野生型p53誘導的磷酸酶1在常見慢性疾病中的作用及相關分子生物學機制

陸倩茹，孫雄山，楊永健

(1中國人民解放軍西部戰區總醫院心血管內科，成都 610083；2西南交通大學醫學院，成都 610031)

野生型p53誘導的磷酸酶1(wild-type p53 induced phosphatase 1，Wip1)屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶，是2C型蛋白磷酸酶家族成員。Wip1蛋白由PPM1D基因編碼，該基因位于人類染色體17q23及小鼠11號染色體，其活性依賴于二價陽離子Mg2+/Mn2+[1]。Wip1最早是在機體遭受電離輻射后，作為p53的靶基因參與應答被發現[2]。隨著研究范圍的擴展，研究人員發現多種應激狀態均可誘導Wip1的表達[3]。多種刺激因子(如血小板源性生長因子等)誘導產生的Wip1可直接與相關信號通路中的關鍵信號分子結合并使其去磷酸化，從而在細胞增殖、遷移及凋亡，細胞周期停滯和DNA損傷修復中發揮作用，對機體免疫功能、衰老及炎癥等進行調控[4,5]。本文將對Wip1在腫瘤、造血干細胞穩態、神經發生及心血管疾病等常見慢性疾病中的作用及相關分子生物學機制進行綜述。

1 Wip1在腫瘤發生中的作用

腫瘤作為威脅人類健康的首要疾病，近年來對其作用機制的研究不斷深入。機體在各種因素的刺激下，會引起DNA損傷。部分學說認為細胞在進化中逐步形成一個DNA損傷反應系統，主要包括細胞周期檢查點、衰老和凋亡[6]。若該系統不能修復損傷的DNA，則可能造成基因突變和染色體重排或丟失，從而誘發腫瘤[7]。早期研究證實Wip1是一種原癌基因，通過抑制DNA損傷反應系統，在多種類型的人類腫瘤發生、進展、治療和預后中發揮重要作用[8]。有研究表明，Wip1通過去磷酸化DNA損傷反應系統中的幾種關鍵蛋白，包括腫瘤抑制蛋白p53、共濟失調毛細血管擴張突變(ataxia telangiectasia mutation，ATM)、細胞周期檢測點激酶1(cell cycle checkpoint kinase 1，Chk1)、Chk2、鼠雙微體蛋白2(murine double minute 2，MDM2)及 p38絲裂素活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK)等，形成負反饋循環，從而抑制細胞周期阻滯及凋亡，促進腫瘤形成[ 9-11]。在這些循環中，Wip1對p53的負性調控最為重要[12]。p53是一種重要的抑癌基因，Wip1不僅能直接去磷酸化p53蛋白，還可通過p38MAPK和MDM2間接滅活p53蛋白，從而減弱其功能[3,9]。此外，Wip1對p53發生作用所導致的有絲分裂重新啟動和不受控制的多倍體復制，也可能是腫瘤進展的潛在機制[12]。

近期研究發現，Wip1在多種腫瘤中過度表達。與非癌組織相比，Wip1在肝細胞癌組織中過表達，高水平的Wip1表達與更晚期的腫瘤淋巴結轉移有關，且是其顯著的獨立預后因素[13]。Wip1-p53及Wip1-MDM2-p53信號通路在神經母細胞瘤的發生過程中發揮重要作用，促使腫瘤進展到更晚期階段，導致化療耐藥和預后不良[14，15]。此外，Buss等[16]研究表明，Wip1表達上調與髓母細胞瘤預后不良有關。Sun等[17]研究發現，Wip1對鼻咽癌有致瘤作用，Wip1的高表達會導致更具侵襲性的分級、遠處轉移和不良預后。以上研究表明Wip1在腫瘤發生、遷移及侵襲中發揮重要作用。Wip1表達水平可預示疾病預后，或可成為潛在的腫瘤標志物、治療靶點和預后指標。

2 Wip1在造血干細胞穩態中的作用

造血干細胞(hematopoietic stem cells，HSC)是一種多能細胞，由長期造血干細胞(long-term hematopoietic stem cells，LT-HSC)和短期造血干細胞(short-term hematopoietic stem cells，ST-HSC)組成。ST-HSC為LT-HSC不對稱分裂后產生的早期前體細胞[18]。有研究發現，Wip1在LT-HSC中的表達水平高于其在ST-HSC中的表達水平，且Wip1在LT-HSC中的表達量隨著年齡增長而逐漸降低。此外，一項競爭性移植試驗發現，接受Wip1-/-HSC移植小鼠骨髓中移植HSC的再生能力明顯降低，其分化為造血祖細胞的比例也進一步降低，表明Wip1可能參與了造血干細胞的分化和活性的調節[19]。有動物實驗表明，Wip1可調節多能HSC早期階段的分化和活性。Wip1-/-小鼠出現早衰的表型，進一步研究發現Wip1-/-小鼠的HSC亦有早衰的現象，表現為髓系HSC的數量增加、造血分化偏斜和再增殖能力受損[20]。最新研究發現，在順鉑治療后的急性髓系白血病和骨髓增生異常綜合征患者中，HSC介導的異常細胞增殖與Wip1突變相關。Hsu等[21]的體外實驗發現，Wip1突變細胞經順鉑篩選具有生長優勢，通過抵抗藥物誘導的細胞凋亡，提高突變HSC細胞存活率，產生克隆性造血。另有文獻稱，Wip1突變在化療后賦予造血細胞選擇性優勢和化療抗性，并指出Wip1通過抑制DNA損傷反應系統所導致的細胞凋亡減少、細胞周期改變和線粒體功能受損等，可能是產生耐藥表型的原因[22]。以上研究揭示Wip1在調節HSC功能活性和分化中具有重要作用。在生理條件下，Wip1的活性致力于維持HSC的靜止狀態，促進HSC的分化；而Wip1缺乏會導致HSC過早衰老，并伴隨著較高的自我增殖率和較低的分化能力，導致骨髓細胞的再生能力降低。在血液系統腫瘤中，Wip1突變引起的HSC的生長優勢和化療抗性，會加速疾病進展。

