PNAS-4是新近發現的一個促凋亡的新基因。近年來PNAS-4在腫瘤基因治療基礎研究有大量的報道, PNAS-4基因治療及聯合化學藥物治療或放療顯示了較好的應用前景, 但PNAS-4促凋亡的分子機制尚不完全清楚。本文綜述了近年來PNAS-4在腫瘤基因治療領域的研究進展, 并著重對PNAS-4促凋亡的分子機制的現有假說進行概括。根據PNAS-4新發現的結構域特征, 筆者提出PNAS-4可能是作為一種新的去SUMO化異肽酶, 通過去蛋白SUMO化來調節某些與凋亡相關的靶蛋白的功能, 從而發揮促凋亡的功能。
引用本文： 周斌, 李園. 促凋亡新基因PNAS-4在基因治療領域的研究進展及其分子機制假說. 生物醫學工程學雜志, 2015, 32(6): 1380-1384. doi: 10.7507/1001-5515.20150244 復制
0 引言
細胞凋亡又稱Ⅰ型程序性細胞死亡，是由一系列基因控制的細胞自主生理性死亡[1-2]。細胞凋亡對維持細胞的增殖、分化和內環境穩定是非常重要的一環，而腫瘤發生的重要原因之一是細胞凋亡異常，細胞凋亡的異常可導致細胞生長失控和腫瘤形成[3-5]。此外，凋亡機制的正常與否對腫瘤治療的易感性也相當關鍵[6-7]。
PNAS-4是新近發現的一個具有促凋亡作用的新基因。人PNAS-4基因位于人染色體1q44。全長4 208 bp, 包含5個外顯子和4個內含子。cDNA長585nt, 編碼194個氨基酸, 蛋白分子量為21 444 Da。該基因存在另一剪切異構體，與上述經典的序列相比，缺少第3外顯子和第4外顯子前5個堿基，相應缺少第39位至71位總共33個氨基酸，因此編碼氨基酸長度為161個氨基酸，蛋白分子量為17 808 Da。關于這兩種剪切體的分布和功能差異尚不清楚。PNAS-4是一高度保守基因，在多種動物有機體中，PNAS-4基因都具有高度同源的基因序列。Yao等[8]發現在模式生物斑馬魚中沉默PNAS-4基因，可導致體軸變短變寬和由于會聚延伸運動缺陷導致的脊索前板錯位等原腸胚形成缺陷，而過表達PNAS-4則導致體軸變長但同樣抑制會聚；而Yan等[9]發現對爪蟾活體顯微注射PNAS-4可通過凋亡導致爪蟾和斑馬魚胚胎眼發育障礙，注射PNAS-4反義核酸則表現為頭部發育缺失和短軸的表型[9]。PNAS-4的過表達和基因沉默引起的表型并不一致，筆者推測這可能是由于PNAS-4并非直接發揮促凋亡作用而可能間接調控凋亡相關基因所致。
1 以PNAS-4為靶點的腫瘤基因治療
基因治療是目前在研究和臨床應用上蓬勃發展的新興療法，被《Science》雜志評為2009年十大科學突破之一[10-11]。基因治療臨床試驗方案中，超過60%的方案用于腫瘤治療[12-13]。由于腫瘤的發生發展是多基因參與、多階段發生的復雜病理生理過程[14]，而傳統腫瘤治療模式難以從基因水平改變腫瘤的遺傳性變異，腫瘤基因治療卻能夠從根本上糾正腫瘤細胞的遺傳缺陷，因此基因治療有望成為腫瘤綜合治療中不可或缺的治療手段[15-19]。
目前PNAS-4用于腫瘤基因治療方面的基礎研究已有大量的報道。Yan等[20]發現PNAS-4質粒過表達可促使肺癌細胞株A549凋亡增加(過表達組、空白對照組、脂質體組、空載組凋亡細胞率分別為36.1%、2.1%、2.6%、4.9%)，而在C57BL/6肺癌模型小鼠中，注射PNAS-4質粒的小鼠的生存期(平均52.8 d)較空載對照組(平均40.8 d)顯著延長，同時其凋亡細胞率亦較對照組顯著增加。Hou等[21]則進一步研究PNAS-4基因治療與吉西他濱聯合治療肺癌的效果，發現在肺癌細胞A549中，聯合治療組細胞凋亡率(61.4%)較PNAS-4單獨組(26.8%)、吉西他濱單獨組(28.6%)及空載對照組(15.2%)均顯著增加，而在裸鼠肺癌模型中，聯合治療組腫瘤體積顯著小于PNAS-4單獨組和吉西他濱單獨組，同時聯合治療組細胞凋亡率顯著高于PNAS-4單獨組和吉西他濱單獨組。