真核细胞翻译起始因子与肿瘤发生发展的研究进展

・1188・ 综述・讲座¬

真核细胞翻译起始因子与肿瘤

发生发展的研究进展

梁燕, 　伍钢

华中科技大学同济医学院附属协和医院肿瘤中心, 湖北武汉430023

Eukaryotic translation initiation factor for tumor molecule target therapy

L IA N G Yan , W U Gang

T umor Center of Union Hos pital , Tong j i Medical College of H uaz hong Universit y of S cience and Technolog y , W uhan 430023, P. R. China

【摘要】　目的:探讨eIF4E 的功能和调控及其作为细胞信号通路的结点, 分析其治疗肿瘤策略的研究情况和存在的问题及前景。方法:以肺部肿瘤、eIF4E 和靶向治疗为关键词检索万方全文数据库、PubMed 和PMC 库, 筛选2002～2008关研究较多的通路的结点, 关研究。最终选择其中25篇文献作为研究。结果:eIF4E是细胞翻译中的重要限速因子, 具有潜在广泛的抗瘤谱, 针对eIF4E 的靶向治疗策略非常具有吸引力。eIF4E 在转录起始中、翻译和细胞核内mRNA 生成和细胞增殖中起作用, 受4E 2BPs 、磷酸化、PML 、组织特异性因子所调控; 是RAS 和MAP 激酶信号通路, PI3K 激酶信号通路, TSC 、RHE B 和

mTOR 信号通路的结点, 靶向此结点可设计

[AB STRACT ]　OB JE CTIVE:T o review the function and of eIF4E and its as of , current research , 2ODS :database cancer , eIF4E , target therapy ”. in near 5years were searched , especially about the functions and regulation of eIF4E and its function as the central node of cell signal pathway , experiment trials about taking aim at translation for tumor therapy. RE SU LT S :eIF4E is the most important limited factor , which has potential wide anti 2tumor roles , and thera 2peutically targeting eIF4E activity is exceedingly attractive , as it would potentially be applicable to a broad range of human cancers. eIF4E functions in initiation of transcribe , translation and mRNA production in cell nucleolus and cell proliferation , regulated by 4E 2BPs , phospho 2rylation , PML and the tissue specific factor. eIF4E is central node of RAS/MAP kinases , PI3k kinases and TSC , RHE B , mTOR signal pathway. T wo routes are designed to target eIF4E , direct and indirect way. Currently , intravenous ASO adminstration selectively and signif 2icantly reduces eIF4E expression in human tumor xenografts , signifi 2cantly repressing the expression of eIF4E 2regulated proteins (e. g. VEGF , Cyclin D1, c 2myc , Bcl 22, Survivin ) ,inducing apoptosis , and preventing endothelial cells from forming vessel 2like structures. C ON 2C LU SI ON:eIF4E can be used in the treatment of cancer , which needs to be researched deeply.

Chin J Cancer Prev T reat , 2008, 15(15) :1188-1192

直接和间接两种途径, 目前在人类肿瘤移植物中, 用第二代反义寡核苷酸(ASOs ) 能有效下调肿瘤中eIF4E 的含量及蛋白质的表达, 诱导凋亡, 抑制VEGF 、Cyclin D1、c 2myc 、Bcl 22和

Survivin 的表达, 抑制类血管结构形成。结

论:eIF4E在恶性肿瘤靶向治疗中地位突出, 其治疗应用有很大的研究空间。

中华肿瘤防治杂志,2008,15(15) :1188-1192

【关键词】　真核细胞起始因子4E ; 翻译; 肿瘤/治疗应用; 综述文献

[KE YWOR DS]　eukaryotic initiation factor 24E ; tumor/therapic use ; review literature

【中图分类号】　R730. 5　　　【文献标识码】　A 　　　【文章编号】　1673-5269(2008) 15-1188-05

【第一作者简介】　梁燕, 女, 湖北武汉人, 硕士, 主要从事肺癌分子靶向治疗的研究工作。

Tel :86-27-82312232　E 2mail :[email protected]

　　eIF4E 是真核细胞翻译起始因子, 是真核生物蛋

白质合成翻译步骤中生成翻译起始复合物的必需因子。由于其在众翻译起始因子中含量最少,eIF4E 是蛋白质生物合成翻译起始的限速因子。同时,eIF4E 是一种原癌基因, 它在人类肿瘤中的过表达通常与预后差有关。eIF4E 是一个相对分子质量为25×103的

【通讯作者简介】　伍钢, 男, 湖北咸宁人, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事肺癌分子靶向治疗的研究工作。

Tel :86-27-65655802　E 2mail :[email protected]

・1189・

蛋白质, 与mRNA 5′末端72甲基鸟苷帽子结构识别, 协助mRNA 结合到核糖体上[1]。

1　eIF4E 的功能

1. 1　在转录起始中的作用

移[7]。用反义RNA 或4E 2BP 阻断其功能, 能抑制细

胞转化和肿瘤的生长、侵袭与转移。eIF4E 调控mR 2NA 与核糖体结合, 进而调控帽子依赖蛋白质合成, eIF4E 也可以通过选择性翻译一小部分mRNA 。这些mRNA 大多数是编码参与细胞生长、血管生成、细胞生存和恶性程度的主要蛋白, 比如Cyclin D1、鸟氨酸脱羧酶(ODC ) 、c 2myc 、V EGF 、成纤维细胞生长因子(F GF 22) 和MM P 29等。

eIF4E 的显著上调(68%) 位于核内。在核内, eIF4E 调控特异性mRNA 的生成。研究证实,eIF4E 通过在转录后水平与数个基因表达共同作用, 以控制细胞循环和细胞增殖[2]。因此,eIF4E 作为RNA 调控的中心结点发挥功能, , 。

