Rab 蛋白在腫瘤發生發展中的作用

夏曉潔，季斌

(南通大學醫學院，江蘇 南通 226000)

Rab 蛋白在腫瘤發生發展中的作用

夏曉潔，季斌

(南通大學醫學院，江蘇 南通 226000)

Rab蛋白屬于小G蛋白，是Ras超家族中的成員，目前已發現70余種。它們特異性地定位于亞細胞器中并且對胞內蛋白質的囊泡轉運起著重要作用?？焖俚膯慰寺⌒栽鲋撑c血管淋巴結轉移是惡性腫瘤難以控制的生物學因素，與腫瘤患者的預后息息相關。目前的研究已發現許多Rab蛋白在癌細胞中表達失調并且影響了癌細胞的增殖，轉移能力，降低了患者的生存預后。因此本文就 Rab蛋白在腫瘤發生發展中的研究進展做一綜述。

Rab蛋白；腫瘤；增殖；轉移；預后

細胞生命活動包括能量轉換、信號識別、物質運輸等基本生命過程，這些都離不開蛋白質的參與。目前研究表明，Rab蛋白是介導細胞內物質運輸的核心成員，維持細胞內膜的動態穩定，已經發現70余種。Rab蛋白主要以無活性GDP結合形式或活性膜相關的GTP結合形式存在。當處于GTP結合形式時，Rab蛋白招募囊泡運輸相關的效應蛋白，沿著微絲或肌動蛋白絲運輸，與亞細胞器受體結合后完成蛋白轉運過程[1]。腫瘤是在遺傳及環境因素作用下，由于細胞內原癌基因及抑癌基因的失衡，導致一些基因組蛋白異常表達所致的疾病。RAS基因是于1982年在人類膀胱癌細胞中分裂出的第1個原癌基因。RAS基因在正常情況下廣泛參與細胞的生長、分化，被激活后就具有致癌性[2]。Rab蛋白作為RAS蛋白家族的成員之一，是細胞內囊泡運輸的關鍵調控者。修飾突變后的Rab蛋白導致了細胞內物質運輸網絡的失調，此過程與腫瘤發生息息相關。同時，越來越多的研究已發現，Rab蛋白在許多癌細胞中異常表達并且在促進腫瘤的發生發展中具有越來越重要的作用[3]。

1 Rab蛋白

1.1 Rab蛋白的分子結構 Rab蛋白是小GTP酶，幾乎存在于所有真核細胞內與膜相關的細胞器中。Rab基因的CDS長度一般小于600個堿基對，其在進化上較為保守，于不同物種之間保持了55%～75%的同源性。Rab蛋白約由200個氨基酸組成，其相對分子量為20 000～30 000，由高度保守的G結構域和多變的N端和C端組成。G結構域有與Mg2+相連的5個螺旋和6個折疊及5個多肽環。其中，6個折疊共同形成了疏水的核，5個多肽環中有與分子開關GTP/GDP相互作用的區域，即分子開關區域，包括分子開關I和分子開關II。Rab蛋白的 C端由C、CC、CXC或CXXX模體構成，該模體中的半胱氨酸被異戊二烯化修飾后變為一種膜定位信號。Rab蛋白分子中的N端可能與C端半胱氨酸的異戊二烯化修飾相關。研究表明,G結構域和N端及C端尤其是C端區域是Rab蛋白功能的主要決定者[4]。Rab蛋白的C末端大約是由30個氨基酸殘基組成的在分子序列及長度上都不一的區域。它的首端通常以蛋白α-螺旋結構作為起始，以C區域的末端蛋白結尾。Rab蛋白此高度可變C端區域含有許多脯氨酸及甘氨酸殘基，具有高度延展性，為與之結合的膜蛋白提供連接紐帶。C端區域能與GDP解離抑制劑(GDI)和Rab運輸蛋白(REP)非特異性的結合，其他蛋白則是通過非高度可變區識別Rab蛋白[5]。