3 Wip1在神經發生中的作用

眾所周知，神經系統對高級生物的生理功能活動起主導作用。作為神經系統最基本的結構和功能單位，神經元的持續更新是大腦可塑性的重要組成部分。神經發生是神經祖細胞(neural progenitor cells，NPC)增殖、分化為新的神經元的過程，有助于腦內環境的穩定，對神經可塑性、學習和記憶等多種大腦生理功能有重要作用[23]。在成年哺乳動物腦中，前腦的腦室下區(subventricular zone，SVZ)和海馬顆粒下區是神經干細胞所在區域，這里多能干細胞不斷產生祖細胞，最終形成成熟的神經元和神經膠質細胞[24]。體外研究發現，p53活性的升高限制了SVZ NPC的再生能力[25]，而Wip1可通過去磷酸化或負反饋環抑制p53[8]。另有文獻稱，Wip1通過抑制p38 MAPK通路及細胞周期素依賴性激酶4抑制蛋白/可變讀框區通路，提升NPC的自我更新能力[26，27]。然而，一項動物實驗發現，p38MAPK在SVZ NPC有絲分裂過程中被磷酸化，抑制p38 MAPK會干擾SVZ NPC細胞的增殖和自我更新[28]。Wip1對NPC的影響還需更多體內外實驗進行驗證。另一項關于神經發生的研究發現，ATM作為介導DNA損傷引起的未成熟NPC凋亡的關鍵分子[29]，而其活性受Wip1調控。以上研究表明Wip1在神經發生中發揮著重要作用，Wip1可能通過去磷酸化p53、p38MAPK及ATM等靶點分子調節NPC的數量，參與NPC內在調控。

4 Wip1在心血管疾病中的作用

隨著我國老齡化進程的加快，心血管疾病發病率逐年上升。Wip1在心血管疾病病理生理中的作用，目前研究主要集中在動脈粥樣硬化和心肌梗死。動脈粥樣硬化是大中型動脈慢性炎性血管壁病變，其發展涉及動脈內膜中各種細胞類型的激活(包括內皮細胞、平滑肌細胞、淋巴細胞、單核細胞和巨噬細胞)，從而導致局部炎癥反應[30]。最近研究發現，Wip1對動脈粥樣硬化有促進作用[31,32]。早期動物實驗發現，Wip1-/-小鼠通過調控ATM-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白通路，阻止早期泡沫細胞的形成，最終減緩動脈粥樣硬化斑塊的形成[33]。血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)作為血管壁的主要組成部分，在維持血管功能上發揮重要作用[34]?，F有證據表明，VSMC異常增殖和遷移在心血管疾病進展中發揮重要作用[35]。Wip1可通過調控單磷酸腺苷激活蛋白激酶實現對VSMC增殖的調控[31]。上述實驗均說明，Wip1作為負性調節因子促進動脈粥樣硬化性疾病的發生發展。此外，Tang等[32]的體外實驗發現，Wip1可以在動脈粥樣硬化斑塊形成過程中抑制巨噬細胞的遷移和吞噬功能，Wip1-/-的巨噬細胞通過激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B通路，增強細胞遷移能力。但該研究并未重復體內實驗，尚不能證實Wip1介導巨噬細胞的遷移、吞噬及抑制，與動脈粥樣硬化的直接關系。而目前關于Wip1對心臟病理生理作用及相關機制的研究有限。Liu等[36]研究表明，Wip1可以減輕心肌梗死所致的缺血性心肌損傷，但尚無相關分子調控機制報道，仍需進一步探索。

5 總 結

綜上所述，Wip1通過在多種分子網絡信號通路中參與蛋白質磷酸化的時空調控對各種慢性疾病發揮作用。一方面，Wip1通過去磷酸化DNA損傷反應系統中幾種關鍵蛋白，引起細胞周期阻滯，抑制細胞凋亡，促進腫瘤形成并導致更具侵襲性的分級、預后不良和化療耐藥。另一方面，Wip1的表達可促進神經祖細胞的增殖及造血干細胞的分化。此外，Wip1通過調節細胞自噬、凋亡、膽固醇外流及巨噬細胞的遷移，促進動脈粥樣硬化斑塊的發生、發展。但在發生心肌梗死后，卻可以保護心臟的缺血性損傷。因此，在常見慢性疾病中，調控Wip1的表達和活性變化，對于疾病的生物學效應及藥物靶點的研發十分關鍵。