曾輝等[22]采用PNAS-4與放射聯合治療Lewis肺癌LL2細胞，發現聯合治療組細胞凋亡率(51.3%)較空白組(4.9%)、空載組(11.1%)、PNAS-4單獨組(26.5%)、放療單獨組(13.8%)、放療+空載組(12.1%)均顯著增加而生存降低。Yang等[23]研究了PNAS-4過表達在卵巢癌中的作用，發現卵巢癌細胞SKOV3轉染后72 h，PNAS-4組細胞增殖抑制率(59.8%)顯著高于空載組(24.7%)和脂質體單獨組(21.9%)，同時PNAS-4組細胞凋亡率(82.6%)顯著高于空載組(24.3%)、脂質體單獨組(16.1%)和PBS空白組(4.7%)，而PNAS-4基因治療小鼠組38天腫瘤體積[(40.18±5.85)mm3]顯著小于PBS空白組[(259.69±19.24)mm3]、脂質體單獨組[(144.40±16.32)mm3]和空載組[(183.46±14.63)mm3]；同時PNAS-4基因治療小鼠組較對照組凋亡顯著增加，血管生成顯著減少，每個血管熱點平均微血管數目分別為：PNAS-4基因治療小鼠組4.22±0.81，PBS空白組16±1.1，脂質體單獨組15.67±1.52，空載組11±1.27。Yuan等[24]發現小鼠PNAS-4過表達能顯著增強和厚樸酚在直腸癌LL2細胞的凋亡，聯合治療組細胞凋亡率(58.6%)顯著高于空白組(15.9%)、空載組(23%)、和厚樸酚單獨組(47.3%)和PNAS-4單獨組(40.6%)，同時聯合治療組細胞生長抑制率(74%)顯著高于和厚樸酚單獨組和PNAS-4單獨組(都小于50%)，而在另外一種直腸癌CT26細胞株上，聯合治療組細胞生長抑制率(81%)也顯著高于和厚樸酚單獨組(53%)和PNAS-4單獨組(62%)；而在CT26和LL2移植瘤小鼠模型上，CT26移植瘤經聯合治療組治療34 d后腫瘤體積[(412.86±46.94)mm3]較PBS空白組[(3 572.22±319.34)mm3]、和厚樸酚單獨組[(1 768.71±245.67)mm3]、PNAS-4單獨組[(772.7±161.14)mm3]顯著縮小，LL2移植瘤經聯合治療組治療34 d后腫瘤體積[(709.97±65.78)mm3]亦較PBS空白組[(4 919.94±660.76)mm3]、和厚樸酚單獨組[(2 178.66±229.44)mm3)]、PNAS-4單獨組[(1 212.27±188.11)mm3]顯著縮小，生存曲線分析發現CT26移植瘤經聯合治療組治療后平均生存期(57 d)顯著高于空白組或空載組(皆少于43 d)、和厚樸酚或PNAS-4單獨組(52 d)，而且血管生成顯著減少，凋亡顯著增加。Yuan等[25]還在另一研究中采用直腸癌細胞CT26、肺癌細胞LL/2、卵巢癌細胞SKOV3進行PNAS-4過表達和順鉑的聯合治療，發現在CT26細胞中聯合治療組細胞生長抑制率(74%)顯著高于PNAS-4單獨組(59%)和順鉑單獨組(51%)，在LL/2細胞中聯合治療組細胞生長抑制率(57%)顯著高于PNAS-4單獨組或順鉑單獨組(皆小于25%)，在SKOV3細胞中聯合治療組細胞生長抑制率(64%)也顯著高于PNAS-4單獨組(43%)和順鉑單獨組(40%)，同時聯合治療組細胞凋亡率明顯增高；而在CT26和LL/2移植瘤小鼠上進一步發現，聯合治療組相比于PBS空白組約延遲了20 d達到900 mm3的腫瘤體積，而順鉑單獨組分別延遲8 d(CT26)和4 d(LL/2), 此外聯合治療組生存期顯著延長，壞死/凋亡顯著增多。
2 PNAS-4促凋亡作用的分子機制
雖然PNAS-4基因治療及聯合化學藥物治療或放療顯示了較好的應用前景，但關于PNAS-4參與的信號通路和如何促進細胞凋亡的分子機制現在尚未完全清楚，目前主要有四種假說。
