Survivin基因的研究进展

Advances on the Study of Survivin Gene

摘要: Survivin基因是凋亡抑制蛋白(Inhibitor of apoptosis protein, IAP)家族成员之一，具有一个典型的杆状病毒重复序列(Baculovirus inhibitior of apoptosis protein repeat, BIR)。Survivin在控制细胞周期和抑制细胞凋亡方面具有十分重要的作用。本文对Survivin基因结构、生物学功能以及在不同物种中的研究进展进行了综述，并对其在海洋无脊椎动物中的应用进行了展望。

Abstract: Survivin is a member of inhibitor of apoptosis protein family and has a typical baculovirus inhibitior of apoptosis protein repeat, BIR domain. Survivin plays an important role in controlling cell cycle and inhibiting apoptosis. In this review, we briefly summarized the structure, biological function and research progress of Survivin gene in different species, and the application in marine invertebrates is also prospected.

1. 引言

细胞周期的进行和细胞凋亡的调控是两个密切相关的生物学过程，其作用是保持生长发育和形态发生的动态平衡 [1]。细胞凋亡是一种由遗传因素调节的细胞程序性死亡过程，细胞凋亡可以去除多余或异常的细胞，在免疫和发育及其动态平衡中发挥重要的作用 [2]。凋亡抑制蛋白中的Survivin最早是在杆状病毒中分离得到的，之后在果蝇、线虫、酵母和哺乳动物中陆续被发现。Survivin基因是细胞内少数既能调控细胞周期又能抑制细胞凋亡的因子，同时它也是凋亡抑制蛋白家族中分子量最小的一个成员，大小在16.5 kD左右。蛋白质结构中基本都含有2~3个杆状病毒重复序列(Baculovirus inhibitior of apoptosis protein repeat, BIR)、一个RING结构域和一个CARD结构域 [3] ，通过阻止宿主细胞的防御性凋亡，从而促进病毒复制。Survivin基因是凋亡抑制蛋白(IAP)家族中抗凋亡活性最强的一个因子。Survivin基因是通过抑制半胱天冬酶3 (Caspase-3)和半胱天冬酶7 (Caspase-7)进而调控下游的代谢通路，阻断细胞凋亡，同时它还能与微管蛋白相互作用来调控细胞有丝分裂。本文将分别综述Survivin基因在哺乳动物、两栖类、鱼类、真菌以及无脊椎动物中的研究进展。

2. Survivin基因在哺乳动物中的研究进展

美国耶鲁大学的Ambrosini等利用效应细胞蛋白酶受体-1 (Effector cell protease receptor-1, EPR-1)的cDNA，第一次从人类基因组中筛选出了Survivin基因 [4]。Survivin基因位于人类17号染色体q25带上，全长14.7 kb，由3个内含子和4个外显子组成。Survivin 基因编码产生的Survivin蛋白参与有丝分裂，并与细胞动力学相关。Survivin蛋白由142个氨基酸组成，相对分子质量为16,500，其N末端区域从第15~87位氨基酸残形成了3个反向平行β折叠和4个α螺旋的空间结构，这是一个单独的BIR结构域，该结构域是IAP家族的标志。研究发现，Survivin基因参与细胞凋亡和细胞周期的调控以及血管和肿瘤的发生。

Survivin基因与细胞凋亡

Survivin蛋白是因其能够抑制细胞凋亡而得名的，即“生存素”。研究表明，Survivin基因多表达分布于胚胎和胎儿等分裂旺盛的组织器官中，而在终末分化的成体组织中Survivin基因仅表达于胸腺、睾丸、分泌期子宫内膜和神经干细胞中 [5]。Survivin基因在人体内大多数癌变组织中均有表达，而这一表达特点决定了Survivin基因与增殖密切相关。Survivin基因与多条凋亡通路有关。有学者认为Survivin是通过BIR结构域与半胱天冬酶3 (Caspase-3)和半胱天冬酶7 (Caspase-7)结合，进而调控下游的代谢通路，进而阻断细胞凋亡 [6]。也有研究发现Survivin基因通过抑制Bax/Bcl-2途径，使细胞色素C (Cytochrome c)和凋亡诱导因子(AIF)不能释放到细胞质中，无法形成Cyt c/Apaf-1/Caspase-9复合物而激活Caspase-3，进而抑制细胞凋亡 [7]。在对人肝癌HepG2细胞的研究中发现，Survivin进入细胞核与细胞周期蛋白依赖性激酶(Cyclin-dependent kinases, CDK4)形成复合物，p21从其与CDK4的复合物中释放，转位至线粒体中与pro-Caspase-3相互作用，进而抑制Fas(CD95)介导的细胞死亡 [8]。以上研究结果表明，Survivin基因通过直接或间接的途径抑制半胱天冬酶活性，进而抑制细胞凋亡。

Survivin基因与细胞周期

经免疫组化实验研究发现，Survivin基因广泛表达于细胞周期的各个时相中。它在细胞分裂间期定位于细胞质中的中心体，有丝分裂期又定位于着丝点，分裂后期与赤道板上的纺锤体微管结合，分布于两个子细胞的中心体内，末期结束后，Survivin蛋白被降解 [9]。在处理过的Hela细胞中，内源性Survivin的RNA在G1期检测不到，在S期增加6.2倍，在G2/M期增加40倍 [1]。Survivin蛋白的半衰期很短，仅有30 min，主要在细胞G2/M期表达，随后在G1期，mRNA和蛋白质水平快速下降，同时BIR结构域的氨基酸残基变异以及N端或C端断裂，可增加其对蛋白酶的敏感性。而蛋白酶抑制剂可阻断survivin在G1期的降解。

