【关键词】 硫氧还蛋白结合蛋白-2;硫氧还蛋白;肿瘤;细胞周期
尽管目前研究肿瘤的报导很多，肿瘤发病的分子机制仍不清楚。硫氧还蛋白结合蛋白-2 (TRX-binding protein-2，TBP-2)又被称为维生素D3上调蛋白1(Vitamin D3 up-regulated protein 1，VDUP1)或硫氧还蛋白相互作用蛋白(Thioredoxin-interacting protein，Txnip)，它与硫氧还蛋白(thioredoxin，TRX)的活性部位结合，抑制其活性，除了参与多种氧化应激反应，还具有多种生物学功能。最近的研究显示：TBP-2与肿瘤密切相关，有些肿瘤组织中，TBP-2表达降低或缺失。TBP-2表达增高时，细胞周期停滞，肿瘤细胞繁殖受到抑制。因此，它已成为近年肿瘤研究的重要靶点。
1硫氧还蛋白结合蛋白-2与硫氧还蛋白
1.1TRXTRX分子量12 kD，高度保守，在各种细胞和组织存在。TRX、TRX还原酶(TRX reductase，TrxR)和还原型烟酰胺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)组成TRX系统。TRX依赖NADPH和TrxR还原二硫键、清除活性氧自由基，维持细胞内氧化还原状态〔1〕。TSX还可以调节转录因子与DNA的结合活性，如核转录因子-κB(nuclear factor κappaB，NF-κB)，糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor)，活化蛋白-1(activate protein-1，AP-1)，p53等〔2，3〕。它可以抑制p38和凋亡信号调节激酶1(apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK-1的)的活性，从而具有抑制细胞凋亡的作用〔4〕。TRX在肺癌、子宫颈癌、胰腺癌、肝癌、胃癌、乳腺癌等癌症组织中表达增高，并且表达水平与肿瘤生长呈正相关。淋巴细胞、肝细胞、成纤维细胞及多种癌细胞分泌TRX，诱导其自身生长。此外，TRX 还与抗癌药物的耐药性有关。例如，TRX高表达的成人T细胞白血病细胞、人肝癌细胞分别表现出对抗癌药物的耐药性; TRX反义表达质粒转染细胞使细胞内TRX降低，膀胱癌和前列腺癌细胞对丝裂霉素C 的耐药性也减少〔5〕。这些均说明TRX与肿瘤生长及肿瘤细胞的凋亡密切相关。
1.2TBP-2TBP-2又称为VDUP1或Txnip，分子量为46 kD。TBP-2与TRX活性区的两个半胱氨酸残基结合，抑制TRX的活性，例如，TBP-2高表达时TRX活性降低近50%，因此，某种程度上它是TRX负调控因子。有趣的是，TBP-2高表达时TrxR活性也降低，进一步导致TRX还原作用降低〔6~8〕。就分布而言，TBP-2广泛存在于多种组织中，如脑组织、肾上腺、心脏、肺组织、胸腺、脾脏、睾丸、骨骼肌、肾脏、肝脏、乳腺、卵巢等，它在肺组织中表达量相对较高〔9〕，而在脑组织和肝脏中表达量相对较低〔10〕。TBP-2主要存在于细胞质和细胞核中，但细胞培养条件不同时，TBP-2在细胞内分布不同。细胞密度低时，TBP-2存在于细胞 质和细胞核中，而当细胞的密度高时，TBP-2则主要存在于细胞核中〔6〕。TBP-2的表达在多种条件下改变，例如，h3O2、射线、UV、生长抑制剂、热刺激、抗癌药、低血清均诱导细胞中TBP-2表达〔11〕。
1.3TBP-2与TRX的相互作用最初发现TBP-2是由于TBP-2与TRX的活性位点结合，这意味着TBP-2活性与氧化还原有关 。增殖相关基因(proliferation-associated gene，PAG) 又称过氧化物酶1(peroxiredoxin I)。它是硫醇基特异性抗氧化剂，可以抑制由神经酰胺及无血清培养诱导的细胞凋亡，并具有促进细胞繁殖的作用。当细胞中存在TRX时，PAG作为中间电子供体还原h3O2。但当细胞中TBP-2高表达时，PAG与TRX之间的作用减少近60%，此时细胞易受氧化应激损伤而发生凋亡〔9〕。ASK-1是c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)和p38-分裂素活动蛋白质激酶(MAPK)激活因子，在氧化应激诱导的细胞凋亡中起关键作用。TBP-2表达增加会竞争性抑制TRX与ASK-1的结合，从而使ASK-1从TRX分离，ASK-1得到活化，最终导致细胞凋亡〔9〕。因此，TBP-2不仅参与细胞氧化还原的调节，而且在细胞凋亡过程中起重要的作用。
2TBP-2与肿瘤的相关性
临床研究提示TBP-2在肿瘤组织中表达减少或者缺失〔8〕。并且，TBP-2高表达的癌细胞表现出细胞周期滞留，生长缓慢。提示了TBP-2表达与肿瘤发生密切相关。
2.1TBP-2与肿瘤发生在人类T细胞白血病I型病毒(Human T-cell leukemia virus type I，HTLV-I)转染的白细胞介素-2( IL-2)非依赖型T细胞中，TBP-2表达降低，这说明TBP-2与T细胞生长及白血病形成密切相关〔12〕。 Sheth等人研究表明，TBP-2基因突变的肝细胞癌变率明显增高，在TBP-2缺失的雄性小鼠中40%最终发展为肝癌(Hepatocellular carcinoma，HCC )，这些研究结果表明TBP-2基因突变或缺失能引起肝细胞肿瘤，进一步揭示了HCC发生的分子机制〔13〕。在N-甲基亚硝基脲(N-methyl-N-nitrosourea，MNU)静脉注射雌鼠形成雌激素依赖的乳腺瘤中，TBP-2表达减少，在这种情况下肿瘤发生与雌激素无关〔10〕。Han SH等人对乳腺癌、肺癌、胃癌三种典型性恶性肿瘤进行了研究，在这三种正常组织中TBP-2均高表达，而在这些癌变组织中TBP-2表达减少或者缺失。本课题组最近的研究结果：在乳腺癌病人中，癌症组织中TBP-2的表达比周边正常组织明显降低(文章待发表)。转化生长因子-β1(Transforming growth factor-β1，TGF-β1)具有促进癌细胞转化抑 制肿瘤细胞生长的作用，TGF-β1刺激胃癌细胞株(SNU-16和SNU-620)后，细胞中TBP-2表达增高，细胞增殖随药物作用时间延长而减少〔6〕。这些研究表明，TBP-2不仅与肿瘤的发生有关，而且，在抗癌药物中发挥着重要的作用。
2.2TBP-2与细胞凋亡神经酰胺通过诱导ASK-1调节p38-MAPK及JNK磷酸化，并激活细胞内质网应激，诱导JurkatT细胞凋亡，然而，当细胞中TBP-2表达缺失后，ASK-1活性降低，细胞凋亡减少〔9〕。 Chen等人研究发现TBP-2表达缺失小鼠表现为低血糖和β细胞团块增加，并且由糖尿病导致的β细胞凋亡随之减少。有趣的是，在β细胞中TBP-2缺失活化了Akt/Bcl-2xL信号通路，由线粒体诱导的β细胞凋亡途径降低，因此，抑制糖尿病的发生〔14，15〕。Billirt等人用过氧化物酶体增殖物激活受体γ激动剂GW929，刺激人巨噬细胞(HMDM)发现细胞中TRX表达降低，TBP-2表达升高，在使用干扰RNA减少TBP-2表达后，细胞中BAX与BCL-2比值降低，caspase-3活性随之减少〔16〕。这些实验结果均表明，TBP-2与p38-MAPK和JNK Akt/Bcl-2xL等途径诱导的细胞凋亡密切相关。
2.3TBP-2与细胞周期在高密度或无血清条件下培养细胞时，TBP-2启动子活性增强，细胞中TBP-2表达增高，细胞周期滞留在G0-G1期。然而，转染TBP-2的细胞中 sub-G1部分并不增多，单独TBP-2高表达不能诱导细胞凋亡。 而TBP-2高表达却抑制了细胞周期素A2(Cyclin A2)的活性。 说明TBP-2通过抑制细胞周期调节细胞生长〔6〕。Cyclin A2是细胞进入S期的必须蛋白质，当细胞进入G1-S期时Cyclin A2的表达量开始逐渐升高直到G2-M期为止〔17〕。辅抑制蛋白，如：早幼粒细胞白血病锌指蛋白 (Promyelocytic leukemia zinc-finger，PLZF)、胱氨酸贫血锌指蛋白( Fanconi anemiazinc-finger，FAZF)、组蛋白乙酰基转移酶1蛋白( histone deacetylase1，HDAC1)等可以抑制Cyclin A2启动子活性，进一步抑制Cyclin A2表达〔18〕。Han等证实，TBP-2与辅抑制蛋白结合，是辅抑制蛋白的一部分。当它与辅抑制蛋白相互作用时，辅抑制蛋 白活性增强，细胞周期滞留在G0~G1期〔6〕。TBP-2表达与Cyclin A2启动子活性密切相关，它从某种程度上间接抑制了Cyclin A2活性从而影响细胞周期。p27kip1为细胞周期依赖激酶抑制剂，它能有效拮抗CyclinA周期素依赖蛋白激酶(CD K)系统，阻断细胞G1-S期转换。细胞中p27kip1与P53协同作用抑制肿瘤细胞生长〔19〕。在恶性肿瘤细胞中，p27kip1表达明显减少〔20〕。Tomoda等人实验证明，Jun活化结构域结合蛋白1(JAB1)诱导p27kip1从细胞核转移至细胞质〔21〕，肿瘤发生与细胞质中p27kip1高表达密切相关〔22〕。TBP-2通过羧基(COOH)与JAB1结合，抑制JAB1诱导的p27kip1转移，增加p27kip1在细胞核的稳定性〔23〕，从而最终导致p27kip1抑制细胞周期由G1期向S期的转化。TBP-2诱导细胞周期滞留还同细胞周期依赖激酶p16有关，在转染TBP-2的细胞，TBP-2表达增加，细胞中p16表达亦随之增加，p16结合并抑制CDK4和CDK6对Rb蛋白的磷酸化作用，Rb蛋白磷酸化作用减少，细胞周期滞留在G1~S期〔12〕。
2.4TBP-2与细胞分化
用TGF-β1或1，25-羟基维生素D3〔1，25(OH)2D3〕刺激人急性早幼粒细胞白血病细胞株(HL)-60白血病细胞，细胞分化标志物CD14表达量升高，细胞分化。同时，TBP-2表达明显升高，细胞生长停滞。为了证实TBP-2表达升高在细胞分化中的作用，单独转染TBP-2到HL-60白血病细胞中，高表达的TBP-2不影响细胞分化标志物CD14的表达及HL-60白血病细胞的分化。 因此，该研究结果表明TBP-2是通过抑制细胞生长而发挥抗肿瘤的活性〔6〕。然而，Lee KN研究报道：在TBP-2缺失小鼠中T细胞和B细胞的分化没有受到影响，而自然杀伤细胞(natural killer，NK)细胞分化标志物CD122的表达降低，NK细胞的数目及活性也随之减少，并且NK细胞抑制肿瘤的作用受到抑制〔24〕，这说明TBP-2 在NK细胞分化和和抗肿瘤的功能中起重要的作用。因此，TBP-2还可能通过调节免疫细胞分化而起到抗肿瘤的作用。
3结论
近年来随着对TBP-2研究的逐步深入，发现TBP-2不仅参与氧化还原反应，而且与细胞生长、分化、凋亡密切相关。它可以通过抑制TRX的活性，促进肿瘤细胞凋亡，抑制肿瘤细胞周期等，调节免疫细胞分化等在肿瘤的发生和生长过程中起重要作用，因此，它将会成为抗肿瘤治疗过程中一个重要靶点。TBP-2诱导物将会成为有效治疗的方法。
参考文献
1Holmgren A.Thioredoxin structure mechanism:Conformational changes on oxidationof the active-site sulfhydryls to a disulfide〔J〕.Structure，1995;3(3)：239-43.
2Hirota K，Murata M，Sachi Y，et al.Distinct roles of thioredoxin in the cytoplasm and in the nucleus.A two-step mechanism of redox regulation of transcription factor NF-kappaB〔J〕.J Biol Chem，1999;274(39):27891-7.
3Ueno M，Masutani H，Arai RJ，et al.Thioredoxin-dependent redox regulation of p53-mediated p21 activation〔J〕.J Biol Chem，1999;274(50):35809-15.
4LiuY，Min W.Thioredoxin promotes ASK1 ubiquitination and degradation to inhibitASK1-mediated apoptosis in a redox activity-independent manner〔J〕.Circ Res，2002;90(12):1259-66.
5 Kawahara N，Tanaka T，Yokomizo A，et al.Enhanced coexpression of thioredoxinand high mobility group protein1 genes in human hepatocellular carcinoma and thepossible association with decreased sensitivity to cisplatin〔J〕.Cancer Res，1996;56(23):5330-3.
6Han SH，Jeon JH，Ju HR，et al.VDUP1 upregulated by TGF-beta1 and 1，25-dihydorxyvitamin D3 inhibits tumor cell growth by blocking cell-cycle progression〔J〕.Oncogene，2003;22(26):4035-46.
7Nishiyama A，Matsui M，Iwata S，et al.Identification of thioredoxin-bindingprotein-2/vitamin D(3) up-regulated protein 1 as a negative regulator of thioredoxin function and expression〔J〕.J Biol Chem，1999;274(31):21645-50.
8Schulze PC，Yoshioka J，Takaiashi T，et al.Hyperglycemia promotes oxidativestress through inhibition of thioredoxin function by thioredoxin-interacting protein〔J〕.J Biol Chem，2004;279(29):30369-74.
9Chen CL，Lin CF，Chang WT，et al.Ceramide induces p38 MAPK and JNK activationthrough a mechanism involving a thioredoxin-interacting protein-mediated pathway〔J〕.Blood，2008;111(8):4365-74.
10Yang X，Young LH，Voigt JM.Expression of a vitamin D-regulated gene (VDUP-1) in untreated- and MNU-treated rat mammary tissue〔J〕. Breast Cancer Res Treat，1998;48(1):33-44.
11Takahashi Y，Nagata T，Ishii Y，et al.Up-regulation of vitamin D3 up-regulated protein 1 gene in response to 5-fluorouracil in colon carcinoma SW620〔J〕.Oncol Rep，2002;9(1):75-9.
12Nishinaka Y，Nishiyama A，Masutani H，et al.Loss of thioredoxin-binding protein-2/vitamin D3 up-regulated protein 1 in human T-cell leukemia virus type I-dependent T-cell transformation:implications for adult T-cell leukemia leukemogenesis〔J〕.Cancer Res，2004;64(4):1287-92.
13Sheth SS，Bodnar JS，Ghazalpour A，et al.Hepatocellular carcinoma in Txnip-
deficient mice〔J〕.Oncogene，2006;25(25):3528-36.
14Chen J，Hui ST，Couto FM，et al.Thioredoxin-interacting protein deficiencyinduces Akt/Bcl-xL signaling and pancreatic beta-cell mass and protects againstdiabetes〔J〕.FASEB J，2008;22(10)：3581-94.
15Chen J，Saxena G，Mungrue IN，et al.Thioredoxin-interacting protein:a critical link between glucose toxicity and beta-cell apoptosis〔J〕. Diabetes，2008;57(4):938-44.
16Billirt L，Furman C，Larigauderie G，et al.Enhanced VDUP-1 gene expressionby PPARgamma agonist induces apoptosis in human macrophage〔J〕.J Cell Physiol，2008;214(1):183-91.
17Pagano M，Pepperkok R，Verde F，et al.Cyclin A is required at two points inthe human cell cycle〔J〕.EMBO J，1992;11(3):961-71.
18Yeyati PL，Shaknovich R，Boterashvili S，et al.Leukemia translocation protein PLZF inhibits cell growth and expression of cyclin A〔J〕. Oncogene，1999;18(4)：925-34.
19 Philipp-Staheli J，Kim KH，Liggitt D，et al.Distinct roles for p53，p27Kip1，and p21Kipl during tumor development〔J〕.Oncogene，2004;23 (4):905-13.20Gstaiger M，Jordan R，Lim M，et al.Skp2 is oncogenic and overexpressed in human cancers〔J〕.Proc Natl Acad Sci U S A，2001;98(9):5043-8.
21Tomoda K，Kubota Y，Kato J.Degradation of the cyclin-dependent-kinase inhibitor p27Kip1 is instigated by Jab1〔J〕.Nature，1999;398(6723):160-5.
22Chiarle R，Budel LM，Skolnik J，et al.Increased proteasome degradation of cyclin-dependent kinase inhibitor p27 is associated with a decreased overall survival in mantle cell lymphoma〔J〕.Blood，2000;95(2):619-26.
23Jeon JH，Lee KN，Hwang CY，et al.Tumor suppressor VDUP1 increases p27(kip1)stability by inhibiting JAB1〔J〕.Cancer Res，2005;65(11):4485-9.
24Lee KN，Kang HS，Jeon JH，et al.VDUP l is required for the development of natural killer cells〔J〕.Immunity，2005;22(2):195-208.