肽基脯氨酰顺反异构酶（Pin1）在肿瘤方面的研究进展

　　【摘要】 肽基脯氨酰顺反异构酶（peptidyl-prolyl cis/trans isomerase NIMA-interacting1, Pin1）属于肽基脯氨酰异构体酶PPIases家族，可通过催化Ser/Thr磷酸化（pSer/Thr-Pro）基序调节其底物的结构和功能。其在肿瘤的发展中起到关键性作用，相当于“分子开关”调节着人体内的各种致癌通路。已发现Pin1在多种人类常见恶性肿瘤中的高表达，它独特的磷酸化的机制和性能已经成为诊断和治疗恶性肿瘤中有前景的标志物之一。现从Pin1的结构、特性及功能和在肿瘤中的机制等方面作一综述。

　　1 Pin1简介

　　细胞进程在空间和时间上受许多由蛋白质和核酸组成的分子机制调节[1]。常见的细胞进程有表观遗传变化、变构调节、翻译后修饰[2]。作为翻译后修饰的重要部分，细胞增殖和转化中常见的信号机制是以脯氨酸（Pro）导向的Ser/Thr磷酸化[3]。在全球磷酸化研究中鉴定发现的位点里，超过25%是pSer/Thr-Pro位点[4]。在所有天然氨基酸中，脯氨酸由于其在肽主链中的五元环而具有采用主链扭转角的呈顺式或反式状态的独特能力[5]。脯氨酸独特地采用顺式和反式构象，这一过程将由肽基脯氨酰异构体酶（PPIases）催化[6]。

　　PPIase 共有三个不同的家族：亲环蛋白（CyPs）、FK506 结合蛋白 （FKBPs） 、细小蛋白（Parvulin）和蛋白磷酸酶 2A 磷酸酶激活剂（PTPA）[7]。肽基脯氨酰顺反异构酶（peptidyl-prolyl cis/trans isomerase NIMA-interacting1, Pin1）作为一种具有显著特异性且性质稳定的蛋白质，属于Parvulin家族，最早于1996年由酵母双杂交筛选得到[8]。人类Pin1基因位于19p13染色体上，表达的Pin1蛋白水平常与细胞增殖能力密切相关，相对分子量为18KD，其中含163个氨基酸残基，由一个作为磷蛋白结合模块的N-端WW结构域和一个不同于其他常规 PPIase的C端催化结构域组成。WW结构域由39个不完整的氨基酸组成。一对恒定不变的色氨酸是其最大特点，并且可特异性地结合磷酸化的丝氨酸/苏氨酸（serine or threonine residues preceding proline,pSer/Thr-Pro）的顺式和反式构象；而PPIase结构域含120个氨基酸残基，才是可催化顺反异构化以调节其底物的结构和功能的真正组分[9]。

　　多种生理、病理过程都依靠Pin1介导的脯氨酰异构化发挥关键作用，包括细胞生长、细胞周期调节、免疫反应、神经元分化和肿瘤发生[10]。肽基脯氨酰顺反异构酶会诱导底物蛋白质的构象和功能发生变化。根据不同机构的多项研究能够明确Pin1作为有丝分裂过程中调节的关键因子之一，为降低有丝分裂激酶NIMA间接分裂能力，其能够实现在组织与其结合并发生相关性反应，实现对其介导的有丝分裂的抑制[6]。

　　2 Pin1在肿瘤发生中的意义

　　有研究表明，在正常人体细胞中年龄与Pin1的表达程度成反比，Pin1的表达会逐渐降低[11]。在肿瘤组织中，往往可以显示Pin1的异常上调或过度激增[12]。不同的转录和转录后修饰导致了在肿瘤细胞中Pin1的失调行为。

　　2.1 产生、维持增殖信号

　　在目前研究中细胞周期素中Cyclin D1的作用不可替代，也被证实其与促进癌症进程有最直接关系。Pin1通过磷酸化的方式与Cyclin D1相互作用，是促使G1期通过调控进入S期的关键点。进入S期的细胞最终带来细胞周期的分裂与增殖的结果。而Cyclin D1本身作为Pin1的直接底物，实验证明其基因的表达和自身蛋白的稳定可由Pin1经过各种方式增加。

　　c-Jun属于氨基末端激酶（Jun N-terminal kinases，JNKs）家族。AP-1家族成分由Jun与Fos两大类蛋白质共同组成。c-jun通过其反义链进行转录生成的产物与AP-1家族其他核心因子结合成异源二聚体，目的性地结合靶向基因的遗传信息区域，从而活化其下游目的基因的转录。Ras信号以不寻常启动的传导通路为基础产生特异性激活反应，这是恶性肿瘤进展的重要体系之一。在相关基因编码的下游出现JNKs编码后对该区段编码基因进行磷酸化，从而得到c-Jun氨基末端的重要区段结构即两个丝-脯氨酸基序。当Pin1与c-Jun丝-脯氨酸基序进行独特地磷酸化后，其相关DNA区段序列进一步异构化，从而大幅提升了c-Jun的活性。当c-Jun被成功激活后则能够完成对Cyclin D1 启动子AP-1的精准位点以便实现Cyclin D1表达。

