支架蛋白IQGAP3在腫瘤中的作用及研究進展

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　　[摘要] IQGAP3是新近發現的支架蛋白家族成員之一，能與多種信號通路關鍵分子結合的一種骨架蛋白。通過與目的蛋白相互作用，參與信號通路的整合和細胞生物功能學的調節。近年來眾多研究發現，IQGAP3可通過促進腫瘤細胞增殖，增強細胞侵襲能力，降低細胞間黏附性從而在腫瘤的發生發展中扮演重要角色。
　　[關鍵詞] 支架蛋白家族;IQGAP3蛋白;信號通路;細胞生物學功能;腫瘤
　　[中圖分類號] R730          [文獻標識碼] A          [文章編號] 1673-7210（2019）05（b）-0023-04
　　[Abstract] IQGAP3 is a newly discovered member of the scaffold protein family. By interacting with its target proteins， IQGAP3 participates in many signaling pathways and regulation cellular function. In recent years， many studies have found that IQGAP3 plays an important role in tumorigenesis and development by promoting tumor cell proliferation， enhancing cell invasion and reducing intercellular adhesion.
　　[Key words] IQGAPs family; IQGAP3; Cell signaling; Cellular biological function; Tumor
　　IQGAPs（IQ motif containing GTPase activating proteins）是近年新發現的存在于哺乳動物的真核細胞中的一個蛋白家族，包含多個蛋白間相互作用的序列，調節不同的細胞進程，包括細胞黏附、胞外信號遷移和細胞分裂。其序列中含有類似于RasGAPs催化域的廣泛序列和位于N端的4個可與鈣調蛋白相互作用的IQ模體，在哺乳動物中有3個同源物IQGAP1-3。IQGAP1呈現出一種全身性地表達，是IQGAP同系物中研究最徹底的一個，其在腫瘤的發生發展過程中發揮促癌作用[1-2]，IQGAP2似乎是腫瘤抑制因子[3-4]。目前研究中發現，IQGAP3參與上皮細胞的增生，限制性地表達于肝臟、腸道及其他器官中。然而，在腫瘤發生中的作用仍不明確。IQGAP3位于lq21.3，在惡性腫瘤中是基因擴增的區域，既往研究[5]發現DNA在lq21.3擴增與胃、食管腫瘤、乳房浸潤性腫瘤有關，現綜述近年來IQGAP3在腫瘤發生發展中的研究進展。
　　1 IQGAP3的結構及表達定位
　　IQGAP家族共有IQGAP1、IQGAP2、IQGAP三位成員，其主要組成結構包括：Calponin同源結構域（CHD）、多聚脯氨酸結合結構域（WW）、鈣調蛋白結合蛋白（IQ）和GTPase激活蛋白相關結構域（RGD）等。CHD結構域可與F-actin相結合，WW結構域可與ERK1/2相互作用，IQ能與MEK1/2、Raf、EGFR以及鈣調蛋白相互作用，GTPase激活蛋白相關結構域可與Cdc42、Rac1等相互作用[6]。IQGAP3是支架蛋白家族中最新發現成員，其在人體細胞中的定位尚不清楚，在PC12大鼠嗜鉻細胞瘤細胞中IQGAP3廣泛分布于細胞漿[7]，而在培養的小鼠上皮細胞中IQGAP3分布于細胞與細胞的連接處。IQGAP1和IQGAP3在大鼠胚胎海馬的細胞體、軸突遠端和軸突生長錐中有相似的分布[7]，有文獻報道IQGAP3僅特異性表達在增殖細胞[8]。
　　2 IQGAP3的功能
　　2.1 信號通路
　　2.1.1 MAPK信號通路  MAPK通路調節多種細胞過程，如分化、增殖和遷移，在腫瘤的發生發展中扮演著重要角色[9]，其中Ras-Raf-Mek細胞外信號調節激酶l和2（ERK1/2）是該信號通路中的級聯信號通路，調節多種細胞功能，包括增殖、生長和衰老。IQGAP3作為一種骨架蛋白，與IQGAP1類似，通過結合B-Raf、MEK、ERK等MAPK通路中的信號分子，直接或間接影響信號級聯反應[8]，siRNA介導的IQGAP3基因敲低，可抑制MAPK通路中ERK磷酸化，顯著抑制Eph4乳腺上皮細胞的增殖，而且IQGAP3的外源性表達可誘導細胞增殖反應，并且這種增殖反應可被ERK抑制劑u0126所阻斷[8]，因此，IQGAP3誘導的ERK激活可能在調節細胞增殖中起作用。此外，IQGAP3在表皮生長因子（EGF）介導活化的ERK1活化過程起著重要作用，當IQGAP3表達水平降低后，ERK1對EGF刺激敏感性明顯減弱[10]。
