真核细胞翻译起始因子4E在肿瘤发生与发展中的作用

真核细胞翻译起始因子4E在肿瘤发生与发展中的作用作者：刘子沛 王曙光 崔彦　    作者单位：1 400038 重庆，第三军医大学西南医院全军肝胆外科研究所； 2 100101 北京，解放军第三○六医院总装备部普通外科中心     真核生物蛋白合成有着相同的合成体系，在这一体系中存在着仅在某些病理情况下才有表达差异的调节因子。在肿瘤的发生和发展过程中，许多与肿瘤相关的蛋白异常表达。这些异常表达的蛋白在翻译水平上可能存在有共同的调控因素，而真核细胞翻译起始因子(eukaryotic translation initiation factor 4E,eIF4E)在这种共同的调控机制中可能发挥重要作用。1  eIF4E的作用    eIF4E是一个分子量为25×103多肽，其基因位于4q214q25。近来有大量报道在植物、无脊椎动物和哺乳动物中发现eIF4E的同源蛋白［1］。eIF4E是一个游离多肽或翻译启动因子复合体的一部分，具有单一的α和/或β结构域(包括8条不平行的β链形成的弯曲的β片层以及3条长的α螺旋)。mRNA5'm7GpppX帽子结构(5'三磷酸7甲基化鸟苷)与eIF4E空间表面凹陷的疏水口袋中两条8个色氨酸组成的保守残基结合，形成三明治夹心结构。eIF4E的结构保证其能够特异的与mRNA5'帽子结构结合后，使其5'非翻译区(5'UTR)解旋，在mRNAs代谢、剪接、3'末端加工、运输、稳定、翻译中起重要作用。mRNAs与核糖体结合是个限速步骤，它使起始密码子能扫描并最终与完整的核糖体结合，蛋白质的合成才得以进行。反式作用因子和/或顺式作用元件作用于5'UTR或3'UTRs，其中翻译起始因子(eIF)是主要的调节因子。eIF4E在eIF4F 3个亚单位中其含量较其他起始因子少(平均每个核糖体0.01～0.2个分子eIF4E，而其他平均为每个核糖体0.5～3个分子)，但却起重要作用。    eIF4E参与从“mRNAs池”中选择某一mRNA形成起始复合体。在翻译中帽子结构受到eIF4F复合物的调节。eIF4E的活性涉及细胞的有丝分裂、 胚胎发育和细胞凋亡，其作用认为是通过增强某些生长因子或重要的细胞生长调节因子的翻译而发挥的。正常情况下，eIF4E水平相对较低，在蛋白质合成起始阶段起限定作用。在eIF4E低表达时，“strong mRNAs”的翻译将很快达到最高值，但“weak mRNAs”不能与有限的eIF4E结合，导致低表达。当eIF4E在较高表达时，选择性地加强“weak mRNA”的翻译，使“weak mRNAs”被较好的表达，使细胞进入周期并分化增殖。进一步增加eIF4E，并不能进一步增加“strong mRNAs”的翻译，但可使“weak mRNAs”表达进一步增加，使细胞生长加速，并产生形态上的改变。eIF4E再进一步增加，使控制细胞周期的关键因子不成比例地增加，细胞可能经历畸形有丝分裂和/或凋亡，导致基因不稳定，并导致细胞癌变。eIF4E调控多种肿瘤相关mRNA的翻译，这些mRNA涉及到多种蛋白合成、细胞周期及癌基因的激活、癌变、自分泌生长刺激、细胞生存、侵袭和与细胞外环境间的通讯，因此，eIF4E介导的许多mRNA的翻译调控在肿瘤形成和转移中发挥中枢作用［2］。    核糖核酸还原酶(RNR)催化核糖核酸二磷酸(NDPs)向脱氧核苷二磷酸(dNDPs)转变是DNA合成过程中特异的限速步骤。研究证实，eIF4E在翻译水平调节RNR2，后者协同许多癌基因在哺乳动物细胞株的转换中起重要作用，间接加强原癌基因DNA的合成。eIF4E还能够改善创伤愈合，肽结合eIF4E亦能引发细胞凋亡［3］。2  eIF4E的活性调节    eIF4E数量和/或活力受到自身磷酸化、翻译抑制蛋白家族活性以及基因转录等因素的调节。    2.1  eIF4E的调控    eIF4E基因受ras、cmyc基因的调控。RinkerSchaeffer等［4］将Haras转染到鼠胚胎纤维母细胞，检测eIF4E基因的表达，结果发现Haras的表达增加了蛋白合成速度，并验证ras基因加强了eIF4E蛋白的磷酸化。