自噬基因Beclin1的研究现状

自噬基因Beclin1的研究现状Beclin1基因也称BECN1基因，是酵母ATG6的同系物,也是哺乳动物参与自噬的特异性基因。大量研究表明beclin1不仅参与自噬体的形成,还可通过调节自噬活性对肿瘤发生、发展起着重要作用。1自噬及自噬基因Beclin1基因的概述自噬现象是一种高度保守的细胞行为,几乎存在于所有的物种,与细胞的生长、增殖，以至肿瘤的发生过程关系密切。主要参与细胞内大分子物质的循环及再利用、受损细胞器的清除，在维护细胞内环境稳态方面起重要作用，并且是完整细胞器和大分子蛋白降解的主要途径[2]。自噬体的形成与ATG(AuTophaGy-relatedgene)系列基因有关。自噬是一种选择性的非caspase依赖的程序性细胞死亡[3]。细胞自噬是体内多余的蛋白质和亚细胞成分在溶酶体降解的复杂的催化过程．是正常细胞的功能[2]。自噬性细胞死亡有别于凋亡(I型程序性死亡)，因而被称为Ⅱ型程序性死亡。自噬调控机制的失调与多种疾病的发生发展有关，如神经变性性疾病、自身免疫病、恶性肿瘤、衰老、病原微生物感染、肌细胞功能失调等[4]。近年来自噬与肿瘤的关系引起了广泛的关注，对于自噬在肿瘤中的表达情况和在肿瘤发生中的作用，以及在不同器官肿瘤，或者同一器官不同类别肿瘤，甚至同一肿瘤的不同发展阶段的表达情况，各研究结果报道不一致。在肿瘤发展的早期，自噬抑制肿瘤的形成，此时阻碍自噬导致癌前病变的发展，自噬相关基因在多种恶性肿瘤中存在着单染色体缺失，相对表达量相应减少。自噬在肿瘤的发生过程中的主要作用体现在：自噬通过调节细胞内过氧化物浓度，改变体内蛋白代谢紊乱状态、保持内环境稳定、抑制肿瘤的形成；自噬功能降低则会增加氧化应激，增加致瘤性突变的积累[5]。自噬现象贯穿于真核细胞正常生长增殖和病理生理过程，对细胞的作用具有双重性，在疾病进展的不同阶段，或者细胞周围环境发生变化和治疗干预措施的不同时，对细胞会产生不同的影响[6-8]。Beclin1基因也称BECN1基因，是酵母ATG6的同系物,也是哺乳动物参与自噬的特异性基因。1998年Liang等[9]在致死性Sinbis病毒性脑炎的大鼠中发现一种分子量为60ku的蛋白质，他们将编码这种蛋白质的基因命名为beclin1。1999年Aita等[1]发现编码该蛋白的基因Beclin1位于人染色17q21，并成功克隆了beclin1基因，该基因完整的cDNA序列编码2098bp的转录序列，5UTR120bp，编码区1353bp，3UTR625bp，与酵母的自噬基因apg6/vps30有高度的同源性。Beclin1基因主要通过与Ⅲ型PI3K(phosphatidylinositol3，kinase)形成复合体来调节其它的ATG蛋白在自噬前体结构中定位，调节自噬活性[3,10]。已经证实通过上调beclin1在哺乳动物细胞中的表达能够刺激自噬的发生[9]。2Beclinl基因的研究现状(1)IArsov等用BAC荧光染料处理beclin1(Beclin1-GFP)转基因小鼠，以此来研究beclin1的表达和功能。他们发现Beclin1-GFP广泛表达于小鼠的组织中，在体外培养的细胞中主要集中分布在高尔基体外侧网络。Beclin1-GFP蛋白广泛分布于全身组织的细胞质中，而不是局限于某些特殊的细胞腔隙内，这一结果与以前认为beclin1主要局限于转运高尔基体中的理论相反，也提示了beclin1的功能可能比我们以前所认为的广泛的多[11]。Yue[12]等应用beclin1基因敲除小鼠的胚胎干细胞,发现缺乏beclin1基因的小鼠死于胚胎早期，beclin1不足的胚胎亦不能存活超过8.5d，其原因可能为自噬在维持内环境稳定、细胞的发育/分化重塑、细胞适应应力条件方面是必须的，beclin1的不足导致他们没有能力经受细胞重塑和内胚层的分化，引起胚胎早期死亡[13]。Beclin1缺乏的胚胎表现出过度的凋亡，提示这一蛋白可能为抑制自噬作用的蛋白。同时，有报道beclin1在某些肿瘤中低表达，beclin1缺失的小鼠自发的和病毒诱导的肿瘤发生率增加，包括上皮性的和血液性的恶性肿瘤。体外培养的beclin1缺失的细胞自噬减少，而且有实验证实杂合子beclin1小鼠虽然表型正常但自发性肿瘤的发生率会增加，HBV病毒的致癌作用加速，细胞增生增强，小鼠的自噬作用减少。这一结果提示，自噬基因beclin1的在负性菌体生长调控和肿瘤抑制发生方面有重要作用[11]。(2)Beclin1与凋亡抑制因子bcl-2在B淋巴细胞中的表达呈现平行的现象。Bcl-2在原始B细胞和成熟B细胞中高表达，但在前B细胞及未成熟B细胞中低表达，下调前B细胞中的bcl-2含量加速细胞死亡，与此同时，beclin1也呈现表达下调的现象[11]。