　　T细胞因子位点位于Cyclin D1启动子上。Pin1能够根据β-catenin信号通路进行反应，并精准定位，从而实现Cyclin D1的激活。以上机制大概为β-catenin中某特殊调节靶点通过定位肠腺瘤样息肉蛋白（adenomatous polyposis coli protein,APC）产生相关生物学反应。APC则表现出核质穿梭蛋白的生物学性质并于β-catenin定向结合以实现该靶点反应酶穿出细胞核的相关反应从而完成β-catenin降解于细胞质之中。以上反应中Pin1与β-catenin中最为接近APC结合位点的已经完成磷酸化的Ser-Pro基序进行特异性结合且实现结合反应异构化，以便于隔绝APC和β-catenin的交互反应，减少β-catenin的出核降解，增加其向细胞核的易位，最终实现Cyclin D1的上调并促进该位点蛋白的表达[12]。

　　2.2 影响转录因子稳定性

　　Pin1 介导的转录因子调节的另一个主要机制是通过泛素介导的蛋白质降解[14]。为了应对外界各种刺激，肿瘤抑制基因p53是调节细胞通路的关键转录因子。p53 反式激活的一个关键调控机制是 E3 连接酶 MDM2 介导的泛素化和降解[15]。为了应对DNA损伤，p53 通过从 MDM2 （癌基因的一种）中释放而得到稳定，并激活其下游靶基因以诱导细胞周期停滞或细胞死亡。DNA 损伤诱导p53在几个Ser/Thr-Pro 残基处磷酸化。在Pin1同p53特异性结合的过程中使得p53产生构象异常情况的出现从而加速p53与DNA结合的完成以及p21基因启动子完成反式激活。以上生物习性阻碍了p53 与MDM2 配对作用[15]。根据全部恶性肿瘤的特性研究能够发现半数以上肿瘤细胞发生了p53基因的变异。因此Pin1在p53突变型肿瘤转归和生物学特性调控中起到了无法替代的作用[15]。

　　除此两方面外，Pin1还可以阻碍肿瘤抑制剂发挥作用、促进肿瘤细胞的侵袭和转移以及诱导实体瘤血管生成来参与肿瘤的进展当中。

　　3 Pin1在肿瘤中的表达

　　脯氨酸定向磷酸化主要作用就是传递来自中枢的信号，并促使细胞加快增殖和转化的发生与发展，其磷酸化的非正常调控致使各种肿瘤因子发生恶变。最新研究表明，Pin1对大质量脯氨酸定向的磷酸化信号具有调控作用，其自身的高表达和异常与中心体数目扩增、染色体易断裂、不稳定有紧密联系且最终带来肿瘤形成的结果。有研究在38种类型的人类癌症中，Pin1呈现出过表达的状态，包括最常见的前列腺上皮恶性肿瘤、宫颈癌、肺部癌症、卵巢癌等[16]。有学者开展针对性的研究通过对多例前列腺癌病理学标本中Pin1表达情况进行分析并发现Pin1在前列腺癌患者治疗后复发率和预后效果中存在极其显著的相关，因此Pin1在前列腺癌中可作为优秀的独立预后标记物[17]。在肺非小细胞癌以及发生淋巴转移的胃癌患者中也能发现Pin1的高水平表达[18]。部分文献指出Pin1在肝癌形成过程中是重要的一个环节[19]。根据患者体外研究显示通过对Pin1的抑制能够产生对癌细胞增殖的抑制效果，从而实现结肠癌和直肠癌的癌细胞被抑制增殖[20]。急性髓细胞白血病（acute myelocytic leukemia,AML）的进程能够被Pin1促进的同时对粒细胞的分化造成显著阻碍[21]。以上研究均能够找到Pin1在恶性肿瘤中产生表达的证据，对于恶性肿瘤的防治提供了极具价值的参考。

　　4 Pin1在其他疾病中的表达

　　阿尔茨海默病（AD）是以高度磷酸化的tau组成聚集在一起的神经纤维缠结的主要特征，这些导致微管结构的完整性被破坏。在AD患者体内会发现Tau被过度磷酸化，并且还有β淀粉样蛋白前体（简称为APP）的出现[22]。Pin1可以与磷酸化Tau特异性结合，促进其顺势构象向反式构象变化，因此来促进微管的组合能力。然而Pin1在对癌症和AD的发展起到了相反的作用，Liou 等学者指出对AD患者进行相关免疫组织化学检查并发现Pin1表达的提升能够明显降低患者海马体以及顶叶皮层中发生神经纤缠结的情况[23]。

　　渐冻症也称肌萎缩性脊髓侧索硬化症是一种神经退行性疾病。最近，通过使用蛋白质组学方法，Iridoy和合作者在一小群ALS患者的脊髓和非运动皮层中显示出Pin1表达的显著下调[24]。这也许表明Pin1表达是神经变性的潜在标志物。

　　5 展望

　　在Pin1参与的对多种定向蛋白进行磷酸化和异构化的介导能够实现多种细胞的生物学活动如细胞代谢、增殖、凋亡以及细胞周期进展等。根据多方研究结论和文献大量能够证实Pin1能够参与人类多数恶性肿瘤的生物学活动并和治疗以及预后效果联系紧密。综上， Pin1 通过介入各种癌症特异性通路从而促进癌症的发生和发展并且以其独特的生物学特性和异构酶底物活性表达作用于恶性肿瘤的进展。因此靶向针对Pin1已经成为当前治疗恶性肿瘤极具潜力的突破口。

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　　[2022-03-31收稿]

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