[8]E Cyclin D1D1mRNA 水平。在MCF7乳腺癌细胞中, 雷帕霉素降低了Cyclin D1的水平, 但不影响细胞质内Cyclin D1mRNA 的水平, 说明此为转录后调节, 并与4E 2B P1参与的作用有关。用siRNA 技术的4E 2B P1的敲低模型中, 消除了雷帕霉素在Cyclin D1

传统研究显示,eIF4E 在翻译起始中行使功能[2]。eIF4E 参与帽子依赖mRNA 翻译, 翻译起始过程主要通过两种蛋白质复合物与mRNA 的结合来调控, 这两种复合物是三联体复合物和eIF4F 复合物。三联体复

α、合物是由eIF2三磷酸鸟苷(GTP ) 和蛋氨酸t RNA 构成, 该复合物与核糖体40S 亚基结合, 然后形成7甲

基2GTP 帽子mRNA , 此mRNA 与eIF4F 结合。eIF4F 是由eIF4G 和A TP 依赖的RNA 解旋酶eIF4A 和帽子结合蛋白eIF4E 。这些复合物在mRNA 上的聚集使得其在核糖体上各就其位, 翻译起始[3]。1. 2　eIF4E 在翻译和细胞核内mRNA 由于eIF4E 依赖不同的, 和mRNA mRNA 产生同mRNA 的5′帽子结构[4]。

Culjkovic 等[4]研究证实,eIF4E 是RNA 调控子

中的重要结点。eIF4E 能协同作用并促进参与细胞循环的数个基因mRNA 的生成, 这些mRNA 的共同特征是结构上在3′非编码区(3′U TR ) 有长50个核苷酸的保守序列, 并且3′U TR 是eIF4E 敏感片断(4E 2SE ) 。保守序列能够完成对mRNA 帽子结构的定位和其结合eIF4E 核小体, 在核内形成eIF4E 特异性的核糖体蛋白, 生成eIF4E 依赖的mRNA 。Keene 等[5]提出RNA 调控子假说:RNA 含有U SER 编码子, 通常在5′,3′U TR 中发现U SER 编码子。U SER 允许特定的转录物(含有U SER 的mRNA ) 与特异性蛋白质/蛋白质复合物(翻译起始因子) 结合, 实现特定水平的调控。例如eIF4E , 可能参与细胞核中mRNA 的生成, 通过mRNA 优先装载到核糖体或者翻译中的转录物的隔离, 在核内或胞质中维护mRNA 稳定性, 控制转录后水平事件的调控。这些翻译起始因子, 一方面能通过U SER 编码调控mRNA 的翻译率, 另一方面能使含有特定U SER 编码的转录物表达, 两者可同时实现。

通过增加细胞质中mRNA 的含量,eIF4E 依赖的mRNA 生成能更有效的促进包含4E 2SE 的mRNA 生

表达上的效应, 增加了Cyclin D1与核糖体的连接。Averous 还提出在一些细胞类型中, 干扰结合m TOR 的氨基酸输入, 而不是用雷帕霉素, 可能抑制细胞增殖。

Mcclusky 等[9]证实,eIF4E 强烈增加肿瘤复发风

险, 并且是淋巴结阳性乳腺癌患者的不良预后因素。Zhou 等[1]研究证实, 在乳腺癌中血管生成因子的合成与转录和翻译的调节直接相关, 即eIF4E 的表达与IL 21、V EGF 的表达密切相关, 可能促使肿瘤进展。赵艳霞等[10]研究证实,EIF4E 在非霍奇金淋巴瘤的血管生成中发挥作用, 可能通过上调V EGF 的表达而促进肿瘤血管生成。对像eIF4E 的翻译调节子的识别, 会成为今后治疗用药的方向, 将一次联合靶向多个促恶性化因子。此用药策略能控制血管生成, 并且能使更多的乳腺癌患者, 包括预后不良者, 改善治疗效果。

2　eIF4E 的调控

2. 1　4E 2BPs 调控

在蛋白质翻译起始的各因子中,eIF4E 含量最少, 其活性限制翻译起始速率。游离eIF4E 水平主要由eIF4E 结合蛋白(4E 2BP ) 和eIF4E 的结合率控制。4E 2B P 与eIF4E 在eIF4G 结合位点上的结合通过隔

成, 最终使蛋白质的产量增加[5,6]。包含4E 2SE 的mRNA 生成的惟一特征是eIF4E 依赖的mRNA 生成不通过大量mRNA 途径[4]。1. 3　细胞增殖特性在试验模型中,eIF4E 过表达改变了细胞形态, 增强细胞增殖能力, 并诱导细胞转化, 肿瘤生成和转

离限制速率以阻断eIF4F 的作用。4E 2BP (有3个家族成员) 被数个位点的磷酸化调控, 磷酸化水平增加能够降低eIF4E 的结合力。4E 2BP 的磷酸化主要由哺乳动物雷帕霉素复合物1的靶点(m TORC1) 来实现。

・1190・m TORC1感知细胞内环境的信号, 如能量、生长因子

和氧利用度, 激活相应的下游效应子[6,11]。m TORC1

磷酸化2个底物为4E 2BPs 和p70S6K , 其中p70S6K 的活动调控数个主要起始因子的结合[12]。通过该途径,m TORC1整合大量细胞内的生物合成, 决定细胞生长或增殖。2. 2　磷酸化调控