有研究指出beclin1是与凋亡抑制因子bcl-2相结合而发生作用的，其与bcl-2蛋白相结合可以抑制细胞的自噬，并能抑制Sinbis病毒的复制，减少中枢神经系统的凋亡，并可能在宿主的抗病毒防御上起作用。而当bcl-2未与beclin1作用时，细胞自噬现象大量发生[14]。Beclin1出现于自噬的有关步骤中，但并不参与自噬泡生成的全程。可以认为beclin1是一个自噬的调节蛋白而不是必须蛋白。最近有报导beclin1与自噬和凋亡的调节均有关，beclin1可能同时参与两种程序性细胞死亡过程。另有学者研究发现灭活bec-1基因(哺乳动物beclin1的直系同源基因)，在线虫中可以引发凋亡的发生，相反的，beclin1过表达的哺乳动物细胞中病毒介导的细胞死亡会减少。此外，凋亡抑制因子bcl-2在酵母和哺乳动物细胞中，通过与beclin1相互作用，抑制饥饿介导的自噬[13]。这种自噬蛋白beclin1和凋亡抑制因子bcl-2之间的相互作用代表了组织中两种主要的细胞死亡途径一个连接点。值得关注的是，有研究表明凋亡抑制因子bcl-2和beclin1相互作用，调节对方的凋亡和自噬[15]。这就为自噬和凋亡之间的相互关系提出了一种新的假设。(3)目前，beclin1已被确定为一个新的候选抑癌基因，据报道75%卵巢癌、50%乳腺癌以及40%前列腺癌中存在BECN1基因的缺失性突变[1]。Beclin1等位基因敲除的小鼠发生自发性恶性变(包括乳腺肿瘤、肺癌、肝癌等)几率增加,且易受HBV诱导的前恶变性损伤。在人乳腺癌细胞株MCF-7中beclin1蛋白表达下降，几乎检测不到。Liang等[9]将beclin1稳定转染MCF-7细胞株后，发现自噬空泡的数量增加，癌细胞体外增殖能力及恶性表型下降，并且在裸鼠中肿瘤形成能力降低。由此可见beclin1是参与自噬调控的重要基因，其表达强度与自噬活性密切相关。大量研究表明beclin1不仅参与自噬体的形成，还可通过调节自噬活性对肿瘤发生、发展起着重要作用[1]。但它和传统的抑癌基因不同，beclin1的双等位基因失活还没在人类肿瘤中得到证实，而且，迄今为止，这个基因没有完全符合Knudson关于抑癌基因的二次突变假说。例如，在乳腺癌细胞基因片段分析中没有发现beclin1的缺失，也没有发现突变存在于编码区内和剩余的等位基因剪接位点内。RNA印迹分析也没有鉴别出异常的beclin1转录产物，纵使beclin1的双等位基因失活还没在人类肿瘤中得到证实，但有证据证明减少beclin1蛋白表达会促进乳腺肿瘤的发生：第一，beclin1蛋白表达于所有正常的乳腺上皮细胞内，但这一蛋白的水平在恶性乳腺肿瘤上皮细胞内通常降低或未被检出。第二，转移入人类乳腺癌细胞株MCF7中的beclin1基因除了可以促进自噬以外还联合有抑癌基因的功能。在这些MCF7细胞株中可诱导表达出野生型beclin1，但不是自噬表达缺陷的突变体beclin1，这种野生型beclin1使细胞失去恶性的形态学特性，可减少细胞增殖率，损害集落生成，和减少小鼠的肿瘤生成活性。第三，三苯氧胺(一种广泛用于治疗乳腺癌的雌激素对抗剂)可以诱导出beclin1在MCF7细胞株中的表达和自噬。基于这些研究，我们可以假设beclin1是一种单等位基因缺失的肿瘤抑制基因，也就是说其只有在双等位染色体都表达时才能够发挥抑癌作用[16]。(4)Beclin1基因还和一些肿瘤相关信号传导通道关系密切,例如:PTEN通道和Rb信号传导通道都与beclin1不同程度相关[17]，这就为某些肿瘤的发生发展机制提供了新的研究方向。Beclin1也能有协同其他药物的抗肿瘤作用，上调beclin1的表达能够增强顺铂诱导的胃癌细胞系MKN28凋亡，抑制beclin1则削弱了顺铂的细胞毒作用[18]。Beclin1蛋白表达的减少还有可能与某些非肿瘤性疾病的发生有关。例如近来有研究发现阿尔茨海默病早期，病变所累及的大脑区域beclin1蛋白表达量减少[19]。3展望虽然目前beclin1已被确定为一个新的候选抑癌基因，但其参与自噬，调节程序性细胞死亡，与其他因素相互作用抑制肿瘤形成的机制尚无统一认识。综合国内外的实验报道，近年来自噬与肿瘤的关系引起了广泛的关注，对于自噬在肿瘤中的表达情况和在肿瘤发生中的作用，以及在不同器官肿瘤，或者同一器官不同类别肿瘤，甚至同一肿瘤的不同发展阶段的表达情况，都有所不同，因此beclin1作为自噬基因其在肿瘤发生发展中的作用仍有很大的研究空间。Beclin1与自噬和凋亡的调控都有关，可能同时参与两种程序性细胞死亡过程，自噬与凋亡之间存在着密切联系，以beclin1作为基因治疗的靶点，可同时促进两种程序性细胞死亡的发生，为我们提供了肿瘤基因治疗的新思路。近期也出现了一些Beclin1协同其他药物抗肿瘤作用的报道，也为肿瘤的治疗开辟了新的前景。