　　2.1.2 Ras信號通路  RAS家族包括3個亞家族：H-Ras、K-Ras、N-Ras，其中K-Ras是突變率最高的基因，可達17%～25%，當K-Ras基因突變激活后，可引起細胞無限增殖，在腫瘤中有10%～20%的腫瘤發生發展和K-Ras基因突變異常激活相關。K-Ras基因位于12號染色體，分子量為21 kD，含189個氨基酸，具有GTP酶活性，在信號傳導中起著分子開關的作用，當K-Ras基因突變激活時，引起下游信號分子的改變，從而參與腫瘤細胞的增殖和轉移。IQGAP3可能通過調節K-Ras信號通路的活性，一方面通過影響其下游AKT的磷酸化，p21、p27表達下降，從而影響腫瘤細胞的增殖活動[8，11];另一方面，IQGAP3激活K-Ras信號下游的Rac和CDC42信號分子，影響腫瘤細胞的侵襲和遷移活動[5]。 　　2.1.3 TGF-β/smad信號通路  腫瘤轉移涉及到一系列腫瘤行為的發生，包括上皮細胞向間質細胞轉化過程（EMT）和局部侵襲、腫瘤細胞外滲以及繼發部位播散細胞的生長，EMT過程被認為是腫瘤轉移的關鍵一步[12-13]。在轉化生長因子β（TGF-β）信號通路中，轉化生長因子-β1受體激酶使smad2和smad3的碳端殘基磷酸化，進一步與smad4形成復合物，進而復合物的核易位調節下游基因的表達，從而刺激EMT的表達[14]。基因富集分析（GSEA）顯示IQGAP3的表達與TGF-β信號通路的激活呈正相關，Shi等[15]證明IQGAP3通過激活TGF-β/smad信號通路而促進肝癌細胞侵襲和轉移，應用TGF-β通路抑制劑SB4315242后，IQGAP3對肝癌侵襲和轉移的刺激作用減弱。
　　2.2 細胞增殖
　　近期多項研究表明IQGAP3是調節機體細胞增殖的重要分子，IQGAP3調節細胞增殖的機制是通過Ras依賴的ERK信號傳導通路的激，并且是ERK依賴性增殖信號的上游調節因子，此外，Ras突變在某種程度上也有效地減少了在沉默IQGAP3的胃癌、肝癌細胞增殖[16-17]，這說明Ras是IQGAP3下游的功能影響因子。在體內實驗中，Yang等[10]將攜帶表達IQGAP3特異性shRNA慢病毒載體的肺癌細胞注入裸鼠尾靜脈，于第42天處死動物取肺組織進行分析，與對照組比較，IQGAP3基因低表達細胞在小鼠體內致瘤性較對照組降低，表現為肺體積和重量明顯減輕，IQGAP3基因敲除細胞在體內的致瘤潛能降低可能是由于細胞定植或增殖受損或兩者兼而有之。
　　2.3 細胞黏附
　　E-鈣黏蛋白屬于細胞黏附家族，是跨膜鈣離子依賴的黏附蛋白，通過其同源二聚體的細胞黏附功能來保持細胞的分化和表皮細胞的極性以及正常細胞骨架結構[18-19]，因此，當E-鈣黏蛋白表達水平降低時，細胞黏附結合作用喪失，使得細胞間接觸松散及細胞極性紊亂[20]。Yang等[10]證明IQGAP3能與E-鈣黏蛋白共同表達在細胞連接處并相互結合，共同調控細胞黏附，當下調肺癌細胞IQGAP3蛋白表達，E-鈣黏蛋白表達水平升高及細胞黏附活性顯著降低。
　　3 IQGAP3在腫瘤中發生發展的作用
　　3.1 IQGAP3在腫瘤組織中的表達
　　IQGAP3定位表達在1q21.3染色體上，而1q21.3是腫瘤基因擴增的熱點。近年來研究發現，與正常組織相比，在胃癌[11]、肝癌[15]、胰腺癌[21]、乳腺癌[5]等多種腫瘤中IQGAP3基因處于高表達狀態。在眾多Western blot和免疫組化研究結果顯示，IQGAP3在肺癌[10]、膽囊癌[22]、肝癌[23]等多種腫瘤中蛋白水平高表達。除了在腫瘤中表達升高外，IQGAP3的表達水平與某些腫瘤分期相關，例如在肺癌、乳腺癌中Ⅱ期比Ⅰ期增高[3]，另外，IQGAP3在前列腺癌和腎癌中Ⅲ期較Ⅱ期表達水平升高[3]。在胰腺癌患者中，IQGAP3表達水平與患者整體生存期相關，即IQGAP3表達水平越高，腫瘤患者生存期越短[21]。由此，可看出IQGAP3影響腫瘤分期及患者預后，有望成為腫瘤治療評估及判斷預后分子標志物。
　　3.2 IQGAP3對腫瘤細胞生物學功能的影響
　　IQGAP3對腫瘤細胞生物學關系密切，包括細胞的增殖、遷移及侵襲。侵襲性較強的肝癌細胞MHCC97H的IQGAP3蛋白水平高于侵襲能力相對較弱的HCCLM3細胞和正常肝細胞株LO2[15]，提高HCCLM3中的IQGAP3蛋白表達水平后，細胞增殖較對照組顯著提高，低表達IQGAP3水平后細胞增殖能力受到抑制。并且提高IQGAP3蛋白表達水平后，腫瘤細胞上皮細胞間質轉化標志物如E-鈣黏蛋白表達降低，N-鈣黏蛋白表達水平升高。同樣，IQGAP3也影響其他腫瘤細胞學功能，Hu等[5]利用小干擾RNA技術降低乳腺癌細胞株BT747和ZR-30中IQGAP3蛋白表達后，細胞侵襲及遷移能力減弱。