在Mnk 激酶家族的作用下,eIF4e 在第209号丝氨酸位点磷酸化。在果蝇上的基因研究指出,eIF4e 磷酸化在细胞生长和生存能力有主要作用。最初的结构显示,209号丝氨酸的磷酸化使得其与第159号赖氨酸残基形成盐键, 牢固eIF4e 与mRNA 的结合, 增加其与配体结合的亲和力[13]。

Wang 等[14]提出, 在人类肿瘤细胞中, 抑制m TOR 能增强eIF4e 磷酸化, 并研究了其机制。m TOR 沉默或其抑制物能模拟m TOR eIF4e 磷酸化水平的效应的活性, 尤其>200同源结构域蛋白都含有保守eIF4E 结合模序, 似乎都可以通过抑制eIF4E mRNA 的生成和(或) 翻译而抑制其生物学效应[16,17]。比如, 富含同源结构域蛋白PR H 的脯氨酸, 也可称作在造血中表达的同源结构域蛋白Hex , 抑制eIF4E mRNA 的生成及其致癌性转化功能[16]。但是, 一些同源结构域蛋白刺激eIF4E 的功能(特异性的mRNA 生成和翻译) 。Culjkovic 等[2]研究认为, HOXA9增强了cy 2lin D1mRNA 的生成和转录, 但没有影响翻译; 反过来, HOXA9没有改变ODC 的转录, 但是刺激其mR 2NA 的生成和翻译效率。HOXA9mRNA 的生成和翻

译依赖其与eIF4E 直接结合的能力, 但是其转录效应并非是eIF4E 依赖的。eIF4E 蛋白控, Bicoid 、Emx2和]。

3. 1　RAS 和MAP 激酶

果显示, m TOR K 在前, m TOR 抑制剂诱导eIF4e 磷酸化在后。m TOR 抑制剂通过Mnk 依赖机制增加eIF4E 磷酸化水平。如果m TOR

在生长因子与激素信号及其受体激活的数条信号通路中, 最常研究的包括Grb2、SOS 和Ras , 激活Raf 、M E K 和MA P 激酶Erk1/2。Erk1/2激活Mnk1和Mnk2, 使eIF4E 第209号丝氨酸磷酸化, 进而增加现

抑制剂在PI3K 缺失的细胞中没能增加Mnk 和eIF4e

磷酸化水平, 可以推断通过m TOR 抑制剂增加eIF4e 磷酸化水平是通过依赖PI3K 和Mnk 介导机制。此外, 还提出有效治疗策略, 通过共同靶向m TOR 和Mnk/eIF4E 磷酸化以增强m TOR 靶向治疗肿瘤的

存mRNA 翻译效率。在很多人类肿瘤中, 这些通路活性上调。大多数效应在于通过因子J un 和Fos 改变基因转录。

3. 2　PI3K 激酶信号途径

PI3K 激活和脂质第二信使PIP3生成, 使磷脂酰

效果。

2. 3　PM L 调控

数个细胞因子, 如前髓细胞白血病蛋白(promye 2locytic leukemia , PML ) , 通过改变eIF4E 的活性调控其功能。Culjkovic 等[4,15]提出, PML 是eIF4E 调控的mRNA 生成的抑制子。在体外, PML 的环区形成大约100多个折叠抑制eIF4E 与帽子结合的能力。由于PML 的环区结合到帽子的远侧端, 故此通过eIF4E 的别构效应调控来实现。同时, 在体外, PML 抑制eIF4E 的翻译功能, 在很少情况下, 胞质的PML 能损

肌醇依赖激酶PD K1和PD K2活化,Akt 磷酸化并被激活。在P TEN 的作用下, PIP3生成PIP2, PIP3水平降低。PIP3在静止细胞中含量低, 但是, 通过生长因子诱导的PI3K 激活使其迅速上升。P TEN 缺失导致PIP3的水平上升和Akt 的活动亢进。Akt 的众多分子效应包括上调m TOR 活性和数个翻译靶点磷酸化增强, 如4E 2B Ps 、eIF4G 、eIF4B 和S6K1。P TEN 缺失或Akt 的活动亢进的生物结局是细胞生长和大小的改变。

3. 3　TSC 和RHE B 及mTOR

生长因子促使葡萄糖和氨基酸的摄取, 支链氨基酸通过m TOR 和其下游效应子S6Ks 和4E 2BPs , 以刺激蛋白质合成。此外,A TP 的水平和磷脂酸直接控制m TOR 的活性。所以,m TOR 通过对翻译水平和能量物质的反应促使蛋白质合成。Akt 通过TSC (结核结

伤eIF4E 敏感的mRNA 的翻译。然而, 即使大量的PML 在核内, 其主要作用是抑制eIF4E 依赖的mRNA 的生成。迄今, PML 可阻碍所有包含4E 2SE mRNA 的产生[4]。如果, PML 能对应激信号作出反应, 如紫外线、热休克、干扰素及细胞不增殖, 不生成eIF4E mRNA 可能是显著有效和快速来完成此反应的方式。PML 过表达诱导G 1/S 期停止, 抑制eIF4E 调控的致癌性转化。这些观察与其共同损伤大量参与细胞循环和产生蛋白质的能力是一致的[4]。2. 4　组织特异性因子

节复合物) 磷酸化和失活来促使蛋白质合成。反之,

m TOR 磷酸化并激活S6核糖体蛋白激酶(S6K1和S6K2) 和4E 2B Ps 。原癌基因(Rheb ) 被认为是TSC 肿瘤抑制功能的效应子, 将TSC 和m TOR 联系起来[19]。