第一種假說是由倫敦大學Daniel提出，在其博士論文中，通過數學建模和定量數據分析，他提出PNAS-4是p53的靶基因[26]。然而，Zhou等[27]通過體外實驗沉默p53后檢測PNAS-4的表達，通過同時分析組織樣本p53的突變情況與PNAS-4表達水平的關聯，以及通過生物信息學的方法分析PNAS-4是否存在p53結合位點的特征序列等證據，基本上否定了PNAS-4是p53的靶基因，因此p53調控PNAS-4來發揮促凋亡作用這一假說基本上是不成立的。
第二種假說是由Yan等[20]提出的PNAS-4通過線粒體凋亡途徑發揮促凋亡功能的假說。他們發現PNAS-4過表達的細胞中Bcl-2表達下降而Bax表達上調，同時細胞色素C在細胞質中顯著增加而在線粒體中下降，表明PNAS-4過表達可造成細胞色素C的釋放，而細胞色素C釋放的下游重要事件之一——caspase-3的切割也被證實，caspase-3被切割后是凋亡關鍵的效應分子，可導致核酸內切酶的激活和造成隨后DNA斷裂[28-31]。但該假說對PNAS-4如何使Bax表達上調和細胞色素C釋放的具體機制未進一步闡明。
第三種假說則是Gou等[32]提出PNAS-4可能通過前胸腺素ɑ和膜聯蛋白A1促凋亡。他們采用蛋白組學對PNAS-4過表達引起的A549細胞凋亡后的蛋白表達的變化進行了測量，共發現20個表達發生變化的蛋白。然后他們還采用免疫印跡的方法對其中的前胸腺素ɑ(表達下調)和膜聯蛋白A1(表達上調)的變化進行了驗證。前胸腺素ɑ是一強酸性核蛋白，可通過抑制凋亡體的形成來抑制caspase的激活，抑制前胸腺素ɑ可導致Hela細胞凋亡[33-34]。而膜聯蛋白A1是鈣依賴磷脂結合蛋白家族成員，通過抑制MAPK、阻遏Erk和激活caspase-3顯示了促凋亡效應[35-40]。因此，他們認為PNAS-4可能通過下調前胸腺素ɑ和上調膜聯蛋白A1來促使細胞凋亡。
第四種假說則是筆者根據PNAS-4的結構特征而新提出的——PNAS-4可能是通過去蛋白小泛素樣修飾(small ubiquitin-like modifier, SUMO)化來促進細胞凋亡。近期研究發現PNAS-4含有一個名為PPPDE的保守結構域，美國國立生物技術信息中心(NCBI)已將PNAS-4基因的官方名稱更名為DeSI-2。DeSI-2是新近發現的去SUMO化異肽酶DeSI(DeSumoylating isopeptidase)家族成員[41]。PNAS-4(DeSI-2)和該家族的另一成員DeSI-1高度相似，都含有一異肽酶結構域(圖 1)。Shin等已首先采用免疫共沉淀證明DeSI-1可直接與BZEL(一種新的轉錄抑制因子)發生相互作用，繼而通過實驗發現DeSI-1可去SUMO化而不是去泛素化，而不能去SUMO化BZEL。然后又發現DeSI-1不能去SUMO化PML和△NP63，二者都是最早發現的去SUMO化酶家族-SENPs(sentrin-specific proteases)的底物，從而證實DeSI-1屬于第二類新發現的SUMO蛋白酶[41]。SUMO是新發現的類泛素化蛋白修飾方式，與泛素化不同的是這種修飾并不降解蛋白，而是調節蛋白的功能，已陸續發現其在DNA損傷修復、細胞周期調控、轉錄活性調控、核質物質轉運、染色體分離等方面發揮著廣泛的作用，并發現與腫瘤關系密切，可促進腫瘤的發生、發展和轉移[42-46]。SUMO化同泛素化一樣，是一個可逆的過程，其去SUMO修飾的過程是由去SUMO化酶(deSUMOylases)介導的[47-48]。因此鑒于PNAS-4(DeSI-2)和DeSI-1結構的高度相似性[41]，PNAS-4可能是作為一種新的去SUMO化異肽酶，通過去蛋白SUMO化來調節某些與凋亡相關的靶蛋白的功能，從而發揮促凋亡的功能。
圖1
DeSI-1和PNAS-4 (DeSI-2)結構對比示意圖
Figure1.