　　3.3 IQGAP3在腫瘤中的診斷價值：
　　現有的腫瘤標志物如甲胎蛋白（AFP）、前列腺特異性抗原（PSA）、癌胚抗原等對腫瘤患者血清中的診斷敏感性和特異性有限，單項應用時可能會出現誤診，因此發現一種能在早期診斷腫瘤并指導臨床治療和評斷預后因子就非常重要了。Qian等[24]收集肝癌、肝硬化及正常人血清，檢測各組中血清中IQGAP3和AFP的表達水平，并評估IQGAP3在診斷小肝癌及AFP陰性肝癌的價值。結果顯示，在肝癌患者的血清中，IQGAP3的表達與肝硬化和健康對照組相比較明顯升高，且IQGAP3蛋白水平與肝癌患者的病因、腫瘤大小、TNM分期和Child Pugh分級有關，在IQGAP3蛋白可以用來診斷AFP陰性的肝癌，其敏感性和特異性分別為81.6%、71.6%。在小肝癌組，IQGAP3蛋白的敏感性是75.3%，其診斷能力較單獨應用AFP的曲線下面積0.815明顯增加（P < 0.01）。因此，QGAP3可以作為肝癌的診斷因子，尤其是在AFP陰性肝癌和小肝癌。此外，有研究[25]顯示尿中IQGAP3游離核酸水平是診斷膀胱癌的一個有價值的指標，因此IQGAP3尿液中游離核酸分子水平可作為鑒別膀胱癌患者與非癌癥血尿患者的一種合適的無創診斷工具。
　　4 小結
　　許多由IQGAP3介導參與的細胞生物學活動都與腫瘤的發生發展密切相關，且其表達水平對診斷和評估腫瘤患者的預后有重大意義。IQGAP3作為癌基因普遍高表達于多種腫瘤，它與結合分子Cdc42、E-cadherin、β-catenin及MAPK信號通路成員等的相互作用對腫瘤的生長和侵襲轉移有重要影響。因此，通過生物學技術干預IQGAP3的表達水平發揮臨床治療作用在理論上是可行的，有望成為新型腫瘤治療靶點。
　　[參考文獻] 　　[1]  Su D，Liu Y，Song T，et al. Knockdown of IQGAP1 inhibits proliferation and epithelial-mesenchymal transition by Wnt/beta-catenin pathway in thyroid cancer [J]. Onco Targets Ther，2017，10：1549-1559.
　　[2]  Wu CC，Li H，Xiao Y，et al. Over-expression of IQGAP1 indicates poor prognosis in head and neck squamous cell carcinoma [J]. J Mol Histol，2018，49（5）：1-10.
　　[3]  Kumar D，Hassan MK，Pattnaik N，et al. Reduced expression of IQGAP2 and higher expression of IQGAP3 correlates with poor prognosis in cancers [J]. PLoS One，2017，12（10）：e0186977.
　　[4]  Ozdemir ES，Jiang H，Gursoy A，et al. Unraveling the molecular mechanism of interactions of the Rho GTPases Cdc42 and Rac1 with the scaffolding protein IQGAP2 [J]. J Biol Chem，2018，293（10）：3685-3699.
　　[5]  Hu G，Xu Y，Chen W，et al. RNA interference of IQ motif containing GTPase-activating protein 3（IQGAP3） inhibits cell proliferation and invasion in breast carcinoma cells [J]. Oncol Res，2016，24（6）：455-461.
　　[6]  Monteleon CL，McNeal A，Duperret EK，et al. IQGAP1 and IQGAP3 serve individually essential roles in normal epidermal homeostasis and tumor progression [J]. J Invest Dermatol，2015，135（9）：2258-2265.