Survivin基因与血管形成

Survivin基因在不处于增殖期的毛细血管中表达量很低，而在体内新形成的肉芽组织血管中表达量大量上调 [10]。Survivin基因也是神经系统中血管内皮细胞生长因子(VEGF)的下游效应物，并且Survivin转录物在神经祖细胞中高度表达。Survivin在正常发育和血管生成过程中可防止细胞凋亡，并促进毛细血管的形成，并可保护内皮细胞免受治疗损伤诱导的细胞凋亡。

Survivin基因与肿瘤

Survivin基因在各种类型的人类肿瘤组织中广泛表达 [11]。Survivin基因的表达对于大多数癌细胞的形成是必须的。许多学者认为Survivin基因是一种癌基因，在肿瘤的发生与发展过程中起到了很重要的作用 [12]。Survivin基因在组织中表达具有选择性，其通常与预后不佳和肿瘤复发有一定关系。因此，构建Survivin基因突变体，利用反义Survivin、siRNA和shRNA等引起Survivin表达量下调等方式和破坏Survivin功能等方式 [13] [14] [15] [16] ，都证明Survivin基因在肿瘤治疗方面有很大的作用，是一个新的靶点。

3. Survivin基因在两栖类和鱼类中的研究进展

与高等脊椎动物不同的是非洲爪蟾(Xenopus laevis)、斑马鱼(Barchydanio rerio var)、河豚(Tetraodontidae)和虹鳟鱼(Oncorhynchus mykiss)的基因组编码两种不同的Survivin基因。非洲爪蟾的Su1和Su2基因的ORF分别编码157和159个氨基酸，它们均是具有单个BIR结构域但没有RING结构的两种蛋白质。这些蛋白质分别与人Survivin蛋白具有50%和45%的同源性，彼此之间具有41%的同源性。Su1主要在胚胎和幼虫(蝌蚪)时期表达，而Su2则在蝌蚪变态发育后表达。Su1基因的过表达可以使蝌蚪血管增大，内皮细胞数量增加 [17]。斑马鱼(Barchydanio rerio var)中的Survivin基因的同源物有两个：Birc5a和Birc5b。它们主要在神经、血管、眼和体节中表达，都能抑制细胞凋亡和促进细胞增殖。通过基因敲除、敲降和过表达研究发现，Birc5a和Birc5b都参与正常的血管发生、心脏发生、神经发生和造血过程。其中Birc5a在保护神经结构方面更有效，而Birc5b在保护尾静脉丛方面更有效，尾静脉丛是原始造血的主要部位 [18]。Ma等研究也表明Survivin基因在斑马鱼原始造血和血管生成的调节中具有重要的作用 [19]。

4. Survivin基因在真菌中的研究进展

真菌中也发现了IAP家族的同源类似物。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)和粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)中发现的IAP蛋白的同源物，分别命名为BIR1和bir1。它们在N末端都含有两个BIR结构域。研究发现BIR1是酿酒酵母中高效减数分裂和孢子萌发所必需的，与纺锤体的功能相关。BIR1和bir1的结构和功能之间存在相似性 [20]。人类Survivin基因、酿酒酵母BIR1、粟酒裂殖酵母bir1和来自线虫的携带BIR结构域的蛋白之间结构和功能存在相似性，表明它们在细胞分裂中具有保守的作用。

5. Survivin基因在无脊椎动物中的研究进展

在黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)中所发现的一种新的凋亡抑制蛋白家族成员Deterin，它只有一个杆状病毒重复序列BIR，没有RING结构域。研究表明，Deterin在增殖的果蝇S2细胞中表达，以及在发育过程中具有增殖能力的组织中表达。Deterin在昆虫细胞中具有抑制凋亡的能力。这表明含有一个杆状病毒重复序列BIR结构域，不含有RING结构域的Survivin样抗凋亡蛋白并不只存在于脊椎动物中 [21]。

2007年斑节对虾(Penaeus monodon) IAP家族成员PmIAP被克隆出来，它的cDNA为4769 bp，ORF编码698个氨基酸，含有三个BIR结构域和一个C末端RING结构域。在昆虫细胞SF9中，PmIAP可以阻断果蝇Reaper蛋白(Rpr)诱导的细胞凋亡 [22]。在凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)的IAP家族中，LvIAP1、LvIAP2和LvSurvivin已被成功克隆出来。LvIAP1由三个BIR结构域和一个RING结构域组成，LvIAP2由两个BIR结构域组成，而LvSurvivin仅具有一个BIR结构域 [23]。其中，LvSurvivin基因的开放阅读框为420 bp，含有一个BIR结构域，编码139个氨基酸残基。LvIAP1、LvIAP2和LvSurvivin三个基因均在对虾类淋巴组织(Oka器官)中表达量最高。有研究表明，在感染白斑综合症病毒(WSSV)的凡纳滨对虾的鳃、肠和血淋巴中，LvSurvivin基因的表达量升高。在LvIAP1或LvSurvivin沉默的对虾中，与dsGFP对照组相比，WSSV的VP28基因的表达显着增加，表明LvSurvivin基因可能在防御和抗凋亡中也有一定作用 [24]。

6. 总结与展望

Survivin基因在哺乳动物和模式生物中研究比较广泛，在医学研究中，Survivin基因被认为是肿瘤预后诊断和抗癌的治疗主要靶点。而在海洋无脊椎动物虾类和贝类等中的研究很少。因此，开展Survivin基因的研究必将有助于对海洋无脊椎动物中细胞凋亡机制的探索和永生性细胞系的建立。

基金项目

国家重点研发计划“蓝色粮仓科技创新”专项(2018YFD0901301)和中央高校基本科研业务费专项(201822018和201762003)资助。

NOTES

^*通讯作者。