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糖原合成激酶3不同亚型的研究进展及其前景展望
作者：刘佳妹 刘培慧 苏琪 延娟 唐辰义 吕月 来源：《医学信息》2014年第22期
摘要：糖原合成激酶3存在着α和β两种亚型，人体内各种复杂的生理过程都与糖原合成激酶3密切相关，糖原合成激酶3不仅参与了肿瘤细胞的侵袭、转移、凋零，其也参与了细胞周期的加速。其多元化的生物学活性调节方式导致其在不同类型的恶性肿瘤中所起的作用并不相同，本文将从糖原合成激酶3不同亚型的结构构成，以及糖原合成激酶3不同亚型的研究进展做一个综述，并对糖原合成激酶3抑制剂的开开发前景做一个展望。 关键词：糖原合成激酶；细胞周期；恶性肿瘤；靶点
糖原合成激酶3（GSK-3）究其本质来说属于苏氨酸类酶类的一种，GSK-3这种酶类在哺乳动物到酵母中都十分的保守，最开始的阶段，GSK-3被认为是调节糖代谢的关键激酶之一。但是近些年来随着研究工作的不断深入发现，GSK-3不仅仅参与了糖类的代谢，还广泛的参与了人体内其他的生理过程，其中包括人体内蛋白质的合成以及细胞的增殖和分化。GSK-3存在着两种不同种类的亚型分别为GSK-3α以及GSK-3β[1]。而GSK-3α的主要生理功能是参与了糖原代谢的过程，而GSK-3β则具有较为复杂的生物学功能，其中据相关的研究显示，其不仅参与了细胞周期的加速，癌细胞基因的转录以及参与调节了肿瘤细胞的侵袭、转移、凋零[2]。据相应的研究显示，GSK-3β的上游酶还参与了肿瘤的形成。 1 GSK-3α/β的特点
在真核细胞中普遍存在着糖原合成激酶（GSK-3），而在哺乳动物的体内则往往同时存在着GSK-3α以及GSK-3β，GSK-3α以及GSK-3β这两种亚型在催化区的氨基酸具有极高的同源性，两者的同源性高达98%，但是在蛋白两端的同源性却偏低，仅仅只有36%[2]。GSK-3α以及GSK-3β两者具有功能性的代偿特点，在老鼠模型中对GSK-3β基因进行敲除之后，发现两者虽然能发生功能性的代偿，但是无法完成完全取代，这一实验在侧面证明了两者在功能及结构上仍然存在着显著的差异。目前在相应的化学实验中已经得到了GSK-3β的结构晶体，在该结构晶体中可以明确的是GSK-3β的活性区域主要由C端以及N端构成[3]。在GSK-3的正副调节因子的研究上发现，对于GSK-3α而言，其正向的调节因子为Tyr276，其负向的调节因子为Ser2l，当Tyr276被成功磷酸化后，GSK-3α的苯环会向外进行扭转使得Ser2l这些被预磷酸化的底物能够更为轻松地进入活性口袋，促进复合物的形成[4，5]。 2 GSK-3α的研究进展
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GSK-3α目前被证实不仅仅与真核细胞内各种真核性底物的磷酸化过程密切相关，这些内源性的底物包括转录因子以及细胞结构蛋白等。GSK-3α主要起作用的为对糖原合成的参与，GSK-3α能将糖原合成酶磷酸化[6]。同时GSK-3α还能够将CAAT以及C-JUN等这些转录因子磷酸化，从而能够有效将这些转录因子与DNA的结合，从而能够达到调节上述这些基因的表达与转录的目的。在糖尿病、阿尔兹海默病以及其他类型的神经退行性疾病时都可明显检测到GSK-3α的异常升高，同时相应的研究显示，GSK-3α可能在胰岛素的信号调节通路中起着重要的作用[7]。相对于哺乳动物而言，GSK-3α的研究在昆虫中更为落后，因为在昆虫体内，参与促进糖原合成的主要激素虽然是胰岛素，但是在昆虫体内糖原的代谢和合成中还有蜕皮激素的参与，昆虫中发现，GSK-3α的表达受到了蜕皮激素的作用，而与此同时在昆虫发生蜕皮前GSK-3α的浓度会异常增高[8]，这样昆虫体内大量的糖原合成酶被磷酸化，从而导致糖原合成酶失去活性，这样便会导致昆虫体内糖原的减少，导致昆虫不进食，从而顺利地进入蜕皮阶段。同时在对昆虫的GSK-3α的相关研究中发现[9]，GSK-3α的保守性较高，家蚕与其他类型的昆虫的GSK-3α的氨基酸序列也存在高度的一致性，家蚕与果蝇的GSK-3α的氨基酸序列的同源性高达79%，这种调查结果也显示GSK-3α基因在进化的过程中也是呈现出高度保守的特性[10]。