Structure diagram of DeSI-1 and PNAS-4(DeSI-2)
關于PNAS-4可能調節靶蛋白來促凋亡目前已有一些間接的實驗證據。首先，PNAS-4過表達可以上調蛋白酶體亞單位PSMB6的mRNA和蛋白的表達[32]。其次，PNAS-4的過表達可增加Bax和p21的表達[20]。而Bax和p21皆為短壽命的促凋亡蛋白。Bax可與線粒體中抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL相互作用并抑制Bcl-2和Bcl-xL，導致細胞色素c釋放并激活caspase級聯通路。P21是抑制細胞周期蛋白相關激酶的Cip/Kip家族成員，可通過結合和鈍化細胞周期蛋白/細胞周期蛋白相關激酶復合物導致細胞周期停滯于G1-S期[49-50]。現有研究表明PNAS-4的過表達可使細胞周期停滯于S期[20]。但PNAS-4是否是通過去SUMO化來調節PSMB6、Bax和p21等抑或是其他凋亡相關蛋白來發揮促凋亡的作用還有待進一步研究。
3 展望
PNAS-4具有促進細胞凋亡的作用，已在腫瘤基因治療基礎研究領域有大量的報道，引起許多研究者的關注。但目前PNAS-4促凋亡的分子機制尚不清楚。例如，PNAS-4是否為去SUMO化酶，PNAS-4相互作用的蛋白分子有哪些，PNAS-4參與的信號通路有哪些，PNAS-4如何引起細胞凋亡。這些問題有待研究者們進一步闡明。相信這些機制的闡明對PNAS-4在腫瘤基因治療以及其他領域中的應用都具有更好的指導作用。
0 引言
細胞凋亡又稱Ⅰ型程序性細胞死亡，是由一系列基因控制的細胞自主生理性死亡[1-2]。細胞凋亡對維持細胞的增殖、分化和內環境穩定是非常重要的一環，而腫瘤發生的重要原因之一是細胞凋亡異常，細胞凋亡的異常可導致細胞生長失控和腫瘤形成[3-5]。此外，凋亡機制的正常與否對腫瘤治療的易感性也相當關鍵[6-7]。
PNAS-4是新近發現的一個具有促凋亡作用的新基因。人PNAS-4基因位于人染色體1q44。全長4 208 bp, 包含5個外顯子和4個內含子。cDNA長585nt, 編碼194個氨基酸, 蛋白分子量為21 444 Da。該基因存在另一剪切異構體，與上述經典的序列相比，缺少第3外顯子和第4外顯子前5個堿基，相應缺少第39位至71位總共33個氨基酸，因此編碼氨基酸長度為161個氨基酸，蛋白分子量為17 808 Da。關于這兩種剪切體的分布和功能差異尚不清楚。PNAS-4是一高度保守基因，在多種動物有機體中，PNAS-4基因都具有高度同源的基因序列。Yao等[8]發現在模式生物斑馬魚中沉默PNAS-4基因，可導致體軸變短變寬和由于會聚延伸運動缺陷導致的脊索前板錯位等原腸胚形成缺陷，而過表達PNAS-4則導致體軸變長但同樣抑制會聚；而Yan等[9]發現對爪蟾活體顯微注射PNAS-4可通過凋亡導致爪蟾和斑馬魚胚胎眼發育障礙，注射PNAS-4反義核酸則表現為頭部發育缺失和短軸的表型[9]。PNAS-4的過表達和基因沉默引起的表型并不一致，筆者推測這可能是由于PNAS-4并非直接發揮促凋亡作用而可能間接調控凋亡相關基因所致。
1 以PNAS-4為靶點的腫瘤基因治療
基因治療是目前在研究和臨床應用上蓬勃發展的新興療法，被《Science》雜志評為2009年十大科學突破之一[10-11]。基因治療臨床試驗方案中，超過60%的方案用于腫瘤治療[12-13]。由于腫瘤的發生發展是多基因參與、多階段發生的復雜病理生理過程[14]，而傳統腫瘤治療模式難以從基因水平改變腫瘤的遺傳性變異，腫瘤基因治療卻能夠從根本上糾正腫瘤細胞的遺傳缺陷，因此基因治療有望成為腫瘤綜合治療中不可或缺的治療手段[15-19]。
