显著抑制Eph4乳腺上皮细胞的增殖，而且IQGAP3的外源性表达可诱导细胞增殖反应，并且这种增殖反应可被ERK抑制剂u0126所阻断[8]，因此，IQGAP3诱导的ERK激活可能在调节细胞增殖中起作用。此外，IQGAP3在表皮生长因子（EGF）介导活化的ERK1活化过程起着重要作用，当IQGAP3表达水平降低后，ERK1对EGF刺激敏感性明显减弱[10]。
　　2.1.2 Ras信号通路  RAS家族包括3个亚家族：H-Ras、K-Ras、N-Ras，其中K-Ras是突变率最高的基因，可达17%～25%，当K-Ras基因突变激活后，可引起细胞无限增殖，在肿瘤中有10%～20%的肿瘤发生发展和K-Ras基因突变异常激活相关。K-Ras基因位于12号染色体，分子量为21 kD，含189个氨基酸，具有GTP酶活性，在信号传导中起着分子开关的作用，当K-Ras基因突变激活时，引起下游信号分子的改变，从而参与肿瘤细胞的增殖和转移。IQGAP3可能通过调节K-Ras信号通路的活性，一方面通过影响其下游AKT的磷酸化，p21、p27表达下降，从而影响肿瘤细胞的增殖活动[8，11];另一方面，IQGAP3激活K-Ras信号下游的Rac和CDC42信号分子，影响肿瘤细胞的侵袭和迁移活动[5]。 　　2.1.3 TGF-β/smad信号通路  肿瘤转移涉及到一系列肿瘤行为的发生，包括上皮细胞向间质细胞转化过程（EMT）和局部侵袭、肿瘤细胞外渗以及继发部位播散细胞的生长，EMT过程被认为是肿瘤转移的关键一步[12-13]。在转化生长因子β（TGF-β）信号通路中，转化生长因子-β1受体激酶使smad2和smad3的碳端残基磷酸化，进一步与smad4形成复合物，进而复合物的核易位调节下游基因的表达，从而刺激EMT的表达[14]。基因富集分析（GSEA）显示IQGAP3的表达与TGF-β信号通路的激活呈正相关，Shi等[15]证明IQGAP3通过激活TGF-β/smad信号通路而促进肝癌细胞侵袭和转移，应用TGF-β通路抑制剂SB4315242后，IQGAP3对肝癌侵袭和转移的刺激作用减弱。
　　2.2 细胞增殖
　　近期多项研究表明IQGAP3是调节机体细胞增殖的重要分子，IQGAP3调节细胞增殖的机制是通过Ras依赖的ERK信号传导通路的激，并且是ERK依赖性增殖信号的上游调节因子，此外，Ras突变在某种程度上也有效地减少了在沉默IQGAP3的胃癌、肝癌细胞增殖[16-17]，这说明Ras是IQGAP3下游的功能影响因子。在体内实验中，Yang等[10]将携带表达IQGAP3特异性shRNA慢病毒载体的肺癌细胞注入裸鼠尾静脉，于第42天处死动物取肺组织进行分析，与对照组比较，IQGAP3基因低表达细胞在小鼠体内致瘤性较对照组降低，表现为肺体积和重量明显减轻，IQGAP3基因敲除细胞在体内的致瘤潜能降低可能是由于细胞定植或增殖受损或两者兼而有之。
　　2.3 细胞黏附
　　E-钙黏蛋白属于细胞黏附家族，是跨膜钙离子依赖的黏附蛋白，通过其同源二聚体的细胞黏附功能来保持细胞的分化和表皮细胞的极性以及正常细胞骨架结构[18-19]，因此，当E-钙黏蛋白表达水平降低时，细胞黏附结合作用丧失，使得细胞间接触松散及细胞极性紊乱[20]。Yang等[10]证明IQGAP3能与E-钙黏蛋白共同表达在细胞连接处并相互结合，共同调控细胞黏附，当下调肺癌细胞IQGAP3蛋白表达，E-钙黏蛋白表达水平升高及细胞黏附活性显著降低。
　　3 IQGAP3在肿瘤中发生发展的作用
　　3.1 IQGAP3在肿瘤组织中的表达