Rosenwald等［5］检测血清刺激的纤维母细胞中cmyc、eIF4E的mRNA水平，发现eIF4E mRNA的升高紧接在cmyc mRNA升高之后；在转染了cmyc的鼠胚胎纤维母细胞中eIF4E mRNA升高；在BALB/c3T3细胞中，cmyc功能被激活后eIF4E mRNA及蛋白质水平均升高。认为eIF4E是cmyc的靶基因，后者引起前者的mRNA升高进而引起蛋白质的升高。    2.2  eIF4E的磷酸化    磷酸化是eIF4E激活的一种调节机制。磷酸化尽管不是eIF4E蛋白与帽子结构连接的前提条件，但能增加eIF4E与帽子结构的结合力。在许多系统中eIF4E以磷酸化和非磷酸化的形式混合存在，eIF4E的磷酸化者较未磷酸化者具有更强的与mRNA5'帽子结构结合的活性。抑制蛋白合成的情况下(如热休克)，有丝分裂可以导致eIF4E磷酸化的降低。相反在有大量有丝分裂存在的条件下，包括phorbol、esters、血清、生长因子受体连接的酪氨酸激酶等可导致eIF4E磷酸化的增高［5］。而eIF4E的磷酸化增加细胞对外界刺激如胰岛素、血管紧张素 、神经生长因子、上皮生长因子等的反应。eIF4E磷酸化的形式在整个细胞周期中，具有在G0、M期低，在G1、S期增加的特点，这与细胞翻译率具有正相关关系。eIF4E通过磷酸化而调节蛋白合成的速度。Walsh［6］以MNK1磷酸化eIF4E发现可提高Ⅰ型单纯疱疹病毒静止细胞中翻译和复制。    磷酸化的主要位点目前尚有争议。LazarisKaratzas等［7］分别将eIF4E53位的Ser和Ala的质粒pMV7 4E转染到NIH3T3细胞中，结果发现eIF4E蛋白水平都升高了5～8倍，但两者的蛋白质升高水平都低于mRNA升高的水平，进一步比较发现前者的磷酸化水平较后者高。所以认为磷酸化是eIF4E发挥功能的关键，并且磷酸化的主要位点是在Ser53。    2.3  eIF4E翻译抑制蛋白的磷酸化    在哺乳动物中eIF4E翻译抑制蛋白(eIF4E binding proteins,4EBPs)包含3个有关的多肽家族4EBP1、4EBP2、4EBP3，三者均可与eIF4E结合，引起eIF4E与帽子结构结合的抑制。4EBPs作为竞争性抑制者并不干涉eIF4E与5'帽子结构结合，而是阻止eIF4F的组装。4EBP1与eIF4E结合同样受到磷酸化的调节，在生长因子、激素、细胞因子作用下，4EBPs发生磷酸化，导致其与eIF4E分离。4EBPs的磷酸化也调节eIF4E的含量，当4EBPs低磷酸化时，与eIF4E紧密连接，蛋白质的翻译效率不高，而当4EBPs处于高磷酸化时，蛋白质翻译效率提高。eIF4E翻译抑制蛋白可以在不抑制细胞生长的情况下减低G1期细胞及阻止原癌基因的转化。3  eIF4E与肿瘤    eIF4E在肿瘤的侵袭和转移中可能起到中枢性作用，其通过多方面调控恶性肿瘤相关的mRNAs的翻译，包含细胞有丝分裂过程、激活原癌基因、血管形成、增强自分泌、细胞存活、侵袭及与细胞外环境的交通［2］。    肿瘤的发生是多步骤的，细胞恶变包括基因型、表现型等多方面的改变。eIF4E在正常情况下低水平表达，在多种恶性肿瘤(头颈部鳞癌、肺癌、乳腺癌、胃癌、结肠癌等)组织和肿瘤旁组织中eIF4E过度表达，并与肿瘤的侵袭转移能力呈正相关［8-11］。eIF4E的这种过表达与传统评判肿瘤复发转移指标相比，其敏感性更强，特异性更高［12］。    在实体肿瘤发展中，恶性组织的增殖需要大量蛋白的合成，eIF4E表达增高属必然事件。Kerekatte等［13］首先发现eIF4E在人乳腺肿瘤中过度表达。Li等［14］进一步发现，当乳腺癌肿块标本中eIF4E的含量超过正常对照7倍时，肿瘤复发率、癌症病死率在统计学上有显著意义。乳腺癌eIF4E的过度表达与肿瘤的复发、术后生存率有关，可作为独立的预后因子。另外，乳腺癌中eIF4E的过表达伴随有TLK1B(Tousledlike kinase 1B)的过表达［15］，后者为带有高度保守基因序列的苏氨酸激酶，与细胞分裂和DNA复制的缺陷有关。