目前PNAS-4用于腫瘤基因治療方面的基礎研究已有大量的報道。Yan等[20]發現PNAS-4質粒過表達可促使肺癌細胞株A549凋亡增加(過表達組、空白對照組、脂質體組、空載組凋亡細胞率分別為36.1%、2.1%、2.6%、4.9%)，而在C57BL/6肺癌模型小鼠中，注射PNAS-4質粒的小鼠的生存期(平均52.8 d)較空載對照組(平均40.8 d)顯著延長，同時其凋亡細胞率亦較對照組顯著增加。Hou等[21]則進一步研究PNAS-4基因治療與吉西他濱聯合治療肺癌的效果，發現在肺癌細胞A549中，聯合治療組細胞凋亡率(61.4%)較PNAS-4單獨組(26.8%)、吉西他濱單獨組(28.6%)及空載對照組(15.2%)均顯著增加，而在裸鼠肺癌模型中，聯合治療組腫瘤體積顯著小于PNAS-4單獨組和吉西他濱單獨組，同時聯合治療組細胞凋亡率顯著高于PNAS-4單獨組和吉西他濱單獨組。曾輝等[22]采用PNAS-4與放射聯合治療Lewis肺癌LL2細胞，發現聯合治療組細胞凋亡率(51.3%)較空白組(4.9%)、空載組(11.1%)、PNAS-4單獨組(26.5%)、放療單獨組(13.8%)、放療+空載組(12.1%)均顯著增加而生存降低。Yang等[23]研究了PNAS-4過表達在卵巢癌中的作用，發現卵巢癌細胞SKOV3轉染后72 h，PNAS-4組細胞增殖抑制率(59.8%)顯著高于空載組(24.7%)和脂質體單獨組(21.9%)，同時PNAS-4組細胞凋亡率(82.6%)顯著高于空載組(24.3%)、脂質體單獨組(16.1%)和PBS空白組(4.7%)，而PNAS-4基因治療小鼠組38天腫瘤體積[(40.18±5.85)mm3]顯著小于PBS空白組[(259.69±19.24)mm3]、脂質體單獨組[(144.40±16.32)mm3]和空載組[(183.46±14.63)mm3]；同時PNAS-4基因治療小鼠組較對照組凋亡顯著增加，血管生成顯著減少，每個血管熱點平均微血管數目分別為：PNAS-4基因治療小鼠組4.22±0.81，PBS空白組16±1.1，脂質體單獨組15.67±1.52，空載組11±1.27。Yuan等[24]發現小鼠PNAS-4過表達能顯著增強和厚樸酚在直腸癌LL2細胞的凋亡，聯合治療組細胞凋亡率(58.6%)顯著高于空白組(15.9%)、空載組(23%)、和厚樸酚單獨組(47.3%)和PNAS-4單獨組(40.6%)，同時聯合治療組細胞生長抑制率(74%)顯著高于和厚樸酚單獨組和PNAS-4單獨組(都小于50%)，而在另外一種直腸癌CT26細胞株上，聯合治療組細胞生長抑制率(81%)也顯著高于和厚樸酚單獨組(53%)和PNAS-4單獨組(62%)；而在CT26和LL2移植瘤小鼠模型上，CT26移植瘤經聯合治療組治療34 d后腫瘤體積[(412.86±46.94)mm3]較PBS空白組[(3 572.22±319.34)mm3]、和厚樸酚單獨組[(1 768.71±245.67)mm3]、PNAS-4單獨組[(772.7±161.14)mm3]顯著縮小，LL2移植瘤經聯合治療組治療34 d后腫瘤體積[(709.97±65.78)mm3]亦較PBS空白組[(4 919.94±660.76)mm3]、和厚樸酚單獨組[(2 178.66±229.44)mm3)]、PNAS-4單獨組[(1 212.27±188.11)mm3]顯著縮小，生存曲線分析發現CT26移植瘤經聯合治療組治療后平均生存期(57 d)顯著高于空白組或空載組(皆少于43 d)、和厚樸酚或PNAS-4單獨組(52 d)，而且血管生成顯著減少，凋亡顯著增加。