大量组织特异性因子在核内和胞质内调控eIF4E

・1191・

如上所述, 3条信号通路:1) RAS/Raf/M E K/Erk1/2/Mnk/eIF4E ; 2) PI3K/Akt/TSC1/2/Rheb/m TOR/4E 2B Ps ;3) P TEN/PI3K/Akt/TSC1/2/Rheb/m TOR/4E 2B Ps 。其最终都汇集在eIF4E , 通过调节翻译起始因子eIF4E 来活化翻译起始过程。

性的化疗药物可以达到更好效果。如果eIF4E ASO 治疗能降低细胞凋亡阈值, 这种联合用药将特别有效。复杂的免疫反应需要大量细胞增殖和需要合成新的蛋白质的可溶性介质的产生。因此, 全身eIF4E 水平的严重减少对免疫功能有害。Graff 等[22]认为, 其为人类多种形式的肿瘤提供了潜在广谱治疗的可能。

Byrnes 等[23]应用在腺病毒载体内粘接单纯疱疹

4　靶向eIF4E 治疗药物

　　在RNA 复杂的调控网络中, 确定何为调控结点至关重要, 因为其可在基因表达环路中寻找治疗靶点提供方案。如上所述,eIF4E 为常见细胞信号通路最终汇集点, 视为较好的治疗靶点, 有以下两种途径作用该靶点。4. 1　直接途径

破坏激活eIF4E 的信号通路, 如其上游靶点:丝/苏氨酸激酶、PI3K/Akt 系统和参与4E 2B P 家族翻译抑制子生理失活的m TOR 等抑制翻译活性, , , 如m TOR Ras 转化细胞化学敏感, 说明PI3K/m TOR 信号通路是eIF4E 干扰的靶点。然而, 雷帕霉素破坏m TOR 介导的信号通路不能恢复有异常eIF4E 激活的肿瘤细胞, 或不能抑制肿瘤发生[20]。

基因治疗方面, 有反义寡核苷酸技术、RNAi 技术(RNA interference ) 、核酶技术和自杀基因治疗模式[21]。Graff 等[22]报道, 在正常小鼠组织和肿瘤移植物中, 用第二代反义寡核苷酸(ASO ) 能有效下调肿瘤中eIF4E 的含量及蛋白质的表达, 诱导凋亡, 抑制V EGF 、Cyclin D1、c 2myc 、Bcl 22和Survivin 的表达, 抑制类血管结构形成。在未感染肿瘤的小鼠中,eIF4E ASO 降低了在肝内eIF4E 的表达, 并没有改变肝、脾的质量和体质量, 血中转氨酶的水平无升高, 没有影响球蛋白的合成。第二代eIF4E ASO 治疗eIF4E 过表达的肿瘤如此有效的原因:1) 很多肿瘤有eIF4E 过表达, 潜在抗瘤谱广。2) 很多肿瘤有信号通路的上游成分突变, 这些信号通路最终调控eIF4E , 如P TEN 。这些肿瘤对针对信号通路下游的治疗敏感。3) eIF4E 表达的增高强烈诱发肿瘤, 增加了eIF4E ASO 有效作用的可能性。4) eIF4E 过表达导致雷帕霉素耐药, 雷帕霉素和化疗药物结合可以为雷帕霉素耐药的患者提供治疗的选择。可能联合用药或eIF4E ASO 单独用药, 可以降低某些正常组织的凋亡阈值。给予eIF4E ASO 处理的肿瘤没有生长, 也没有生长抑制, 维持原大小。eIF4E ASO 是细胞毒性的还是细胞生长抑制, 还需进一步研究。如果eIF4E ASO 只是细胞生长抑制, 则单药治疗受限。联合应用eIF4E ASO 和细胞毒

病毒胸苷激酶(T K ) 基因的上游5′U TR 片断(Ad 2HSV 2U T K ) 的靶向特异性基因治疗模式, 研究了其在鼠腹膜种植瘤模型中的有效性, 证实了自杀T K 基因的翻译产物限制细胞过表达eIF4E , 联合减瘤外科手术的自杀基因治疗模式延长了鼠腹膜种植瘤模型的生存期。4. 2E , , 没有成功找到在治eIF4E 复合物的药物, 故可破坏eIF4E 三联体复合物单体的结合或者对抗eIF4E 与转录物5′末端7甲基鸟苷帽子结合。这两种方法在理论上成

立, 在应用方面的可行性要求研究点着眼于eIF4E 与mRNA 的相互作用上。目前, 阻止蛋白质交联的方法主要有基因转移、小分子多肽和新的小分子的研制。有关靶向与mRNA7甲基鸟苷帽子结合的eIF4E 帽子结合蛋白区域的晶体结构的核苷化学技术也已成熟。基于晶体学数据, 可以设计这些复合物的类似物, 占据eIF4E 表面的帽子结合凹槽。K iriakidou 等[24]鉴定出Argonaute (Ago ) 蛋白的Mid 区域与eIF4E 的m (7) G 帽子结合区域相似, 人类Ago2蛋白MC 模序的芳香残基可取代eIF4E , 与m (7) G 帽子结合以阻遏

翻译进程。

此外, 还有一个实验阶段的靶向eIF4E 帽子结合的方法, 即应用miRNA (micro RNA ) 。这个内生的长度为21个核苷酸的RNA 通过与32U TR 不完全碱基配对结合干扰特异性转录, 阻止正常翻译。比如, 内生的let 27miRN P (micro nucleoprotein ) 抑制eIF4E 与mRNA 帽子结合[20]。虽然miRNAs 在肿瘤方面的研

究尚属起步阶段, 但是其作为靶向治疗工具的潜力还是很引人注目的, 有待进一步研究[25]。

5　结语

肿瘤靶向治疗的地位日益提高,eIF4E 以其在细胞翻译中的重要性和潜在广泛抗肿瘤谱的独特优势, 在恶性肿瘤靶向治疗中地位突出。因此, 靶向eIF4E 的治疗应用有很大的研究空间。

