PNAS-4是新近发现的一个促凋亡的新基因。近年来PNAS-4在肿瘤基因治疗基础研究有大量的报道, PNAS-4基因治疗及联合化学药物治疗或放疗显示了较好的应用前景, 但PNAS-4促凋亡的分子机制尚不完全清楚。本文综述了近年来PNAS-4在肿瘤基因治疗领域的研究进展, 并着重对PNAS-4促凋亡的分子机制的现有假说进行概括。根据PNAS-4新发现的结构域特征, 笔者提出PNAS-4可能是作为一种新的去SUMO化异肽酶, 通过去蛋白SUMO化来调节某些与凋亡相关的靶蛋白的功能, 从而发挥促凋亡的功能。
引用本文： 周斌, 李园. 促凋亡新基因PNAS-4在基因治疗领域的研究进展及其分子机制假说. 生物医学工程学杂志, 2015, 32(6): 1380-1384. doi: 10.7507/1001-5515.20150244 复制
0 引言
细胞凋亡又称Ⅰ型程序性细胞死亡，是由一系列基因控制的细胞自主生理性死亡[1-2]。细胞凋亡对维持细胞的增殖、分化和内环境稳定是非常重要的一环，而肿瘤发生的重要原因之一是细胞凋亡异常，细胞凋亡的异常可导致细胞生长失控和肿瘤形成[3-5]。此外，凋亡机制的正常与否对肿瘤治疗的易感性也相当关键[6-7]。
PNAS-4是新近发现的一个具有促凋亡作用的新基因。人PNAS-4基因位于人染色体1q44。全长4 208 bp, 包含5个外显子和4个内含子。cDNA长585nt, 编码194个氨基酸, 蛋白分子量为21 444 Da。该基因存在另一剪切异构体，与上述经典的序列相比，缺少第3外显子和第4外显子前5个碱基，相应缺少第39位至71位总共33个氨基酸，因此编码氨基酸长度为161个氨基酸，蛋白分子量为17 808 Da。关于这两种剪切体的分布和功能差异尚不清楚。PNAS-4是一高度保守基因，在多种动物有机体中，PNAS-4基因都具有高度同源的基因序列。Yao等[8]发现在模式生物斑马鱼中沉默PNAS-4基因，可导致体轴变短变宽和由于会聚延伸运动缺陷导致的脊索前板错位等原肠胚形成缺陷，而过表达PNAS-4则导致体轴变长但同样抑制会聚；而Yan等[9]发现对爪蟾活体显微注射PNAS-4可通过凋亡导致爪蟾和斑马鱼胚胎眼发育障碍，注射PNAS-4反义核酸则表现为头部发育缺失和短轴的表型[9]。PNAS-4的过表达和基因沉默引起的表型并不一致，笔者推测这可能是由于PNAS-4并非直接发挥促凋亡作用而可能间接调控凋亡相关基因所致。
1 以PNAS-4为靶点的肿瘤基因治疗
基因治疗是目前在研究和临床应用上蓬勃发展的新兴疗法，被《Science》杂志评为2009年十大科学突破之一[10-11]。基因治疗临床试验方案中，超过60%的方案用于肿瘤治疗[12-13]。由于肿瘤的发生发展是多基因参与、多阶段发生的复杂病理生理过程[14]，而传统肿瘤治疗模式难以从基因水平改变肿瘤的遗传性变异，肿瘤基因治疗却能够从根本上纠正肿瘤细胞的遗传缺陷，因此基因治疗有望成为肿瘤综合治疗中不可或缺的治疗手段[15-19]。
目前PNAS-4用于肿瘤基因治疗方面的基础研究已有大量的报道。Yan等[20]发现PNAS-4质粒过表达可促使肺癌细胞株A549凋亡增加(过表达组、空白对照组、脂质体组、空载组凋亡细胞率分别为36.1%、2.1%、2.6%、4.9%)，而在C57BL/6肺癌模型小鼠中，注射PNAS-4质粒的小鼠的生存期(平均52.8 d)较空载对照组(平均40.8 d)显著延长，同时其凋亡细胞率亦较对照组显著增加。Hou等[21]则进一步研究PNAS-4基因治疗与吉西他滨联合治疗肺癌的效果，发现在肺癌细胞A549中，联合治疗组细胞凋亡率(61.4%)较PNAS-4单独组(26.8%)、吉西他滨单独组(28.6%)及空载对照组(15.2%)均显著增加，而在裸鼠肺癌模型中，联合治疗组肿瘤体积显著小于PNAS-4单独组和吉西他滨单独组，同时联合治疗组细胞凋亡率显著高于PNAS-4单独组和吉西他滨单独组。曾辉等[22]采用PNAS-4与放射联合治疗Lewis肺癌LL2细胞，发现联合治疗组细胞凋亡率(51.3%)较空白组(4.9%)、空载组(11.1%)、PNAS-4单独组(26.5%)、放疗单独组(13.8%)、放疗+空载组(12.1%)均显著增加而生存降低。Yang等[23]研究了PNAS-4过表达在卵巢癌中的作用，发现卵巢癌细胞SKOV3转染后72 h，PNAS-4组细胞增殖抑制率(59.8%)显著高于空载组(24.7%)和脂质体单独组(21.9%)，同时PNAS-4组细胞凋亡率(82.6%)显著高于空载组(24.3%)、脂质体单独组(16.1%)和PBS空白组(4.7%)，而PNAS-4基因治疗小鼠组38天肿瘤体积[(40.18±5.85)mm3]显著小于PBS空白组[(259.69±19.24)mm3]、脂质体单独组[(144.40±16.32)mm3]和空载组[(183.46±14.63)mm3]；同时PNAS-4基因治疗小鼠组较对照组凋亡显著增加，血管生成显著减少，每个血管热点平均微血管数目分别为：PNAS-4基因治疗小鼠组4.22±0.81，PBS空白组16±1.1，脂质体单独组15.67±1.52，空载组11±1.27。Yuan等[24]发现小鼠PNAS-4过表达能显著增强和厚朴酚在直肠癌LL2细胞的凋亡，联合治疗组细胞凋亡率(58.6%)显著高于空白组(15.9%)、空载组(23%)、和厚朴酚单独组(47.3%)和PNAS-4单独组(40.6%)，同时联合治疗组细胞生长抑制率(74%)显著高于和厚朴酚单独组和PNAS-4单独组(都小于50%)，而在另外一种直肠癌CT26细胞株上，联合治疗组细胞生长抑制率(81%)也显著高于和厚朴酚单独组(53%)和PNAS-4单独组(62%)；而在CT26和LL2移植瘤小鼠模型上，CT26移植瘤经联合治疗组治疗34 d后肿瘤体积[(412.86±46.94)mm3]较PBS空白组[(3 572.22±319.34)mm3]、和厚朴酚单独组[(1 768.71±245.67)mm3]、PNAS-4单独组[(772.7±161.14)mm3]显著缩小，LL2移植瘤经联合治疗组治疗34 d后肿瘤体积[(709.97±65.78)mm3]亦较PBS空白组[(4 919.94±660.76)mm3]、和厚朴酚单独组[(2 178.66±229.44)mm3)]、PNAS-4单独组[(1 212.27±188.11)mm3]显著缩小，生存曲线分析发现CT26移植瘤经联合治疗组治疗后平均生存期(57 d)显著高于空白组或空载组(皆少于43 d)、和厚朴酚或PNAS-4单独组(52 d)，而且血管生成显著减少，凋亡显著增加。Yuan等[25]还在另一研究中采用直肠癌细胞CT26、肺癌细胞LL/2、卵巢癌细胞SKOV3进行PNAS-4过表达和顺铂的联合治疗，发现在CT26细胞中联合治疗组细胞生长抑制率(74%)显著高于PNAS-4单独组(59%)和顺铂单独组(51%)，在LL/2细胞中联合治疗组细胞生长抑制率(57%)显著高于PNAS-4单独组或顺铂单独组(皆小于25%)，在SKOV3细胞中联合治疗组细胞生长抑制率(64%)也显著高于PNAS-4单独组(43%)和顺铂单独组(40%)，同时联合治疗组细胞凋亡率明显增高；而在CT26和LL/2移植瘤小鼠上进一步发现，联合治疗组相比于PBS空白组约延迟了20 d达到900 mm3的肿瘤体积，而顺铂单独组分别延迟8 d(CT26)和4 d(LL/2), 此外联合治疗组生存期显著延长，坏死/凋亡显著增多。
2 PNAS-4促凋亡作用的分子机制
虽然PNAS-4基因治疗及联合化学药物治疗或放疗显示了较好的应用前景，但关于PNAS-4参与的信号通路和如何促进细胞凋亡的分子机制现在尚未完全清楚，目前主要有四种假说。
第一种假说是由伦敦大学Daniel提出，在其博士论文中，通过数学建模和定量数据分析，他提出PNAS-4是p53的靶基因[26]。然而，Zhou等[27]通过体外实验沉默p53后检测PNAS-4的表达，通过同时分析组织样本p53的突变情况与PNAS-4表达水平的关联，以及通过生物信息学的方法分析PNAS-4是否存在p53结合位点的特征序列等证据，基本上否定了PNAS-4是p53的靶基因，因此p53调控PNAS-4来发挥促凋亡作用这一假说基本上是不成立的。
第二种假说是由Yan等[20]提出的PNAS-4通过线粒体凋亡途径发挥促凋亡功能的假说。他们发现PNAS-4过表达的细胞中Bcl-2表达下降而Bax表达上调，同时细胞色素C在细胞质中显著增加而在线粒体中下降，表明PNAS-4过表达可造成细胞色素C的释放，而细胞色素C释放的下游重要事件之一——caspase-3的切割也被证实，caspase-3被切割后是凋亡关键的效应分子，可导致核酸内切酶的激活和造成随后DNA断裂[28-31]。但该假说对PNAS-4如何使Bax表达上调和细胞色素C释放的具体机制未进一步阐明。
第三种假说则是Gou等[32]提出PNAS-4可能通过前胸腺素ɑ和膜联蛋白A1促凋亡。他们采用蛋白组学对PNAS-4过表达引起的A549细胞凋亡后的蛋白表达的变化进行了测量，共发现20个表达发生变化的蛋白。然后他们还采用免疫印迹的方法对其中的前胸腺素ɑ(表达下调)和膜联蛋白A1(表达上调)的变化进行了验证。前胸腺素ɑ是一强酸性核蛋白，可通过抑制凋亡体的形成来抑制caspase的激活，抑制前胸腺素ɑ可导致Hela细胞凋亡[33-34]。而膜联蛋白A1是钙依赖磷脂结合蛋白家族成员，通过抑制MAPK、阻遏Erk和激活caspase-3显示了促凋亡效应[35-40]。因此，他们认为PNAS-4可能通过下调前胸腺素ɑ和上调膜联蛋白A1来促使细胞凋亡。
第四种假说则是笔者根据PNAS-4的结构特征而新提出的——PNAS-4可能是通过去蛋白小泛素样修饰(small ubiquitin-like modifier, SUMO)化来促进细胞凋亡。近期研究发现PNAS-4含有一个名为PPPDE的保守结构域，美国国立生物技术信息中心(NCBI)已将PNAS-4基因的官方名称更名为DeSI-2。DeSI-2是新近发现的去SUMO化异肽酶DeSI(DeSumoylating isopeptidase)家族成员[41]。PNAS-4(DeSI-2)和该家族的另一成员DeSI-1高度相似，都含有一异肽酶结构域(图 1)。Shin等已首先采用免疫共沉淀证明DeSI-1可直接与BZEL(一种新的转录抑制因子)发生相互作用，继而通过实验发现DeSI-1可去SUMO化而不是去泛素化，而不能去SUMO化BZEL。然后又发现DeSI-1不能去SUMO化PML和△NP63，二者都是最早发现的去SUMO化酶家族-SENPs(sentrin-specific proteases)的底物，从而证实DeSI-1属于第二类新发现的SUMO蛋白酶[41]。SUMO是新发现的类泛素化蛋白修饰方式，与泛素化不同的是这种修饰并不降解蛋白，而是调节蛋白的功能，已陆续发现其在DNA损伤修复、细胞周期调控、转录活性调控、核质物质转运、染色体分离等方面发挥着广泛的作用，并发现与肿瘤关系密切，可促进肿瘤的发生、发展和转移[42-46]。SUMO化同泛素化一样，是一个可逆的过程，其去SUMO修饰的过程是由去SUMO化酶(deSUMOylases)介导的[47-48]。因此鉴于PNAS-4(DeSI-2)和DeSI-1结构的高度相似性[41]，PNAS-4可能是作为一种新的去SUMO化异肽酶，通过去蛋白SUMO化来调节某些与凋亡相关的靶蛋白的功能，从而发挥促凋亡的功能。
图1
DeSI-1和PNAS-4 (DeSI-2)结构对比示意图
Figure1.
Structure diagram of DeSI-1 and PNAS-4(DeSI-2)
关于PNAS-4可能调节靶蛋白来促凋亡目前已有一些间接的实验证据。首先，PNAS-4过表达可以上调蛋白酶体亚单位PSMB6的mRNA和蛋白的表达[32]。其次，PNAS-4的过表达可增加Bax和p21的表达[20]。而Bax和p21皆为短寿命的促凋亡蛋白。Bax可与线粒体中抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL相互作用并抑制Bcl-2和Bcl-xL，导致细胞色素c释放并激活caspase级联通路。P21是抑制细胞周期蛋白相关激酶的Cip/Kip家族成员，可通过结合和钝化细胞周期蛋白/细胞周期蛋白相关激酶复合物导致细胞周期停滞于G1-S期[49-50]。现有研究表明PNAS-4的过表达可使细胞周期停滞于S期[20]。但PNAS-4是否是通过去SUMO化来调节PSMB6、Bax和p21等抑或是其他凋亡相关蛋白来发挥促凋亡的作用还有待进一步研究。
3 展望
PNAS-4具有促进细胞凋亡的作用，已在肿瘤基因治疗基础研究领域有大量的报道，引起许多研究者的关注。但目前PNAS-4促凋亡的分子机制尚不清楚。例如，PNAS-4是否为去SUMO化酶，PNAS-4相互作用的蛋白分子有哪些，PNAS-4参与的信号通路有哪些，PNAS-4如何引起细胞凋亡。这些问题有待研究者们进一步阐明。相信这些机制的阐明对PNAS-4在肿瘤基因治疗以及其他领域中的应用都具有更好的指导作用。
0 引言
细胞凋亡又称Ⅰ型程序性细胞死亡，是由一系列基因控制的细胞自主生理性死亡[1-2]。细胞凋亡对维持细胞的增殖、分化和内环境稳定是非常重要的一环，而肿瘤发生的重要原因之一是细胞凋亡异常，细胞凋亡的异常可导致细胞生长失控和肿瘤形成[3-5]。此外，凋亡机制的正常与否对肿瘤治疗的易感性也相当关键[6-7]。
PNAS-4是新近发现的一个具有促凋亡作用的新基因。人PNAS-4基因位于人染色体1q44。全长4 208 bp, 包含5个外显子和4个内含子。cDNA长585nt, 编码194个氨基酸, 蛋白分子量为21 444 Da。该基因存在另一剪切异构体，与上述经典的序列相比，缺少第3外显子和第4外显子前5个碱基，相应缺少第39位至71位总共33个氨基酸，因此编码氨基酸长度为161个氨基酸，蛋白分子量为17 808 Da。关于这两种剪切体的分布和功能差异尚不清楚。PNAS-4是一高度保守基因，在多种动物有机体中，PNAS-4基因都具有高度同源的基因序列。Yao等[8]发现在模式生物斑马鱼中沉默PNAS-4基因，可导致体轴变短变宽和由于会聚延伸运动缺陷导致的脊索前板错位等原肠胚形成缺陷，而过表达PNAS-4则导致体轴变长但同样抑制会聚；而Yan等[9]发现对爪蟾活体显微注射PNAS-4可通过凋亡导致爪蟾和斑马鱼胚胎眼发育障碍，注射PNAS-4反义核酸则表现为头部发育缺失和短轴的表型[9]。PNAS-4的过表达和基因沉默引起的表型并不一致，笔者推测这可能是由于PNAS-4并非直接发挥促凋亡作用而可能间接调控凋亡相关基因所致。
1 以PNAS-4为靶点的肿瘤基因治疗
基因治疗是目前在研究和临床应用上蓬勃发展的新兴疗法，被《Science》杂志评为2009年十大科学突破之一[10-11]。基因治疗临床试验方案中，超过60%的方案用于肿瘤治疗[12-13]。由于肿瘤的发生发展是多基因参与、多阶段发生的复杂病理生理过程[14]，而传统肿瘤治疗模式难以从基因水平改变肿瘤的遗传性变异，肿瘤基因治疗却能够从根本上纠正肿瘤细胞的遗传缺陷，因此基因治疗有望成为肿瘤综合治疗中不可或缺的治疗手段[15-19]。
目前PNAS-4用于肿瘤基因治疗方面的基础研究已有大量的报道。Yan等[20]发现PNAS-4质粒过表达可促使肺癌细胞株A549凋亡增加(过表达组、空白对照组、脂质体组、空载组凋亡细胞率分别为36.1%、2.1%、2.6%、4.9%)，而在C57BL/6肺癌模型小鼠中，注射PNAS-4质粒的小鼠的生存期(平均52.8 d)较空载对照组(平均40.8 d)显著延长，同时其凋亡细胞率亦较对照组显著增加。Hou等[21]则进一步研究PNAS-4基因治疗与吉西他滨联合治疗肺癌的效果，发现在肺癌细胞A549中，联合治疗组细胞凋亡率(61.4%)较PNAS-4单独组(26.8%)、吉西他滨单独组(28.6%)及空载对照组(15.2%)均显著增加，而在裸鼠肺癌模型中，联合治疗组肿瘤体积显著小于PNAS-4单独组和吉西他滨单独组，同时联合治疗组细胞凋亡率显著高于PNAS-4单独组和吉西他滨单独组。曾辉等[22]采用PNAS-4与放射联合治疗Lewis肺癌LL2细胞，发现联合治疗组细胞凋亡率(51.3%)较空白组(4.9%)、空载组(11.1%)、PNAS-4单独组(26.5%)、放疗单独组(13.8%)、放疗+空载组(12.1%)均显著增加而生存降低。Yang等[23]研究了PNAS-4过表达在卵巢癌中的作用，发现卵巢癌细胞SKOV3转染后72 h，PNAS-4组细胞增殖抑制率(59.8%)显著高于空载组(24.7%)和脂质体单独组(21.9%)，同时PNAS-4组细胞凋亡率(82.6%)显著高于空载组(24.3%)、脂质体单独组(16.1%)和PBS空白组(4.7%)，而PNAS-4基因治疗小鼠组38天肿瘤体积[(40.18±5.85)mm3]显著小于PBS空白组[(259.69±19.24)mm3]、脂质体单独组[(144.40±16.32)mm3]和空载组[(183.46±14.63)mm3]；同时PNAS-4基因治疗小鼠组较对照组凋亡显著增加，血管生成显著减少，每个血管热点平均微血管数目分别为：PNAS-4基因治疗小鼠组4.22±0.81，PBS空白组16±1.1，脂质体单独组15.67±1.52，空载组11±1.27。Yuan等[24]发现小鼠PNAS-4过表达能显著增强和厚朴酚在直肠癌LL2细胞的凋亡，联合治疗组细胞凋亡率(58.6%)显著高于空白组(15.9%)、空载组(23%)、和厚朴酚单独组(47.3%)和PNAS-4单独组(40.6%)，同时联合治疗组细胞生长抑制率(74%)显著高于和厚朴酚单独组和PNAS-4单独组(都小于50%)，而在另外一种直肠癌CT26细胞株上，联合治疗组细胞生长抑制率(81%)也显著高于和厚朴酚单独组(53%)和PNAS-4单独组(62%)；而在CT26和LL2移植瘤小鼠模型上，CT26移植瘤经联合治疗组治疗34 d后肿瘤体积[(412.86±46.94)mm3]较PBS空白组[(3 572.22±319.34)mm3]、和厚朴酚单独组[(1 768.71±245.67)mm3]、PNAS-4单独组[(772.7±161.14)mm3]显著缩小，LL2移植瘤经联合治疗组治疗34 d后肿瘤体积[(709.97±65.78)mm3]亦较PBS空白组[(4 919.94±660.76)mm3]、和厚朴酚单独组[(2 178.66±229.44)mm3)]、PNAS-4单独组[(1 212.27±188.11)mm3]显著缩小，生存曲线分析发现CT26移植瘤经联合治疗组治疗后平均生存期(57 d)显著高于空白组或空载组(皆少于43 d)、和厚朴酚或PNAS-4单独组(52 d)，而且血管生成显著减少，凋亡显著增加。Yuan等[25]还在另一研究中采用直肠癌细胞CT26、肺癌细胞LL/2、卵巢癌细胞SKOV3进行PNAS-4过表达和顺铂的联合治疗，发现在CT26细胞中联合治疗组细胞生长抑制率(74%)显著高于PNAS-4单独组(59%)和顺铂单独组(51%)，在LL/2细胞中联合治疗组细胞生长抑制率(57%)显著高于PNAS-4单独组或顺铂单独组(皆小于25%)，在SKOV3细胞中联合治疗组细胞生长抑制率(64%)也显著高于PNAS-4单独组(43%)和顺铂单独组(40%)，同时联合治疗组细胞凋亡率明显增高；而在CT26和LL/2移植瘤小鼠上进一步发现，联合治疗组相比于PBS空白组约延迟了20 d达到900 mm3的肿瘤体积，而顺铂单独组分别延迟8 d(CT26)和4 d(LL/2), 此外联合治疗组生存期显著延长，坏死/凋亡显著增多。
2 PNAS-4促凋亡作用的分子机制
虽然PNAS-4基因治疗及联合化学药物治疗或放疗显示了较好的应用前景，但关于PNAS-4参与的信号通路和如何促进细胞凋亡的分子机制现在尚未完全清楚，目前主要有四种假说。
第一种假说是由伦敦大学Daniel提出，在其博士论文中，通过数学建模和定量数据分析，他提出PNAS-4是p53的靶基因[26]。然而，Zhou等[27]通过体外实验沉默p53后检测PNAS-4的表达，通过同时分析组织样本p53的突变情况与PNAS-4表达水平的关联，以及通过生物信息学的方法分析PNAS-4是否存在p53结合位点的特征序列等证据，基本上否定了PNAS-4是p53的靶基因，因此p53调控PNAS-4来发挥促凋亡作用这一假说基本上是不成立的。
第二种假说是由Yan等[20]提出的PNAS-4通过线粒体凋亡途径发挥促凋亡功能的假说。他们发现PNAS-4过表达的细胞中Bcl-2表达下降而Bax表达上调，同时细胞色素C在细胞质中显著增加而在线粒体中下降，表明PNAS-4过表达可造成细胞色素C的释放，而细胞色素C释放的下游重要事件之一——caspase-3的切割也被证实，caspase-3被切割后是凋亡关键的效应分子，可导致核酸内切酶的激活和造成随后DNA断裂[28-31]。但该假说对PNAS-4如何使Bax表达上调和细胞色素C释放的具体机制未进一步阐明。
第三种假说则是Gou等[32]提出PNAS-4可能通过前胸腺素ɑ和膜联蛋白A1促凋亡。他们采用蛋白组学对PNAS-4过表达引起的A549细胞凋亡后的蛋白表达的变化进行了测量，共发现20个表达发生变化的蛋白。然后他们还采用免疫印迹的方法对其中的前胸腺素ɑ(表达下调)和膜联蛋白A1(表达上调)的变化进行了验证。前胸腺素ɑ是一强酸性核蛋白，可通过抑制凋亡体的形成来抑制caspase的激活，抑制前胸腺素ɑ可导致Hela细胞凋亡[33-34]。而膜联蛋白A1是钙依赖磷脂结合蛋白家族成员，通过抑制MAPK、阻遏Erk和激活caspase-3显示了促凋亡效应[35-40]。因此，他们认为PNAS-4可能通过下调前胸腺素ɑ和上调膜联蛋白A1来促使细胞凋亡。
第四种假说则是笔者根据PNAS-4的结构特征而新提出的——PNAS-4可能是通过去蛋白小泛素样修饰(small ubiquitin-like modifier, SUMO)化来促进细胞凋亡。近期研究发现PNAS-4含有一个名为PPPDE的保守结构域，美国国立生物技术信息中心(NCBI)已将PNAS-4基因的官方名称更名为DeSI-2。DeSI-2是新近发现的去SUMO化异肽酶DeSI(DeSumoylating isopeptidase)家族成员[41]。PNAS-4(DeSI-2)和该家族的另一成员DeSI-1高度相似，都含有一异肽酶结构域(图 1)。Shin等已首先采用免疫共沉淀证明DeSI-1可直接与BZEL(一种新的转录抑制因子)发生相互作用，继而通过实验发现DeSI-1可去SUMO化而不是去泛素化，而不能去SUMO化BZEL。然后又发现DeSI-1不能去SUMO化PML和△NP63，二者都是最早发现的去SUMO化酶家族-SENPs(sentrin-specific proteases)的底物，从而证实DeSI-1属于第二类新发现的SUMO蛋白酶[41]。SUMO是新发现的类泛素化蛋白修饰方式，与泛素化不同的是这种修饰并不降解蛋白，而是调节蛋白的功能，已陆续发现其在DNA损伤修复、细胞周期调控、转录活性调控、核质物质转运、染色体分离等方面发挥着广泛的作用，并发现与肿瘤关系密切，可促进肿瘤的发生、发展和转移[42-46]。SUMO化同泛素化一样，是一个可逆的过程，其去SUMO修饰的过程是由去SUMO化酶(deSUMOylases)介导的[47-48]。因此鉴于PNAS-4(DeSI-2)和DeSI-1结构的高度相似性[41]，PNAS-4可能是作为一种新的去SUMO化异肽酶，通过去蛋白SUMO化来调节某些与凋亡相关的靶蛋白的功能，从而发挥促凋亡的功能。
图1
DeSI-1和PNAS-4 (DeSI-2)结构对比示意图
Figure1.
Structure diagram of DeSI-1 and PNAS-4(DeSI-2)
关于PNAS-4可能调节靶蛋白来促凋亡目前已有一些间接的实验证据。首先，PNAS-4过表达可以上调蛋白酶体亚单位PSMB6的mRNA和蛋白的表达[32]。其次，PNAS-4的过表达可增加Bax和p21的表达[20]。而Bax和p21皆为短寿命的促凋亡蛋白。Bax可与线粒体中抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL相互作用并抑制Bcl-2和Bcl-xL，导致细胞色素c释放并激活caspase级联通路。P21是抑制细胞周期蛋白相关激酶的Cip/Kip家族成员，可通过结合和钝化细胞周期蛋白/细胞周期蛋白相关激酶复合物导致细胞周期停滞于G1-S期[49-50]。现有研究表明PNAS-4的过表达可使细胞周期停滞于S期[20]。但PNAS-4是否是通过去SUMO化来调节PSMB6、Bax和p21等抑或是其他凋亡相关蛋白来发挥促凋亡的作用还有待进一步研究。
3 展望
PNAS-4具有促进细胞凋亡的作用，已在肿瘤基因治疗基础研究领域有大量的报道，引起许多研究者的关注。但目前PNAS-4促凋亡的分子机制尚不清楚。例如，PNAS-4是否为去SUMO化酶，PNAS-4相互作用的蛋白分子有哪些，PNAS-4参与的信号通路有哪些，PNAS-4如何引起细胞凋亡。这些问题有待研究者们进一步阐明。相信这些机制的阐明对PNAS-4在肿瘤基因治疗以及其他领域中的应用都具有更好的指导作用。