同样的现象在胃癌的研究中也能观察到，在非胃癌标本的非肿瘤区域，eIF4E只在胃腺体中过表达，在肠上皮化生或上皮发育不良区域也有过表达，但在胃小凹被覆黏膜无过表达。胃癌细胞中eIF4E过表达并与血管侵袭明显相关，但程度不依赖肿瘤侵袭深度、淋巴结转移、Lauren分类及幽门螺杆菌感染。手术切除后生存率统计学分析表明，eIF4E无表达或弱表达者术后生存率明显高于过表达者。因此，胃癌中eIF4E的表达程度可作为判断治疗效果和预后的因素［11］。Kevil等［16］相继证实，eIF4E的过度表达引起纤维母细胞生长因子和血管穿透因子翻译增加，在细胞增殖分化和肿瘤血管形成发展中起重要作用。De Benedetti等［17］把eIF4E基因转染到HeLa细胞，可致这种细胞的恶性转化，细胞失去接触性抑制生长特性，细胞倍增时间缩短，在软琼脂上可以生长。认为eIF4E在细胞周期调控中起重要作用，包括全长eIF4E cDNA的PMV74E转染NIH3T3细胞，在NIH3T3细胞中eIF4E过度表达导致恶性转化［7］。把含有eIF4E基因的细胞种植到裸鼠身上可致肿瘤发生，从而证实eIF4E有使细胞恶性转化的能力。其机制可能是通过提高血管内皮生长因子、纤维母细胞生长因子、血管渗透因子的翻译促肿瘤血管生成，或通过cmyc、Cyclin D1调节细胞周期，促进细胞增生。另外，可改变与肿瘤转移有关基因CD44、nm23而增强转移能力。当eIF4E被反义eIF4E封闭时，上述现象可被抑制或部分抑制。RinkerSchaeffer等［4］用反义RNA来减少eIF4E的表达，发现蛋白质合成速度减慢、肿瘤潜伏期和倍增时间延长，但不影响单层倍增时间。Graff等［18］把eIF4E高表达的BK病毒转染到细胞株引起细胞株表型恶变，相反把eIF4E的反义核苷酸引入，引起恶变表现型逆转。显然，eIF4E作为原癌基因是通过加强各种原癌基因的翻译而实现的。    Sorrells等［19］研究发现在头颈肿瘤切除标本中不同区域(无肿瘤手术切缘、过度区、肿瘤核心区)存在递增性的eIF4E基因表达，过度表达的eIF4E是恶性改变的一个分子标记。Franklin等［20］研究证实组织学阴性的手术切缘组织基底层核周无eIF4E染色，但在局部复发者的基底层黏膜却有eIF4E阳性染色，分析认为eIF4E阳性切缘显著示增加复发的危险性，并与淋巴结受累也有明显关联。手术切缘eIF4E低表达预后较好，而组织学阳性切缘中eIF4E高表达则预示局部早期复发，因此eIF4E可作为原发性肿瘤的独立预后指标。    eIF4E在肿瘤转移中的作用还通过对其结合蛋白4EBP1的研究进一步得以证实。4EBP1能通过与eIF4E结合，进而降低后为核糖体所招募。Martin［21］等通过观察4EBP1在肿瘤组织中的表达特点，发现4EBP1高表达与肿瘤有无淋巴结及远处转移状况密切相关。有研究显示，将磷酸化位点突变型4EBP1转入乳腺癌细胞，可抑制乳腺癌细胞的恶性表型；相反，磷酸化位点突变型4EBP1的丢失则伴有乳腺癌细胞的恶性表型的自行恢复，表明eIF4F的激活是乳腺癌细胞恶性表型的基础条件［22］。由此可见，eIF4E在翻译中的关键性作用，使它可能发挥肿瘤转移关键环节的共同调节因子作用，进一步表明eIF4E在调节细胞生长和变异过程中起重要作用。    综上所述，eIF4E可作为肿瘤恶性改变的分子标记和预后指标，并有可能作为基因治疗的靶目标。抑制eIF4E表达不仅可以减少相关肿瘤基因的表达，还可增加肿瘤细胞对化疗药物的敏感性。eIF4E过度表达与组织恶变的因果关系尚未确定，确切的翻译起始因子的作用机制亦不明确，eIF4E与其他翻译起始因子的磷酸化信号传导途径以及磷酸化对其活性的作用也未阐明。根据eIF4E在恶性肿瘤中的超常表达进而推测， eIF4E可能接受多种肿瘤转移因子的共同调节， 其表达量的变化是多种因子通过多条信号传递通路的激活而共同作用于eIF4E基因的结果。总之， 以上有待进一步研究探讨。【参考文献】［1］ Robalino J, Joshi B, Fahrenkrug S C, et al. 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