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收稿日期:2008-02-01　修回日期:2008-03-30

(编辑:边莉)

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真核细胞翻译起始因子与肿瘤

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【摘要】　目的:探讨eIF4E 的功能和调控及其作为细胞信号通路的结点, 分析其治疗肿瘤策略的研究情况和存在的问题及前景。方法:以肺部肿瘤、eIF4E 和靶向治疗为关键词检索万方全文数据库、PubMed 和PMC 库, 筛选2002～2008关研究较多的通路的结点, 关研究。最终选择其中25篇文献作为研究。结果:eIF4E是细胞翻译中的重要限速因子, 具有潜在广泛的抗瘤谱, 针对eIF4E 的靶向治疗策略非常具有吸引力。eIF4E 在转录起始中、翻译和细胞核内mRNA 生成和细胞增殖中起作用, 受4E 2BPs 、磷酸化、PML 、组织特异性因子所调控; 是RAS 和MAP 激酶信号通路, PI3K 激酶信号通路, TSC 、RHE B 和

mTOR 信号通路的结点, 靶向此结点可设计

[AB STRACT ]　OB JE CTIVE:T o review the function and of eIF4E and its as of , current research , 2ODS :database cancer , eIF4E , target therapy ”. in near 5years were searched , especially about the functions and regulation of eIF4E and its function as the central node of cell signal pathway , experiment trials about taking aim at translation for tumor therapy. RE SU LT S :eIF4E is the most important limited factor , which has potential wide anti 2tumor roles , and thera 2peutically targeting eIF4E activity is exceedingly attractive , as it would potentially be applicable to a broad range of human cancers. eIF4E functions in initiation of transcribe , translation and mRNA production in cell nucleolus and cell proliferation , regulated by 4E 2BPs , phospho 2rylation , PML and the tissue specific factor. eIF4E is central node of RAS/MAP kinases , PI3k kinases and TSC , RHE B , mTOR signal pathway. T wo routes are designed to target eIF4E , direct and indirect way. Currently , intravenous ASO adminstration selectively and signif 2icantly reduces eIF4E expression in human tumor xenografts , signifi 2cantly repressing the expression of eIF4E 2regulated proteins (e. g. VEGF , Cyclin D1, c 2myc , Bcl 22, Survivin ) ,inducing apoptosis , and preventing endothelial cells from forming vessel 2like structures. C ON 2C LU SI ON:eIF4E can be used in the treatment of cancer , which needs to be researched deeply.

Chin J Cancer Prev T reat , 2008, 15(15) :1188-1192

直接和间接两种途径, 目前在人类肿瘤移植物中, 用第二代反义寡核苷酸(ASOs ) 能有效下调肿瘤中eIF4E 的含量及蛋白质的表达, 诱导凋亡, 抑制VEGF 、Cyclin D1、c 2myc 、Bcl 22和

Survivin 的表达, 抑制类血管结构形成。结

论:eIF4E在恶性肿瘤靶向治疗中地位突出, 其治疗应用有很大的研究空间。

中华肿瘤防治杂志,2008,15(15) :1188-1192

【关键词】　真核细胞起始因子4E ; 翻译; 肿瘤/治疗应用; 综述文献

[KE YWOR DS]　eukaryotic initiation factor 24E ; tumor/therapic use ; review literature

【中图分类号】　R730. 5　　　【文献标识码】　A 　　　【文章编号】　1673-5269(2008) 15-1188-05

【第一作者简介】　梁燕, 女, 湖北武汉人, 硕士, 主要从事肺癌分子靶向治疗的研究工作。

Tel :86-27-82312232　E 2mail :[email protected]

　　eIF4E 是真核细胞翻译起始因子, 是真核生物蛋

白质合成翻译步骤中生成翻译起始复合物的必需因子。由于其在众翻译起始因子中含量最少,eIF4E 是蛋白质生物合成翻译起始的限速因子。同时,eIF4E 是一种原癌基因, 它在人类肿瘤中的过表达通常与预后差有关。eIF4E 是一个相对分子质量为25×103的

【通讯作者简介】　伍钢, 男, 湖北咸宁人, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事肺癌分子靶向治疗的研究工作。

Tel :86-27-65655802　E 2mail :[email protected]

・1189・

蛋白质, 与mRNA 5′末端72甲基鸟苷帽子结构识别, 协助mRNA 结合到核糖体上[1]。

1　eIF4E 的功能

1. 1　在转录起始中的作用

移[7]。用反义RNA 或4E 2BP 阻断其功能, 能抑制细

胞转化和肿瘤的生长、侵袭与转移。eIF4E 调控mR 2NA 与核糖体结合, 进而调控帽子依赖蛋白质合成, eIF4E 也可以通过选择性翻译一小部分mRNA 。这些mRNA 大多数是编码参与细胞生长、血管生成、细胞生存和恶性程度的主要蛋白, 比如Cyclin D1、鸟氨酸脱羧酶(ODC ) 、c 2myc 、V EGF 、成纤维细胞生长因子(F GF 22) 和MM P 29等。

eIF4E 的显著上调(68%) 位于核内。在核内, eIF4E 调控特异性mRNA 的生成。研究证实,eIF4E 通过在转录后水平与数个基因表达共同作用, 以控制细胞循环和细胞增殖[2]。因此,eIF4E 作为RNA 调控的中心结点发挥功能, , 。