　　IQGAP3定位表达在1q21.3染色体上，而1q21.3是肿瘤基因扩增的热点。近年来研究发现，与正常组织相比，在胃癌[11]、肝癌[15]、胰腺癌[21]、乳腺癌[5]等多种肿瘤中IQGAP3基因处于高表达状态。在众多Western blot和免疫组化研究结果显示，IQGAP3在肺癌[10]、胆囊癌[22]、肝癌[23]等多种肿瘤中蛋白水平高表达。除了在肿瘤中表达升高外，IQGAP3的表达水平与某些肿瘤分期相关，例如在肺癌、乳腺癌中Ⅱ期比Ⅰ期增高[3]，另外，IQGAP3在前列腺癌和肾癌中Ⅲ期较Ⅱ期表达水平升高[3]。在胰腺癌患者中，IQGAP3表达水平与患者整体生存期相关，即IQGAP3表达水平越高，肿瘤患者生存期越短[21]。由此，可看出IQGAP3影响肿瘤分期及患者预后，有望成为肿瘤治疗评估及判断预后分子标志物。
　　3.2 IQGAP3对肿瘤细胞生物学功能的影响
　　IQGAP3对肿瘤细胞生物学关系密切，包括细胞的增殖、迁移及侵袭。侵袭性较强的肝癌细胞MHCC97H的IQGAP3蛋白水平高于侵袭能力相对较弱的HCCLM3細胞和正常肝细胞株LO2[15]，提高HCCLM3中的IQGAP3蛋白表达水平后，细胞增殖较对照组显著提高，低表达IQGAP3水平后细胞增殖能力受到抑制。并且提高IQGAP3蛋白表达水平后，肿瘤细胞上皮细胞间质转化标志物如E-钙黏蛋白表达降低，N-钙黏蛋白表达水平升高。同样，IQGAP3也影响其他肿瘤细胞学功能，Hu等[5]利用小干扰RNA技术降低乳腺癌细胞株BT747和ZR-30中IQGAP3蛋白表达后，细胞侵袭及迁移能力减弱。
　　3.3 IQGAP3在肿瘤中的诊断价值：
　　现有的肿瘤标志物如甲胎蛋白（AFP）、前列腺特异性抗原（PSA）、癌胚抗原等对肿瘤患者血清中的诊断敏感性和特异性有限，单项应用时可能会出现误诊，因此发现一种能在早期诊断肿瘤并指导临床治疗和评断预后因子就非常重要了。Qian等[24]收集肝癌、肝硬化及正常人血清，检测各组中血清中IQGAP3和AFP的表达水平，并评估IQGAP3在诊断小肝癌及AFP阴性肝癌的价值。结果显示，在肝癌患者的血清中，IQGAP3的表达与肝硬化和健康对照组相比较明显升高，且IQGAP3蛋白水平与肝癌患者的病因、肿瘤大小、TNM分期和Child Pugh分级有关，在IQGAP3蛋白可以用来诊断AFP阴性的肝癌，其敏感性和特异性分别为81.6%、71.6%。在小肝癌组，IQGAP3蛋白的敏感性是75.3%，其诊断能力较单独应用AFP的曲线下面积0.815明显增加（P < 0.01）。因此，QGAP3可以作为肝癌的诊断因子，尤其是在AFP阴性肝癌和小肝癌。此外，有研究[25]显示尿中IQGAP3游离核酸水平是诊断膀胱癌的一个有价值的指标，因此IQGAP3尿液中游离核酸分子水平可作为鉴别膀胱癌患者与非癌症血尿患者的一种合适的无创诊断工具。
　　4 小结
　　许多由IQGAP3介导参与的细胞生物学活动都与肿瘤的发生发展密切相关，且其表达水平对诊断和评估肿瘤患者的预后有重大意义。IQGAP3作为癌基因普遍高表达于多种肿瘤，它与结合分子Cdc42、E-cadherin、β-catenin及MAPK信号通路成员等的相互作用对肿瘤的生长和侵袭转移有重要影响。因此，通过生物学技术干预IQGAP3的表达水平发挥临床治疗作用在理论上是可行的，有望成为新型肿瘤治疗靶点。
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　　（收稿日期：2018-10-18  本文編辑：苏   畅）
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