Yuan等[25]還在另一研究中采用直腸癌細胞CT26、肺癌細胞LL/2、卵巢癌細胞SKOV3進行PNAS-4過表達和順鉑的聯合治療，發現在CT26細胞中聯合治療組細胞生長抑制率(74%)顯著高于PNAS-4單獨組(59%)和順鉑單獨組(51%)，在LL/2細胞中聯合治療組細胞生長抑制率(57%)顯著高于PNAS-4單獨組或順鉑單獨組(皆小于25%)，在SKOV3細胞中聯合治療組細胞生長抑制率(64%)也顯著高于PNAS-4單獨組(43%)和順鉑單獨組(40%)，同時聯合治療組細胞凋亡率明顯增高；而在CT26和LL/2移植瘤小鼠上進一步發現，聯合治療組相比于PBS空白組約延遲了20 d達到900 mm3的腫瘤體積，而順鉑單獨組分別延遲8 d(CT26)和4 d(LL/2), 此外聯合治療組生存期顯著延長，壞死/凋亡顯著增多。
2 PNAS-4促凋亡作用的分子機制
雖然PNAS-4基因治療及聯合化學藥物治療或放療顯示了較好的應用前景，但關于PNAS-4參與的信號通路和如何促進細胞凋亡的分子機制現在尚未完全清楚，目前主要有四種假說。
第一種假說是由倫敦大學Daniel提出，在其博士論文中，通過數學建模和定量數據分析，他提出PNAS-4是p53的靶基因[26]。然而，Zhou等[27]通過體外實驗沉默p53后檢測PNAS-4的表達，通過同時分析組織樣本p53的突變情況與PNAS-4表達水平的關聯，以及通過生物信息學的方法分析PNAS-4是否存在p53結合位點的特征序列等證據，基本上否定了PNAS-4是p53的靶基因，因此p53調控PNAS-4來發揮促凋亡作用這一假說基本上是不成立的。
第二種假說是由Yan等[20]提出的PNAS-4通過線粒體凋亡途徑發揮促凋亡功能的假說。他們發現PNAS-4過表達的細胞中Bcl-2表達下降而Bax表達上調，同時細胞色素C在細胞質中顯著增加而在線粒體中下降，表明PNAS-4過表達可造成細胞色素C的釋放，而細胞色素C釋放的下游重要事件之一——caspase-3的切割也被證實，caspase-3被切割后是凋亡關鍵的效應分子，可導致核酸內切酶的激活和造成隨后DNA斷裂[28-31]。但該假說對PNAS-4如何使Bax表達上調和細胞色素C釋放的具體機制未進一步闡明。
第三種假說則是Gou等[32]提出PNAS-4可能通過前胸腺素ɑ和膜聯蛋白A1促凋亡。他們采用蛋白組學對PNAS-4過表達引起的A549細胞凋亡后的蛋白表達的變化進行了測量，共發現20個表達發生變化的蛋白。然后他們還采用免疫印跡的方法對其中的前胸腺素ɑ(表達下調)和膜聯蛋白A1(表達上調)的變化進行了驗證。前胸腺素ɑ是一強酸性核蛋白，可通過抑制凋亡體的形成來抑制caspase的激活，抑制前胸腺素ɑ可導致Hela細胞凋亡[33-34]。而膜聯蛋白A1是鈣依賴磷脂結合蛋白家族成員，通過抑制MAPK、阻遏Erk和激活caspase-3顯示了促凋亡效應[35-40]。因此，他們認為PNAS-4可能通過下調前胸腺素ɑ和上調膜聯蛋白A1來促使細胞凋亡。