[8]E Cyclin D1D1mRNA 水平。在MCF7乳腺癌细胞中, 雷帕霉素降低了Cyclin D1的水平, 但不影响细胞质内Cyclin D1mRNA 的水平, 说明此为转录后调节, 并与4E 2B P1参与的作用有关。用siRNA 技术的4E 2B P1的敲低模型中, 消除了雷帕霉素在Cyclin D1

传统研究显示,eIF4E 在翻译起始中行使功能[2]。eIF4E 参与帽子依赖mRNA 翻译, 翻译起始过程主要通过两种蛋白质复合物与mRNA 的结合来调控, 这两种复合物是三联体复合物和eIF4F 复合物。三联体复

α、合物是由eIF2三磷酸鸟苷(GTP ) 和蛋氨酸t RNA 构成, 该复合物与核糖体40S 亚基结合, 然后形成7甲

基2GTP 帽子mRNA , 此mRNA 与eIF4F 结合。eIF4F 是由eIF4G 和A TP 依赖的RNA 解旋酶eIF4A 和帽子结合蛋白eIF4E 。这些复合物在mRNA 上的聚集使得其在核糖体上各就其位, 翻译起始[3]。1. 2　eIF4E 在翻译和细胞核内mRNA 由于eIF4E 依赖不同的, 和mRNA mRNA 产生同mRNA 的5′帽子结构[4]。

Culjkovic 等[4]研究证实,eIF4E 是RNA 调控子

中的重要结点。eIF4E 能协同作用并促进参与细胞循环的数个基因mRNA 的生成, 这些mRNA 的共同特征是结构上在3′非编码区(3′U TR ) 有长50个核苷酸的保守序列, 并且3′U TR 是eIF4E 敏感片断(4E 2SE ) 。保守序列能够完成对mRNA 帽子结构的定位和其结合eIF4E 核小体, 在核内形成eIF4E 特异性的核糖体蛋白, 生成eIF4E 依赖的mRNA 。Keene 等[5]提出RNA 调控子假说:RNA 含有U SER 编码子, 通常在5′,3′U TR 中发现U SER 编码子。U SER 允许特定的转录物(含有U SER 的mRNA ) 与特异性蛋白质/蛋白质复合物(翻译起始因子) 结合, 实现特定水平的调控。例如eIF4E , 可能参与细胞核中mRNA 的生成, 通过mRNA 优先装载到核糖体或者翻译中的转录物的隔离, 在核内或胞质中维护mRNA 稳定性, 控制转录后水平事件的调控。这些翻译起始因子, 一方面能通过U SER 编码调控mRNA 的翻译率, 另一方面能使含有特定U SER 编码的转录物表达, 两者可同时实现。

通过增加细胞质中mRNA 的含量,eIF4E 依赖的mRNA 生成能更有效的促进包含4E 2SE 的mRNA 生

表达上的效应, 增加了Cyclin D1与核糖体的连接。Averous 还提出在一些细胞类型中, 干扰结合m TOR 的氨基酸输入, 而不是用雷帕霉素, 可能抑制细胞增殖。

Mcclusky 等[9]证实,eIF4E 强烈增加肿瘤复发风

险, 并且是淋巴结阳性乳腺癌患者的不良预后因素。Zhou 等[1]研究证实, 在乳腺癌中血管生成因子的合成与转录和翻译的调节直接相关, 即eIF4E 的表达与IL 21、V EGF 的表达密切相关, 可能促使肿瘤进展。赵艳霞等[10]研究证实,EIF4E 在非霍奇金淋巴瘤的血管生成中发挥作用, 可能通过上调V EGF 的表达而促进肿瘤血管生成。对像eIF4E 的翻译调节子的识别, 会成为今后治疗用药的方向, 将一次联合靶向多个促恶性化因子。此用药策略能控制血管生成, 并且能使更多的乳腺癌患者, 包括预后不良者, 改善治疗效果。

2　eIF4E 的调控

2. 1　4E 2BPs 调控

在蛋白质翻译起始的各因子中,eIF4E 含量最少, 其活性限制翻译起始速率。游离eIF4E 水平主要由eIF4E 结合蛋白(4E 2BP ) 和eIF4E 的结合率控制。4E 2B P 与eIF4E 在eIF4G 结合位点上的结合通过隔

成, 最终使蛋白质的产量增加[5,6]。包含4E 2SE 的mRNA 生成的惟一特征是eIF4E 依赖的mRNA 生成不通过大量mRNA 途径[4]。1. 3　细胞增殖特性在试验模型中,eIF4E 过表达改变了细胞形态, 增强细胞增殖能力, 并诱导细胞转化, 肿瘤生成和转

离限制速率以阻断eIF4F 的作用。4E 2BP (有3个家族成员) 被数个位点的磷酸化调控, 磷酸化水平增加能够降低eIF4E 的结合力。4E 2BP 的磷酸化主要由哺乳动物雷帕霉素复合物1的靶点(m TORC1) 来实现。

・1190・m TORC1感知细胞内环境的信号, 如能量、生长因子

和氧利用度, 激活相应的下游效应子[6,11]。m TORC1

磷酸化2个底物为4E 2BPs 和p70S6K , 其中p70S6K 的活动调控数个主要起始因子的结合[12]。通过该途径,m TORC1整合大量细胞内的生物合成, 决定细胞生长或增殖。2. 2　磷酸化调控

在Mnk 激酶家族的作用下,eIF4e 在第209号丝氨酸位点磷酸化。在果蝇上的基因研究指出,eIF4e 磷酸化在细胞生长和生存能力有主要作用。最初的结构显示,209号丝氨酸的磷酸化使得其与第159号赖氨酸残基形成盐键, 牢固eIF4e 与mRNA 的结合, 增加其与配体结合的亲和力[13]。