1.2 Rab蛋白的分子作用機制 囊泡運輸包括包吞和包吐兩個過程，此過程是由Rab蛋白介導的主動轉運過程。首先，Rab伴侶蛋白(REP)捕獲新合成的Rab蛋白，geranyl轉換酶異戊二烯化新合成的Rab蛋白，使Rab蛋白具有疏水性，能可逆的與胞膜連接。在與GTP結合后，Rab蛋白處于激活狀態。激活的Rab-GTP能夠募集一些特定的效應分子，其中與微管及肌動蛋白相關的馬達分子能夠調節囊泡的轉運[6]。Rab結合的GTP在GTP酶及GTP酶激活蛋白的催化下轉變成與GDP結合的失活狀態。此時，Rab GDP解離抑制劑(GDI)與失活的Rab蛋白緊密結合，抑制GDP從Rab上釋放從而穩定失活狀態的Rab蛋白。隨后Rab GDI調控與GDP連接的Rab蛋白，使其與靶膜上的受體結合完成物質的靶向運輸。與GDP連接的Rab蛋白也能夠在膜上GDI置換因子(GDF)的作用下使Rab蛋白與GDI解離，然后催化Rab蛋白與毗鄰的膜融合。一旦Rab蛋白定位于質膜上，則立即被特殊的鳥嘌呤核苷酸置換因子GEF激活，待與特定的效應因子結合后進行新一輪的物質運輸[7]。Rab蛋白的表達突變改變了其與效應分子之間相互作用的效率，使物質運輸網絡失調，從而引起腫瘤的發生。

2 Rab蛋白在腫瘤中的作用

2.1 對腫瘤細胞遷移與侵襲的影響 上皮細胞-間充質轉化(EMT)是指上皮細胞轉化為具有間質表型的細胞生物學過程,細胞發生EMT后與周圍細胞的連接能力降低。細胞外基質金屬蛋白酶(MMP)的分泌有助于細胞裂解基底膜遷移到遠處組織器官。研究發現，乳腺癌細胞中Rab8和Rab7有助于MT1-MMP(膜1型MMP)的分泌，Rab7的顯性失活損害了乳腺癌細胞遷移和侵襲能力[8]。在雌激素受體表達陽性乳腺癌細胞中，Rab27b通過促進Hsp90α的分泌活化胞外MMP2促進癌細胞淋巴結的轉移[9]。Rab27a高表達于發生淋巴結轉移的原發性肝癌及乳腺癌細胞中，在裸鼠實驗中發現乳腺癌細胞轉移的同時伴隨著MMP9的分泌[10]。Rab27b在高級別的膠質瘤細胞中表達明顯增加，高表達Rab27b的膠質瘤細胞通過促進MMP9的表達促進了膠質瘤細胞的侵襲[11]。Rab5與胞膜上的整合素相互作用促進膜內骨架蛋白形成細胞偽足，同時腫瘤細胞提高MMP9、MMP2等分子的分泌，加快細胞外基質的溶解，腫瘤細胞的擴散加快[12]。腫瘤微環境中的基質細胞能夠創造有利于癌癥發展的細胞外基質，這個過程不可或缺的是與癌癥相關的成纖維細胞(CAF)。Rab21通過CAF形成的基質膠原纖維收縮促進侵襲性鱗狀細胞轉移[13]。細胞之間、細胞與基質間通過各種粘附分子及半橋粒等微小結構緊密連接。乳腺癌組織中高表達的Rab31降低了細胞之間連接蛋白如鈣黏素、整合素等的表達，使細胞之間、細胞與胞外基質之間連接的緊密度降低，癌細胞易從原組織轉移[14]。Rab25在卵巢癌細胞中與胞內氯化物通道蛋白3(CLIC3)結合，通過整合素α5β1與Rab偶聯蛋白相互作用激活下游生長因子信號Akt，從而驅動細胞在三維環境中遷移[15]。干擾黑素瘤細胞中Rab27a表達抑制了腫瘤生長和肺轉移；Rab25在食管鱗癌中過表達，癌細胞的遷移能力增加[16]。與其他Rab蛋白不同，干擾了前列腺癌細胞中Rab7的表達，癌細胞的遷移能力反而增加[17]。乳腺癌細胞中Rab35被Wnt信號通路激活后，細胞中骨架蛋白重組形成細胞偽足促進遷移；干擾乳腺腫瘤細胞中Rab35的表達后，細胞的遷移能力明顯降低。然而在腦腫瘤中Rab35的高表達反而降低了腫瘤細胞的遷移能力[18]。