第四種假說則是筆者根據PNAS-4的結構特征而新提出的——PNAS-4可能是通過去蛋白小泛素樣修飾(small ubiquitin-like modifier, SUMO)化來促進細胞凋亡。近期研究發現PNAS-4含有一個名為PPPDE的保守結構域，美國國立生物技術信息中心(NCBI)已將PNAS-4基因的官方名稱更名為DeSI-2。DeSI-2是新近發現的去SUMO化異肽酶DeSI(DeSumoylating isopeptidase)家族成員[41]。PNAS-4(DeSI-2)和該家族的另一成員DeSI-1高度相似，都含有一異肽酶結構域(圖 1)。Shin等已首先采用免疫共沉淀證明DeSI-1可直接與BZEL(一種新的轉錄抑制因子)發生相互作用，繼而通過實驗發現DeSI-1可去SUMO化而不是去泛素化，而不能去SUMO化BZEL。然后又發現DeSI-1不能去SUMO化PML和△NP63，二者都是最早發現的去SUMO化酶家族-SENPs(sentrin-specific proteases)的底物，從而證實DeSI-1屬于第二類新發現的SUMO蛋白酶[41]。SUMO是新發現的類泛素化蛋白修飾方式，與泛素化不同的是這種修飾并不降解蛋白，而是調節蛋白的功能，已陸續發現其在DNA損傷修復、細胞周期調控、轉錄活性調控、核質物質轉運、染色體分離等方面發揮著廣泛的作用，并發現與腫瘤關系密切，可促進腫瘤的發生、發展和轉移[42-46]。SUMO化同泛素化一樣，是一個可逆的過程，其去SUMO修飾的過程是由去SUMO化酶(deSUMOylases)介導的[47-48]。因此鑒于PNAS-4(DeSI-2)和DeSI-1結構的高度相似性[41]，PNAS-4可能是作為一種新的去SUMO化異肽酶，通過去蛋白SUMO化來調節某些與凋亡相關的靶蛋白的功能，從而發揮促凋亡的功能。
圖1
DeSI-1和PNAS-4 (DeSI-2)結構對比示意圖
Figure1.
Structure diagram of DeSI-1 and PNAS-4(DeSI-2)
關于PNAS-4可能調節靶蛋白來促凋亡目前已有一些間接的實驗證據。首先，PNAS-4過表達可以上調蛋白酶體亞單位PSMB6的mRNA和蛋白的表達[32]。其次，PNAS-4的過表達可增加Bax和p21的表達[20]。而Bax和p21皆為短壽命的促凋亡蛋白。Bax可與線粒體中抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL相互作用并抑制Bcl-2和Bcl-xL，導致細胞色素c釋放并激活caspase級聯通路。P21是抑制細胞周期蛋白相關激酶的Cip/Kip家族成員，可通過結合和鈍化細胞周期蛋白/細胞周期蛋白相關激酶復合物導致細胞周期停滯于G1-S期[49-50]。現有研究表明PNAS-4的過表達可使細胞周期停滯于S期[20]。但PNAS-4是否是通過去SUMO化來調節PSMB6、Bax和p21等抑或是其他凋亡相關蛋白來發揮促凋亡的作用還有待進一步研究。
3 展望
PNAS-4具有促進細胞凋亡的作用，已在腫瘤基因治療基礎研究領域有大量的報道，引起許多研究者的關注。但目前PNAS-4促凋亡的分子機制尚不清楚。例如，PNAS-4是否為去SUMO化酶，PNAS-4相互作用的蛋白分子有哪些，PNAS-4參與的信號通路有哪些，PNAS-4如何引起細胞凋亡。這些問題有待研究者們進一步闡明。相信這些機制的闡明對PNAS-4在腫瘤基因治療以及其他領域中的應用都具有更好的指導作用。