在哺乳动物中发现GSK-3α能够成功地调节哺乳类动物内的糖皮质激素从而参与哺乳动物体内的细胞凋亡过程。而在昆虫体内GSK-3α是否参与了细胞的凋亡过程尚待进一步研究。对吸烟的人群的气道上皮细胞进行免疫细胞荧光法以及免疫组化检测时发现GSK-3α广泛表达于这些气道上皮细胞中，同时在培养的猪的动物模型中以及大鼠的模型中同样用免疫细胞荧光法以及免疫组化检测发现GSK-3α广泛表达于这些动物的气道上皮细胞中。在对这些GSK-3α进行定位时发现，GSK-3α广泛表达于上述动物肺组织中的胞浆中，在肺组织中GSK-3α分布的细胞主要为支气管上皮细胞、以及肺泡的上皮细胞，在软骨组织中GSK-3α的表达就要强于GSK-3β[11]。在培养的猪组织的支气管上皮细胞中，虽然可见强烈的GSK-3α的表达，但却未见GSK-3α的磷酸化。在对猪的支气管上皮细胞进行了尼古丁以及香烟烟雾提取物的处理后，抑制性的磷酸化的GSK-3α水平显著升高，而GSK-3β水平则为显著下降，证明香烟可能能有效抑制GSK-3α的表达[12-14]。 3 GSK-3β的研究进展
GSK-3β参与调节了细胞内体的分布、蛋白复合体的形成、磷酸化激酶，这一系列的调节作用形成的关键调节点就是激酶被磷酸化[15]。而与GSK-3β活性调节密切相关的为上游的活化酶，特别是一些关键性的激酶，这其中包括P90RSK、Pka、PKB、MAPKAP以及p70S6K，上述这些关键性的激酶一旦被磷酸化，则可直接导致GSK-3β的活性被抑制[16]。在Wnt的通路中，GSK-3β起着一个类似的开关的作用，GSK-3β能够通过对于底物的磷酸化激活与否来决定Wnt通路的开关与否。GSK-3β能够对某些肿瘤起到抑制作用也是因为GSK-3β对于β-catenin的磷酸化过程起到一个促进的作用，而β-catenin在磷酸化后容易被蛋白酶降解，从而致使肿瘤细胞得到抑制[17]。 4 GSK抑制剂的应用前景
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目前在GSK抑制剂的研究方面，针对GSK-3α的研究尚未见报道，临床中基本都是针对GSK-3β的研究。在结肠癌的癌细胞系以及癌组织中GSK-3β中的表达中显著高于正常人群。而一旦对结肠癌患者使用GSK-3β的抑制剂，可以发现在结肠癌的癌细胞系以及癌组织中的癌细胞的增殖受到明显地抑制，同时出现明显的细胞凋亡[18]。因而在大肠癌的治疗中，GSK-3β既有可能成为一个新的靶点[19]。在国外某些学者的实验中发现，P53依赖的细胞凋亡能够被GSK-3β消除，从而加快直肠癌的发生以及发展过程。在另外的与之相关的实验中发现利用非放射性酵素测定法发现在胃癌、肝癌、胰腺癌、结肠癌中进行测定发现GSK-3β的水平均要显著高于健康人群。在体外实验中则发现，GSK-3β主要通过使得端粒酶的活性被提高而使得胃肠道肿瘤的生长得到促进。在卵巢癌的相应研究中发现，在卵巢癌的细胞系以及组织中GSK-3β以及β-catenin均呈现出异常增高。在对应的体外实验中发现，GSK-3β被化学药物抑制活性之后，卵巢肿瘤细胞的存活以及增殖都受到显著的影响。卵巢肿瘤细胞能够在激活型的GSK-3β的诱导下进入S期，与此同时cyclin D1的表达明显增高，从而使得卵巢肿瘤细胞的异常增殖得到促进，这样便从侧面证实卵巢肿瘤的发生发展受到了GSK-3β的高表达的影响[20]。在前列腺癌患者中使用对GSK-3β具有抑制作用的TDZD8后，会使得前列腺癌细胞的增殖被抑制，同时前列腺癌DNA的复制也被有效降低，前列腺癌细胞中大量的细胞被阻断在S期[21]。对于低血清状态的前列腺癌患者而言，GSK-3β能够增加前列腺癌细胞的生存能力。其中GSK-3β的抑制剂主要是通过将Bif-1的水平提高使依赖Bif-1的细胞使其发生自噬作用而死亡。同时，相应的研究还证实，在肝癌和甲状腺癌中呈失活型的GSK-3β大量缺失，而活化型的则大量增加，从而起到促进癌细胞增殖的作用[22-24]。 参考文献：
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糖原合成激酶3不同亚型的研究进展及其前景展望