　　[7]  Wang SWT，Noritake J，Fukata M，Yoshimura T，et al. IQGAP3，a novel effector of Rac1 and Cdc42，regulates neurite outgrowth [J]. J Cell Sci，2007，120（Pt 4）：567.
　　[8]  Nojima H，Adachi M，Matsui T，et al. IQGAP3 regulates cell proliferation through the Ras/ERK signalling cascade [J]. Nat Cell Biol，2008，10（8）：971-978.
　　[9]  Evans MK，Brown MC，Geradts J，et al. XIAP regulation by MNK links MAPK and NFκB signaling to determine an aggressive breast cancer phenotype [J]. Cancer Res，2018， 78（7）：1726-1738.
　　[10]  Yang Y，Zhao W，Xu QW，et al. IQGAP3 promotes EGFR-ERK signaling and the growth and metastasis of lung cancer cells [J]. PLoS One，2014，9（5）：e97578.
　　[11]  Oue N，Yamamoto Y，Oshima T，et al. Overexpression of the Transmembrane Protein IQGAP3 Is Associated with Poor Survival of Patients with Gastric Cancer [J]. Pathobiology，2017，85（3）：192-200.
　　[12]  Xu M，He J，Li J，et al. Methyl-CpG-binding domain 3 inhibits epithelial-mesenchymal transition in pancreatic cancer cells via TGF-beta/Smad signalling [J]. Br J Cancer，2017，116（1）：91-99.
　　[13]  Xiao C，Wu CH，Hu HZ. LncRNA UCA1 promotes epithelial-mesenchymal transition（EMT） of breast cancer cells via enhancing Wnt/beta-catenin signaling pathway [J]. Eur Rev for Med Pharmacol Sci，2016，20（13）：2819-2824. 　　[14]  Katsuno Y，Lamouille S，Derynck R. TGF-beta signaling and epithelial-mesenchymal transition in cancer progression [J]. Curr Opin Oncol 2013，25（1）：76-84.
　　[15]  Shi Y，Qin N，Zhou Q，et al. Role of IQGAP3 in metastasis and epithelial-mesenchymal transition in human hepatocellular carcinoma [J]. J Transl Med，2017，15（1）：176.
　　[16]  Jinawath N，Furukawa Y，Nakamura Y. IQGAP3 promotes tumor cell migration and invasion via interactions with Cdc42，Rac1，RhoA and R-Ras，and is involved in cytokinesis [J]. Cancer Res，2006，47：1822-1869.
　　[17]  Kunimoto K，Nojima H，Yamazaki Y，et al. Involvement of IQGAP3，a regulator of Ras/ERK-related cascade，in hepatocyte proliferation in mouse liver regeneration and development [J]. J Cell Physiol，2010，220（3）：621-631.
　　[18]  Chang KK，Cho SJ，Yoon C，et al. Increased RhoA activity predicts worse overall survival in patients undergoing surgical resection for lauren diffuse-type gastric adenocarcinoma [J]. Ann of Surg Oncol，2016，23（13）：4238-4246.
　　[19]  Zhang J，Chen XY，Huang KJ，et al. Expression of FoxM1 and the EMT-associated protein E-cadherin in gastric cancer and its clinical significance [J]. Oncol Lett，2016，12（4）：2445-2450.
　　[20]  Sciacovelli M，Gon？觭alves E，Johnson TI，et al. Fumarate is an epigenetic modifier that elicits epithelial-to-mesenchymal transition [J]. Nature，2016，537（7621）：544-547.
　　[21]  Xu W，Xu B，Yao Y，et al. Overexpression and biological function of IQGAP3 in human pancreatic cancer [J]. Am J Transl Res，2016，8（12）：5421.
　　[22]  邵子誠，張耀東，盧澤法，等.IQGAP3通過上調WNK1促進膽管癌細胞增殖[J].南京醫科大學學報，2018，38（8）：1043-1048.
　　[23]  Shi Y，Nan Q，Qiang Z，et al. Role of IQGAP3 in metastasis and epithelial-mesenchymal transition in human hepatocellular carcinoma [J]. J Transl Med，2017，15（1）：176.
　　[24]  Qian EN，Han SY，Ding SZ，et al. Expression and diagnostic value of CCT3 and IQGAP3 in hepatocellular carcinoma [J]. Cancer Cell Int，2016，16（1）：1-8.
　　[25]  Kim WT，Kim YH，Jeong P，et al. Urinary cell-free nucleic acid IQGAP3：A new non-invasive diagnostic marker for bladder cancer [J]. Oncotarget，2018，9（18）：14354-14365.
　　（收稿日期：2018-10-18  本文編輯：蘇   暢）
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