胰岛素受体酪氨酸激酶底物生物学功能的研究进展

拜苏扬，任茜，刘征，杨晓艳，陈兆峰，王玉平，周永宁

(兰州大学第一医院·甘肃省胃肠病重点实验室，兰州730000)

胰岛素酪氨酸激酶底物(IRTKS)是一种胰岛素受体底物，是逆向-二重-两性蛋白-RVS(I-BAR)超家族成员之一。其基因最早由人类国家基因组南方研究中心(上海)于2001年在对脑垂体-下丘脑-肾上腺内分泌系统进行大规模的表达序列标签测序过程中，经电子克隆得到新基因，位于染色体7q21.3～q22.1，全长108 310 bp。IRTKS蛋白相对分子质量约57 kDa，由511个氨基酸残基组成，主要功能区有IMD结构域、SH3结构域及3个富含脯氨酸的区域[1,2]。IRTKS在脑组织、脾脏等几无表达，而在脐带、肺、胃、肝脏、心脏、卵巢等组织中高表达。IRTKS属于BAR结构域家族，与家族经典成员IRSp53有约40%的同源性[1]，也被称为BAI1联合蛋白2同型1。该家族以拥有IMD结构域为标志性特征。IMD结构域可以与肌动蛋白和脂质结合，调节细胞骨架装配和细胞膜突起形成，参与机体多种生理病理进程，发挥其生物学功能。本文就IRTKS在机体的生物学功能研究进展作一综述。

1 IRTKS与肿瘤

1.1 IRTKS抑制肿瘤细胞凋亡 研究表明，IRTKS主要通过两种途径抑制肿瘤细胞凋亡。一方面通过影响半胱氨酸天冬氨酸蛋白水解酶3(Caspase-3)依赖的细胞凋亡途径抑制肿瘤细胞凋亡。Caspase-3是细胞凋亡过程中的重要执行分子之一，有无活性前体、活化型、分裂型三种状态。在外界信号刺激下无活性的前体Caspase-3被激活为活化型Caspase-3，其活化是细胞凋亡进入不可逆阶段的标志[3，4]。Caspase-3最主要的底物是多聚ADP-核糖聚合酶(PARP)。在细胞凋亡启动时，PARP被活化型Caspase-3剪切成两个片段，正常功能被抑制，引起细胞凋亡[5]。Chao等[6]研究发现，卵巢癌细胞经过紫外线照射或顺铂处理24 h后，IRTKS表达下调，促进分裂型Caspase-3和分裂型PARP水平明显升高。说明IRTKS表达下调后通过影响Caspase依赖的凋亡途径促进肿瘤细胞凋亡。

除影响caspase依赖的细胞凋亡途径，IRTKS还能通过影响抑癌基因p53的活性抑制细胞凋亡。Wang等[7]通过实验证实，在正常生理状态下，IRTKS通过IMD结构域直接与p53、MDM2相互作用增强低浓度的鼠双微体基因2(MDM2)介导的p53泛素化，进而抑制p53诱导的细胞凋亡并降低p53的转录活性。但在应激状态下，IRTKS与p53分离，并且被p53活化诱导的高浓度MDM2诱导发生多聚泛素化进而降解。

1.2 IRTKS促进肿瘤细胞增殖 Wang等[8]检测了68个肝细胞癌(HCC)患者癌组织和14种HCC细胞株的IRTKS mRNA表达，结果发现HCC组织IRTKS mRNA表达高于癌旁非肿瘤肝组织，而且大部分HCC细胞中的IRTKS基础水平也明显偏高。临床病理统计结果显示，HCC患者IRTKS表达量与肿瘤的大小相关，同时也与HCC患者发病年龄相关。Wang等[8]进一步研究发现，IRTKS过表达能够促进HCC细胞增殖和克隆形成。而IRTKS主要通过两个途径促进HCC细胞增殖，一方面IRTKS能够通过促进肿瘤细胞进入S期促进HCC细胞增殖；另一方面IRTKS作用于与细胞增殖相关的表皮生长因子受体(EGFR)/细胞外信号调节蛋白激酶(ERK)信号通路，IRTKS通过与EGFR相互作用，对ERK信号通路起正性调控作用。

1.3 IRTKS促进肿瘤细胞侵袭 肿瘤细胞侵犯临近组织器官的过程中的一个重要环节是肿瘤细胞与临近组织器官细胞膜之间的融合。Oikawa等[9]的研究表明，衔接蛋白Tks5参与调控癌细胞形成侵袭性伪足，进而诱导破骨细胞相互融合及破骨细胞与癌细胞之间的融合。IRTKS含有IMD结构域，参与细胞膜突起的形成。后续研究发现，IRTKS与Tks5两个不同的SH3结构域有相互作用。进而推测IRTKS可能是Tks5诱导破骨细胞融合的重要调控者之一。

1.4 IRTKS促进肿瘤细胞迁移与转移 Chen等[10]通过细胞划痕实验观察IRTKS过表达和低表达的HT1080稳定细胞株的迁移能力，结果显示IRTKS过表达的细胞迁移速度最快，IRTKS正常表达的细胞次之，而IRTKS低表达的细胞最慢。在利用小干扰RNA干扰类固醇受体辅助活化因子(Src)后，高表达IRTKS的细胞迁移速度显著下降。后续实验中，用胰岛素刺激使IRTKS表达水平提高，同时用Src的抑制剂使Src激酶活性下降，发现IRTKS磷酸化水平显著提高。证实Src介导IRTKS磷酸化能够促进细胞迁移。

Williams等[11]在人膀胱移行细胞癌细胞SW780中利用荧光原位杂交检测确定了1个t(4;7)易位，该断裂点包括4号染色体上的成纤维细胞生长因子受体3(FGFR3)和7号染色体上的IRTKS。Nakanishi等[12]也在膀胱癌患者和肺癌患者中找到了FGFR-IRTKS融合基因，并深入研究了此融合基因的致癌潜力，结果表明FGFR3-IRTKS激活细胞生长信号通路如MAPK通路，并抑制肿瘤抑制信号通路如p53、RB1、CDKN2A通路，同时也能促进肿瘤细胞转移。

2 IRTKS与细胞形态

IMD结构域是由多个α螺旋组成，可结合肌动蛋白促进纤维肌动蛋白的装配，还可以与Ras相似物GTP酶Rac结合诱导细胞膜形态学改变，参与板状伪足形成[13]。IRTKS作为一种细胞支架蛋白，其生物学功能主要通过IMD和SH3结构域与其他蛋白质等结合发挥调节功能。

李婷婷等[14]通过细胞免疫荧光实验研究受条件表达诱导剂DOX调控的高表达IRTKS的稳定细胞株HT1080，发现与IRTKS正常表达细胞株相比，其细胞形态变得更加铺展，纤维状肌动蛋白出现丝状聚集，同时细胞出现了板状伪足。该研究证实IRTKS能够促进细胞板状伪足的形成。

3 IRTKS与代谢

Huang等[15]构建了IRTKS缺陷小鼠，与正常小鼠相比，其空腹血糖水平与血清胰岛素水平明显增高，同时出现葡萄糖不耐受和胰岛素敏感性下降的现象；而在给予外源性IRTKS之后，IRTKS缺陷小鼠胰岛素抵抗现象明显好转。证明IRTKS缺乏会导致胰岛素抵抗。为深入研究IRTKS缺乏导致胰岛素抵抗的机制，Huang等[15]进一步研究证实，IRTKS受到胰岛素刺激后发生了明显的酪氨酸磷酸化。进一步研究证明IRTKS作为胰岛素受体适配器，通过调节胰岛素受体的磷酸化进而调控IR-IRS1- PI3K-AKT信号通路，最终实现对血糖的调节。证实IRTKS与机体血糖的调节有密切关系，且研究还检测到2型糖尿病小鼠的脂肪组织和肝组织中IRTKS表达降低，推测IRTKS很可能参与了2型糖尿病的发病。

4 IRTKS与免疫

Xia等[16]研究发现，IRTKS-/-小鼠抗RNA病毒反应明显增强。后续研究进一步证明，IRTKS能够通过调节RIG-Ⅰ-MAVS通路进而抑制抗RNA病毒免疫反应。Poly C结合蛋白2(PCBP2)隶属于核不均一核糖核蛋白家族，能特异性结合富含胞嘧啶的RNA片段参与转录后调控，与microRNA、蛋白相互作用，并且参与多种病毒RNA复制，调控机体抗病毒免疫反应。RNA病毒感染后，IRTKS能够聚集E2连接酶Ubc9促使细胞核内的PCBP2小泛素样修饰蛋白(SUMO)化，SUMO化的PCBP2出核定位于细胞质，与线粒体抗病毒信号蛋白(MAVS)相互作用引起MAVS降解，削弱抗病毒免疫应答。IRTKS通过促进PCBP2 SUMO化介导的MAVS降解对抗病毒免疫反应起负性调控作用。

5 IRTKS与胚胎

Chou等[17]发现，IRSp53基因敲除的小鼠胚胎表现出发育迟缓、少趾畸形和皮下水肿等多效性表型，且多有明显的心脏发育缺陷和胎盘形态学及功能异常，60%死于妊娠晚期。表明IRSp53是小鼠胚胎发育的重要影响因素。后续研究发现IRSp53和IRTKS双阴性的小鼠生存能力显著下降，仅为2.7%。IRSp53和IRTKS同时缺失会导致比单独IRSp53缺失更为严重的胚胎致死性。表明IRTKS和IRSp53之间存在着潜在遗传学相互作用，共同调节正常的胚胎和胎盘发育，是胚胎正常发育不可或缺的辅助因素。

6 IRTKS与肠出血性大肠杆菌(EHEC)

大肠杆菌是人类和大多数温血动物肠道中的正常菌群，一般不致病，但也有某些血清型的大肠杆菌可致病，如EHEC。EHEC是出血性结肠炎和溶血性尿毒症综合征的病原体，主要致病类型是O157∶H7血清型。

EHEC感染机体后，进入肠道黏附于肠上皮细胞，在这个过程中发生黏附/脱落(A/E)损伤，启动了O157:H7的致病过程。研究证实，IRSp53和IRTKS在EHEC O157∶H7致病机制中起重要作用[18]。EHEC TirC端的Asn-Pro-Tyr(NPY)序列可以被IRTKS N端的I-BAR结构域识别并结合，随后IRTKS的SH3结构域可被内膜素受体偶联细胞骨架蛋白C端的一段富含脯氨酸的重串联复序列PxxP识别后结合，在宿主细胞内，EspFU N端的疏水性片段与N-WASP的GBD位点结合激活N-WASP，形成1个由IRTKS/IRSp53的SH3结构域、EspFU及N-WASP的GBD位点组成的三元复合体，进一步激活Arp2/3诱导肌动蛋白聚集装配，形成细菌定植的肌动蛋白基座，最终发生A/E损伤[19]。

综上所述，目前对IRTKS生物学功能的研究主要包括其能促进肿瘤细胞的增殖、侵袭和迁移及抑制肿瘤细胞凋亡，调控细胞膜形态变化，参与胰岛素代谢通路的调节，而且IRTKS还能负调控抗RNA病毒免疫应答及参与肠出血性大肠杆菌的致病机制。此外，IRTKS和IRSp53通过潜在遗传学相互作用，共同调节胚胎正常发育。已有报道从多角度对IRTKS进行分析研究，证实IRTKS的生物学功能多样，但其发挥功能的内在分子机制还有待于深入研究。

[1] Hu RM, Han ZG, Song HD, et al. Gene expression profiling in the human hypothalamus-pituitary-adrenal axis and full-length cDNA cloning[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2000,97(17):9543-9548.

[2] Yamagishi A, Masuda M, Ohki T, et al. A novel actin bundling/filopodium-forming domain conserved in insulin receptor tyrosine kinase substrate p53 and missing in metastasis protein[J]. J Biol Chem, 2004,279(15):14929-14936.

[3] Scatena R, Bottoni P, Botta G, et al. The role of mitochondria in pharmacotoxicology: a reevaluation of an old, newly emerging topic[J]. Am J Physiol Cell Physiol, 2007,293(1):12-21.

[4] Cryns V, Yuan J. Proteases to die for[J]. Genes Dev, 1998,12(11):1551-1570.

[5] Damours D, Sallmann FR, Dixit VM, et al. Gain-of-function of poly(ADP-ribose) polymerase-1 upon cleavage by apoptotic proteases: implications for apoptosis[J]. J Cell Sci, 2001,114(20):3771-3778.

[6] Chao A, Tsai CL, Jung SM, et al. BAI1-associated protein 2-like 1 (BAIAP2L1) is a potential biomarker in ovarian cancer[J]. PLoS One, 2015,10(7):1-13.

[7] Wang KS, Chen G, Shen HL, et al. Insulin receptor tyrosine kinase substrate enhances low levels of MDM2-mediated p53 ubiquitination[J]. PLoS One, 2011,6(8):1-12.

[8] Wang YP, Huang LY, Sun WM, et al. Insulin receptor tyrosine kinase substrate activates EGFR/ERK signalling pathway and promotes cell proliferation of hepatocellular carcinoma[J]. Cancer Lett, 2013,337(1):96-106.

[9] Oikawa T, