Rab10蛋白及其在肿瘤中的研究进展

　　Rab蛋白作为Ras超家族中有鸟苷三磷酸酶(guanosinetriphosphatase，GTPase)功能的成员，对维持真核细胞内膜转运、天然免疫、神经系统发育有调节作用，近年来有研究显示Rab蛋白与肿瘤关系密切，尤其在肿瘤细胞增殖、迁移、信号转导等方面发挥重要作用。目前已知人类Rab蛋白超过60多个。Rab10作为RabGTPase家族成员之一，在肿瘤发生发展和囊泡转运中起重要作用。现就Rab家族及Rab10蛋白结构与调节、囊泡转运及肿瘤相关研究进展作一综述。

　　1Rab家族与Rab10

　　1.1结构及其生物学特征

　　Rab家族蛋白是小分子三磷酸鸟苷(guanosinetriphosphate，GTP)结合蛋白中最大的亚家族成员，能够结合GTP并水解GTP，几乎表达于所有真核细胞生物。目前已发现的Rab家族中，人类Rab蛋白超过60多个，为Ras超家族分支之一。作为单体形式的Rab蛋白，编码肽链大约由200个氨基酸残基构成，相对分子质量约为21000～25000。Rab蛋白家族成员进化上高度保守，序列相似，常形成多个亚家族。它们在结构上具有某些共同特征即保守的G结构域、序列和长度均高度可变的氨基端和羧基端。通过影像学分析发现G结构域含有5个亲水α螺旋(α1～α5)，6个疏水β片层(β1～β6)和5个多肽环(G1～G5)。6个疏水β片层被亲水α螺旋包围，两者之间由多肽环连接。G结构域中存在分子开关区域，能够使构像发生改变，包括分子开关Ⅰ和Ⅱ。它们是Rab蛋白与调节蛋白如鸟嘌呤核苷酸交换因子(guaninenucleotideexchangefactor，GEF)和鸟苷三磷酸酶激活蛋白(GTPaseactivatingprotein，GAP)相互作用的结合位点。Rab蛋白羧基端含有不同的膜定位结构，当其中半胱氨酸进行异戊二烯修饰后，可使Rab蛋白具有疏水性，能够通过其羧基端与膜结合，这是Rab蛋白靶向定位于细胞内膜必要的步骤。氨基端可能参与指导羧基端半胱氨酸的异戊二烯修饰。

　　Rab10最初由德国学者Chavrier等于1990年从犬肾上皮细胞株细胞MDCK(Madin-Darbycaninekidney)中分离出来，属于RabGTPase家族成员之一。人Rab10基因定位于2号染色体，家鼠Rab10定位于12号染色体。家鼠Rab10包含6个外显子，其中外显子1可翻译起始密码子ATG。编码小家鼠、家犬、人Rab10的肽链均由200个氨基酸残基组成。大部分组织中Rab蛋白广泛表达，某些Rab只表达于特定细胞，完成特定功能。Rab10主要定位于内质网、高尔基体、早期内体和循环内体，参与一系列生物进程，包括膜转运、物质代谢、信号传导及细胞骨架形成等。

　　1.2Rab蛋白活性调节及转位

　　囊泡转运过程中至少有4种调节因子参与Rab蛋白活性调节及转位，如GEF、GAP、二磷酸鸟苷解离抑制因子(GDPdissociationinhibitor，GDI)和细胞器膜上二磷酸鸟苷解离抑制因子的置换因子(GDIdisplacementfactor，GDF)。Rab蛋白家族成员在GEF和GAP作用下完成活性状态转变，前者可以使Rab蛋白上二磷酸鸟苷被三磷酸鸟苷替代而激活，后者可水解三磷酸鸟苷变成二磷酸鸟苷使Rab蛋白失活。Rab激活后可以插入到细胞器膜上，协同下游靶蛋白，参与囊泡转运。一旦囊泡转运结束，Rab蛋白即被GAP水解成无活性状态，继而和GDI结合成Rab-GDI，从细胞器膜返回细胞质。Rab-GDI在细胞质中需要进行膜调控的细胞器附近，GDI被GDF置换，并使Rab与细胞器膜连接，继而被GEF激活，进入下一个囊泡转运周期。

　　2Rab10与囊泡转运过程

　　胞内运输是真核细胞生命活动的基础。Rab蛋白作为细胞器之间囊泡运输的分子开关，通过调节囊泡运输，在囊泡形成、转运、黏附、锚定和融合等过程中起着重要作用。

　　2.1Rab10与囊泡形成

　　研究显示囊泡形成需要网格蛋白、ARFGTPase、衔接蛋白等多个蛋白相互作用。线虫极化上皮Rab10部分通过小GTP酶ARF6/ARF6的GTP激活蛋白，调节内体磷酯酰肌醇-4，5-二磷酸的表达水平，影响包括囊泡出芽在内的多种外周膜蛋白招募，使囊泡出芽受阻。ARF6作为磷酯酰肌醇-4，5-二磷酸生成酶的效应器，可以调节内体到胞质膜的转运。在囊泡运输过程中，将货物蛋白准确分配到运输囊泡是保证囊泡有效运输的前提，这是在囊泡形成前完成的工序，而在内吞回收途径中，Rab10/Rab10GTPase调节某些货物蛋白的回收。在神经元轴突发育过程中，有学者指出Rab10与肌球蛋白Ⅴb相互作用可决定Rab10-囊泡形成，Rab10与肌球蛋白Ⅴb的D编码结构域相互作用，下调肌球蛋白ⅤbD结构域的表达或阻断其与Rab10的相互作用，能够使Rab10转运体数目减少，抑制海马神经元轴突生长发育。

　　2.2Rab10与囊泡转运

　　囊泡形成以后运输到靶膜需要肌动蛋白依赖或者微管依赖的马达蛋白帮助。肌球蛋白Ⅴa是一种广泛表达的肌动蛋白为基础的马达蛋白，可结合Rab10等多种RabGTPase，参与细胞内转运过程。有研究者认为肌球蛋白Ⅴa与Rab10结合可调节脂肪细胞中葡萄糖转运蛋白囊泡的转运。除了肌球蛋白Ⅴa以外，肌球蛋白Ⅴb也是包括Rab10在内多种Rab蛋白的效应子。Rab10与肌球蛋白Ⅴb结合可调节神经元囊泡的转运。2014年Deng等研究发现c-Jun氨基末端激酶相互作用蛋白1(c-JunN-terminalkinase-interactingprotein1，JIP1)在神经元极化过程中，介导Rab10货物蛋白定向运输。下调JIP1或驱动蛋白-1(kinesin-1)轻链的表达亦或kinesin-1/JIP1/Rab10复合体形成受损，可减少质膜前体囊泡的顺行运输，可造成神经元极性缺陷。Wang等发现Rab10可以调节高尔基体细胞膜中Toll样受体4的连续转运，这对于细菌脂多糖刺激巨噬细胞活化是必需的。一项研究显示与细胞膜前体囊泡有相关性的致死巨型幼虫蛋白1位于Rab10上游，可从Rab10复合物中解离出GDI激活Rab10蛋白，可以刺激前体囊泡转运。

　　2.3Rab10与囊泡锚定和融合

　　供体囊泡与受体靶膜之间的锚定是囊泡与靶膜融合的前提。通过靶膜和囊泡表面膜上可溶性NSF附着蛋白受体(solubleN-ethylmaleimide-sensitivefusionproteinattachmentproteinreceptor，SNARE)相互特异性识别可以介导囊泡与靶膜融合。目前关于Rab10蛋白与SNARE蛋白之间作用机制仍不清楚，需要进一步研究。胰岛素在脂肪细胞中能迅速刺激葡萄糖转运过程是由于其刺激细胞内含有葡萄糖转运蛋白4(glucosetransporter4，GLUT4)的囊泡与胞膜发生融合，实现GLUT4转运。Chen等研究显示Rab10介导肌球蛋白Ⅴa与GLUT4结合，使其定位于胞周并进行最后融合。Rab10蛋白是蛋白激酶B底物蛋白(Aktsubstrateof160ku，AS160)最主要的底物，AS160的GAP区域对于Rab10、Rab8A、Rab2A和Rab14都有活性。关于AS160调控GLUT4囊泡的步骤，有研究者认为当GLUT4囊泡释放后，磷酸化的AS160与14-3-3蛋白结合，其氨基端磷酸化的酪氨酸结合区域可使GLUT4囊泡和质膜的锚定与融合变得更加容易。在神经细胞中，豆蔻酰化的富丙氨酸蛋白激酶C的底物(myristoylatedalanine-richCkinasesubstrate，MARCKS)介导质膜前体囊泡运输，与激活的Rab10结合后，可下调MARCKS的表达或干扰其与Rab10蛋白相互作用，能够使大脑皮质神经元细胞生长受到抑制，干扰Rab10囊泡与胞质膜锚定与融合[23]。

　　3Rab10与肿瘤

　　现有研究表明Rab10不仅在遗传性疾病、能量代谢、神经发育方面显示重要作用，而且与肿瘤的关系越来越受到重视，其影响肿瘤细胞增殖、凋亡、分化与转移，可能为潜在的肿瘤治疗靶点提出新思路。

　　3.1骨肉瘤

　　Jiang等指出干扰Rab10表达可以抑制骨肉瘤细胞增殖和转移。Rab10在mRNA和蛋白水平，可以被上游微小RNA-329(miR-329)分子调控。miR-329高表达可降低下游野生型Rab103′UTR的活性，而当miR-329表达被抑制时，下游的Rab103′UTR的活性可以提高。说明Rab10可能是上游miR-329潜在靶点，进而影响骨肉瘤细胞增殖与转移。上述实验可见miR-329与Rab10位于通路上游和下游，两者对于骨肉瘤细胞增殖和转移作用相反，提高上游miR-329表达或抑制下游Rab10表达可以抑制其增殖与转移，两者均可能成为今后治疗骨肉瘤潜在靶点，然而Rab10能否负反馈作用于miR-329及与miR-329以外其他靶点是否存在联系需进一步深入研究。

　　3.2胃癌

　　李园园检测63例胃癌患者癌组织与癌旁组织中Rab在mRNA水平的变化，结果显示Rab10、Rab40b等4种Rab蛋白mRNA水平明显上调，Rab23呈现下调趋势。继而进一步分析上述Rab分子与临床病理特征的关系，发现Rab40b高表达与肿瘤侵犯、淋巴结转移和病理分期有关，生存分析显示上调Rab40b会减少患者术后生存时间。上述研究虽明确Rab10mRNA水平在癌与癌旁正常组织中的差异具有统计学意义，但是Rab10蛋白表达差异与mRNA水平所得结论是否一致尚不明确，且研究者未提及Rab10对胃癌的预后价值及机制，需后续实验进一步阐明。

　　3.3肝癌

　　He等通过检测11株肝细胞癌和1株胆管细胞癌中Rab10的表达，发现Rab10在11株肝细胞癌细胞株中，有8株高表达，且发现肝癌组织中小GTP酶RNA水平是癌旁正常组织的1.5倍，两者之间差异有统计学意义。Rab蛋白在肝癌组织中高表达与肿瘤大小、甲胎蛋白、坏死无关，但它们可调控肿瘤细胞生长。因此Rab10调控肝癌细胞株增殖的具体机制尚不明确。

　　3.4结肠癌

　　Lee等分析了高迁移率族蛋白1(highmobilitygroupbox-1protein，HMGB1)在结肠癌细胞中的作用机制，他们通过分离HCT116结肠癌细胞，并应用蛋白组学方法检测HMGB1的162种胞质结合蛋白，发现存在包括Rab10在内的9种胞质结合蛋白参与蛋白质转运和分泌，且它们属于非常规分泌蛋白。研究结果显示HMGB1可能与胞质结合蛋白相互作用，参与细胞增殖、抑制凋亡、血管生成和调节细胞周期的生物活动，这与结肠癌疾病进展和非常规分泌途径有关。参与正常细胞胞内囊泡转运的Rab10是结肠癌细胞分泌蛋白，可能通过肿瘤微环境影响结肠癌细胞增殖，但其与胞外基质蛋白是否存在联系，共同调节肿瘤细胞生长与转移值得探讨。

　　4结语

　　Rab家族作为Ras超家族的成员，发挥着重要的细胞内生物学功能。而Rab10作为新型GTP结合蛋白，参与细胞内囊泡形成、转运、锚定和融合过程，其表达异常可能会引发多种细胞器缺陷和功能紊乱。尤其Rab10在肿瘤中的作用逐渐被关注，但其作用于肿瘤细胞的潜在机制、是否有预后价值及能否成为肿瘤治疗新型靶点尚不明了；另外Rab10作为非常规分泌蛋白及参与胞内物质转运，与胞外基质蛋白调节肿瘤微环境是否存在协同作用，其调控肿瘤细胞生长是否存在多条信号通路，其具体机制均需后续大量研究验证。总之，随着高通量测序、基因芯片技术的发展和肿瘤相关Rab分子的快速检测，Rab10有望成为肿瘤潜在分子标志物及治疗靶点之一，为肿瘤诊断和靶向治疗提供新的研究方向。