2.2 對腫瘤細胞增殖的影響 Rab25在乳腺癌及卵巢癌組織中的表達相對于正常乳腺組織分別增長了67%及80%。體外實驗表明，過表達的Rab25不僅提高了癌細胞的增殖能力還提高了對抗癌藥物的抵抗力。過表達卵巢癌細胞中Rab25后，誘導細胞凋亡的Bax及Bak蛋白表達明顯降低，磷酸化的Akt水平增加，細胞的增殖水平增加；相反，干擾Rab25的表達，Akt的磷酸化能力降低，細胞的增殖能力下降[19]。相似的，在腎癌細胞中，干擾Rab35的表達，細胞內Akt的磷酸化水平被抑制；過表達Rab35，細胞內Akt磷酸化水平明顯增加。研究發現，當腫瘤細胞膜上血小板源性生長因子受體(PDGFRα)接受胞外信號后，Rab35通過與PI3Kα相互作用激活下游akt分子抑制腫瘤細胞的凋亡[20]。Bax蛋白可誘導哺乳動物細胞的凋亡，肝癌細胞中Rab31的過表達下調了Bax蛋白，促進了腫瘤細胞中Bcl-2和PI3K的表達，提高Akt的磷酸化水平，進而使肝癌細胞抗凋亡能力提高；干擾Rab31的表達則增加了Bax蛋白的表達，肝癌細胞的增殖能力降低[21]。Wnt信號通路及細胞周期蛋白與細胞的分裂增殖密切相關。膠質瘤細胞中Rab3a的表達使細胞內的細胞周期蛋白D1表達增加，膠質瘤細胞在培養基中快速增殖形成腫瘤細胞團，同時膠質瘤對抗癌藥物的耐受性增加[22]。也有研究表明，Rab27a在膠質瘤細胞中的高表達提高了膠質瘤細胞的抗凋亡及分裂增殖的能力[23]。胰腺癌中Rab11a的表達與細胞的增殖能力呈正相關，Rab11 a通過磷酸化GSK3β激活Wnt信號通路促進細胞周期蛋白D1、E的表達，提高胰腺癌細胞的增殖能力[24]。Rab14在卵巢癌細胞中通過激活Wnt信號通路促進癌細胞增殖[25]。干擾結直腸癌細胞中Rab27a的表達，細胞的分裂周期被抑制[26]。干擾結直腸癌和胃癌細胞中Rab22a的表達，癌細胞的增殖能力和對化療的敏感性都明顯提高[27]。干擾腎臟腫瘤細胞中Rab25的表達和非小細胞肺癌中Rab18的表達后，瘤細胞的增殖能力明顯減弱[28-29]。

2.3 對腫瘤患者預后的影響 當前惡性腫瘤是威肋人們健康和死亡的主要原因之一。腫瘤治療的方法主要有傳統的放化療及現在的新型生物靶向治療。目前的靶向治療主要包括EGFR表皮增長因子抑制劑、Bcr-Abl酪氨酸激酶抑制劑、血管內皮生長因子受體抑制劑、mTOR激酶抑制劑、抗CD20的單抗等[30]。研究已發現，Rab蛋白與腫瘤的發展及預后有不可分割的聯系。通過對口腔鱗癌10年的觀察研究，我們發現在鱗癌細胞中高表達Rab5、Rab7、Rab11伴隨著患者臨床預后差，提示我們這些分子也許能成為惡性口腔鱗癌的分子標志物[31]。干擾蛋白miR-200b能同時干擾Rab21、Rab23、Rab18、Rab3b的表達，降低它們在乳腺癌中的表達。低表達的Rab21、Rab23、Rab18、Rab3b能夠抑制乳腺癌細胞的增殖，降低乳腺癌的惡性程度，促進乳腺癌患者的生存與康復[32]。鼻咽癌是通過放療能達到良好預后的腫瘤。干擾了鼻咽癌細胞中Rab14的表達提高了癌細胞對放療的敏感性，提高了鼻咽癌的治愈率[33]。在膠質瘤細胞中，RAB38和RAB34的表達與患者的生存預后呈負相關，表達越高，患者的生存預后越差[34]。在肝癌組織中，Rab27促進腫瘤細胞表達膜表面胰島素樣生長因子受體，同時促進基質金屬蛋白酶MMP2的分泌，肝癌的惡性水平增加，較早進行淋巴結轉移，使患者的生存預后明顯變差[35]。在結直腸癌細胞中Rab27的表達較正常組織增加，增加的Rab27伴隨著癌細胞較多的淋巴結轉移，患者的復發率增加，生存率明顯降低[36]。Rab3D也是Rab蛋白家族中的一員，它在肝癌，肺癌中的表達高于正常組織。最新研究表明，在32例臨床結直腸癌組織中，Rab3D通過激活腫瘤細胞Akt/GSK3β/Snail信號轉導途徑，誘導細胞上皮間質轉化，使結直腸癌患者的整體預后水平下降，這也提示了它可能成為反映腸癌組織預后的一個標記分子[37]。不健康的生活方式譬如高糖高脂飲食必然促進了癌癥的發病率，已有研究表明，少數Rab蛋白(Rab1，Rab5，Rab7，Rab8a，Rab18)參與了脂滴的囊泡轉運，通過調節脂肪的生成及脂解影響人類的健康水平[38]。

3 展 望

越來越多的研究數據證明，Rab蛋白作為Ras家族中的一員與腫瘤的發生發展密切相關。Rab蛋白在肝癌、肺癌、食管癌、乳腺癌、膠質瘤等癌癥中的表達較正常組織明顯增高，且多數促進了腫瘤的發生發展。但是也有個別Rab蛋白如上述Rab35對乳腺癌的發展起促進作用卻在腦部腫瘤起抑制作用。因此，不是所有Rab蛋白對腫瘤的影響都是促進的，一些Rab蛋白在不同癌癥中有相反作用，這需要我們進一步的研究探索。雖然Rab蛋白的功能研究取得了一定的進展，但Rab蛋白在腫瘤細胞中的具體信號通路有待更深入的研究?？傊?，癌細胞中失調的囊泡運輸系統與癌癥的發生息息相關，我們相信，Rab蛋白有可能成為腫瘤的分子生物靶點，為治療腫瘤提供新的有效方案。

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Research progress of rab protein in the development of tumorigenesis.

XIA Xiao-jie,JI Bin.School of Medicine Sciences,Nantong University,Nantong 226000,Jiangsu,CHINA

Rab protein belongs to the small G protein,is a member of the Ras super family,now has found more than seventy species.They are specifically localized in subcellular organelles and play an important role in vesicle transport of intracellular proteins.Rapid monoclonal proliferation and blood vessels,lymph node metastasis are the biological factors of malignant tumors that is difficult to control and closely related to the prognosis of cancer patients.The current study has found that many Rab proteins have disorder expression in tumor cell and affect the proliferation and metastasis ability of cancer cells,reducing the survival prognosis of patients.In this paper,the research progress of Rab protein in cancer were reviewed.

Rab GTPases;Tumor;Proliferation;Migration;Prognosis

R730.2

A

1003—6350（2017）20—3368—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.20.032

夏曉潔。E-mail：1162543621@qq.com

2017-03-18)