Wang 等[14]提出, 在人类肿瘤细胞中, 抑制m TOR 能增强eIF4e 磷酸化, 并研究了其机制。m TOR 沉默或其抑制物能模拟m TOR eIF4e 磷酸化水平的效应的活性, 尤其>200同源结构域蛋白都含有保守eIF4E 结合模序, 似乎都可以通过抑制eIF4E mRNA 的生成和(或) 翻译而抑制其生物学效应[16,17]。比如, 富含同源结构域蛋白PR H 的脯氨酸, 也可称作在造血中表达的同源结构域蛋白Hex , 抑制eIF4E mRNA 的生成及其致癌性转化功能[16]。但是, 一些同源结构域蛋白刺激eIF4E 的功能(特异性的mRNA 生成和翻译) 。Culjkovic 等[2]研究认为, HOXA9增强了cy 2lin D1mRNA 的生成和转录, 但没有影响翻译; 反过来, HOXA9没有改变ODC 的转录, 但是刺激其mR 2NA 的生成和翻译效率。HOXA9mRNA 的生成和翻

译依赖其与eIF4E 直接结合的能力, 但是其转录效应并非是eIF4E 依赖的。eIF4E 蛋白控, Bicoid 、Emx2和]。

3. 1　RAS 和MAP 激酶

果显示, m TOR K 在前, m TOR 抑制剂诱导eIF4e 磷酸化在后。m TOR 抑制剂通过Mnk 依赖机制增加eIF4E 磷酸化水平。如果m TOR

在生长因子与激素信号及其受体激活的数条信号通路中, 最常研究的包括Grb2、SOS 和Ras , 激活Raf 、M E K 和MA P 激酶Erk1/2。Erk1/2激活Mnk1和Mnk2, 使eIF4E 第209号丝氨酸磷酸化, 进而增加现

抑制剂在PI3K 缺失的细胞中没能增加Mnk 和eIF4e

磷酸化水平, 可以推断通过m TOR 抑制剂增加eIF4e 磷酸化水平是通过依赖PI3K 和Mnk 介导机制。此外, 还提出有效治疗策略, 通过共同靶向m TOR 和Mnk/eIF4E 磷酸化以增强m TOR 靶向治疗肿瘤的

存mRNA 翻译效率。在很多人类肿瘤中, 这些通路活性上调。大多数效应在于通过因子J un 和Fos 改变基因转录。

3. 2　PI3K 激酶信号途径

PI3K 激活和脂质第二信使PIP3生成, 使磷脂酰

效果。

2. 3　PM L 调控

数个细胞因子, 如前髓细胞白血病蛋白(promye 2locytic leukemia , PML ) , 通过改变eIF4E 的活性调控其功能。Culjkovic 等[4,15]提出, PML 是eIF4E 调控的mRNA 生成的抑制子。在体外, PML 的环区形成大约100多个折叠抑制eIF4E 与帽子结合的能力。由于PML 的环区结合到帽子的远侧端, 故此通过eIF4E 的别构效应调控来实现。同时, 在体外, PML 抑制eIF4E 的翻译功能, 在很少情况下, 胞质的PML 能损

肌醇依赖激酶PD K1和PD K2活化,Akt 磷酸化并被激活。在P TEN 的作用下, PIP3生成PIP2, PIP3水平降低。PIP3在静止细胞中含量低, 但是, 通过生长因子诱导的PI3K 激活使其迅速上升。P TEN 缺失导致PIP3的水平上升和Akt 的活动亢进。Akt 的众多分子效应包括上调m TOR 活性和数个翻译靶点磷酸化增强, 如4E 2B Ps 、eIF4G 、eIF4B 和S6K1。P TEN 缺失或Akt 的活动亢进的生物结局是细胞生长和大小的改变。

3. 3　TSC 和RHE B 及mTOR

生长因子促使葡萄糖和氨基酸的摄取, 支链氨基酸通过m TOR 和其下游效应子S6Ks 和4E 2BPs , 以刺激蛋白质合成。此外,A TP 的水平和磷脂酸直接控制m TOR 的活性。所以,m TOR 通过对翻译水平和能量物质的反应促使蛋白质合成。Akt 通过TSC (结核结

伤eIF4E 敏感的mRNA 的翻译。然而, 即使大量的PML 在核内, 其主要作用是抑制eIF4E 依赖的mRNA 的生成。迄今, PML 可阻碍所有包含4E 2SE mRNA 的产生[4]。如果, PML 能对应激信号作出反应, 如紫外线、热休克、干扰素及细胞不增殖, 不生成eIF4E mRNA 可能是显著有效和快速来完成此反应的方式。PML 过表达诱导G 1/S 期停止, 抑制eIF4E 调控的致癌性转化。这些观察与其共同损伤大量参与细胞循环和产生蛋白质的能力是一致的[4]。2. 4　组织特异性因子

节复合物) 磷酸化和失活来促使蛋白质合成。反之,

m TOR 磷酸化并激活S6核糖体蛋白激酶(S6K1和S6K2) 和4E 2B Ps 。原癌基因(Rheb ) 被认为是TSC 肿瘤抑制功能的效应子, 将TSC 和m TOR 联系起来[19]。

大量组织特异性因子在核内和胞质内调控eIF4E

・1191・

如上所述, 3条信号通路:1) RAS/Raf/M E K/Erk1/2/Mnk/eIF4E ; 2) PI3K/Akt/TSC1/2/Rheb/m TOR/4E 2B Ps ;3) P TEN/PI3K/Akt/TSC1/2/Rheb/m TOR/4E 2B Ps 。其最终都汇集在eIF4E , 通过调节翻译起始因子eIF4E 来活化翻译起始过程。

性的化疗药物可以达到更好效果。如果eIF4E ASO 治疗能降低细胞凋亡阈值, 这种联合用药将特别有效。复杂的免疫反应需要大量细胞增殖和需要合成新的蛋白质的可溶性介质的产生。因此, 全身eIF4E 水平的严重减少对免疫功能有害。Graff 等[22]认为, 其为人类多种形式的肿瘤提供了潜在广谱治疗的可能。

Byrnes 等[23]应用在腺病毒载体内粘接单纯疱疹

4　靶向eIF4E 治疗药物

　　在RNA 复杂的调控网络中, 确定何为调控结点至关重要, 因为其可在基因表达环路中寻找治疗靶点提供方案。如上所述,eIF4E 为常见细胞信号通路最终汇集点, 视为较好的治疗靶点, 有以下两种途径作用该靶点。4. 1　直接途径

破坏激活eIF4E 的信号通路, 如其上游靶点:丝/苏氨酸激酶、PI3K/Akt 系统和参与4E 2B P 家族翻译抑制子生理失活的m TOR 等抑制翻译活性, , , 如m TOR Ras 转化细胞化学敏感, 说明PI3K/m TOR 信号通路是eIF4E 干扰的靶点。然而, 雷帕霉素破坏m TOR 介导的信号通路不能恢复有异常eIF4E 激活的肿瘤细胞, 或不能抑制肿瘤发生[20]。

基因治疗方面, 有反义寡核苷酸技术、RNAi 技术(RNA interference ) 、核酶技术和自杀基因治疗模式[21]。Graff 等[22]报道, 在正常小鼠组织和肿瘤移植物中, 用第二代反义寡核苷酸(ASO ) 能有效下调肿瘤中eIF4E 的含量及蛋白质的表达, 诱导凋亡, 抑制V EGF 、Cyclin D1、c 2myc 、Bcl 22和Survivin 的表达, 抑制类血管结构形成。在未感染肿瘤的小鼠中,eIF4E ASO 降低了在肝内eIF4E 的表达, 并没有改变肝、脾的质量和体质量, 血中转氨酶的水平无升高, 没有影响球蛋白的合成。第二代eIF4E ASO 治疗eIF4E 过表达的肿瘤如此有效的原因:1) 很多肿瘤有eIF4E 过表达, 潜在抗瘤谱广。2) 很多肿瘤有信号通路的上游成分突变, 这些信号通路最终调控eIF4E , 如P TEN 。这些肿瘤对针对信号通路下游的治疗敏感。3) eIF4E 表达的增高强烈诱发肿瘤, 增加了eIF4E ASO 有效作用的可能性。4) eIF4E 过表达导致雷帕霉素耐药, 雷帕霉素和化疗药物结合可以为雷帕霉素耐药的患者提供治疗的选择。可能联合用药或eIF4E ASO 单独用药, 可以降低某些正常组织的凋亡阈值。给予eIF4E ASO 处理的肿瘤没有生长, 也没有生长抑制, 维持原大小。eIF4E ASO 是细胞毒性的还是细胞生长抑制, 还需进一步研究。如果eIF4E ASO 只是细胞生长抑制, 则单药治疗受限。联合应用eIF4E ASO 和细胞毒

病毒胸苷激酶(T K ) 基因的上游5′U TR 片断(Ad 2HSV 2U T K ) 的靶向特异性基因治疗模式, 研究了其在鼠腹膜种植瘤模型中的有效性, 证实了自杀T K 基因的翻译产物限制细胞过表达eIF4E , 联合减瘤外科手术的自杀基因治疗模式延长了鼠腹膜种植瘤模型的生存期。4. 2E , , 没有成功找到在治eIF4E 复合物的药物, 故可破坏eIF4E 三联体复合物单体的结合或者对抗eIF4E 与转录物5′末端7甲基鸟苷帽子结合。这两种方法在理论上成

立, 在应用方面的可行性要求研究点着眼于eIF4E 与mRNA 的相互作用上。目前, 阻止蛋白质交联的方法主要有基因转移、小分子多肽和新的小分子的研制。有关靶向与mRNA7甲基鸟苷帽子结合的eIF4E 帽子结合蛋白区域的晶体结构的核苷化学技术也已成熟。基于晶体学数据, 可以设计这些复合物的类似物, 占据eIF4E 表面的帽子结合凹槽。K iriakidou 等[24]鉴定出Argonaute (Ago ) 蛋白的Mid 区域与eIF4E 的m (7) G 帽子结合区域相似, 人类Ago2蛋白MC 模序的芳香残基可取代eIF4E , 与m (7) G 帽子结合以阻遏

翻译进程。

此外, 还有一个实验阶段的靶向eIF4E 帽子结合的方法, 即应用miRNA (micro RNA ) 。这个内生的长度为21个核苷酸的RNA 通过与32U TR 不完全碱基配对结合干扰特异性转录, 阻止正常翻译。比如, 内生的let 27miRN P (micro nucleoprotein ) 抑制eIF4E 与mRNA 帽子结合[20]。虽然miRNAs 在肿瘤方面的研

究尚属起步阶段, 但是其作为靶向治疗工具的潜力还是很引人注目的, 有待进一步研究[25]。

5　结语

肿瘤靶向治疗的地位日益提高,eIF4E 以其在细胞翻译中的重要性和潜在广泛抗肿瘤谱的独特优势, 在恶性肿瘤靶向治疗中地位突出。因此, 靶向eIF4E 的治疗应用有很大的研究空间。

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收稿日期:2008-02-01　修回日期:2008-03-30

(编辑:边莉)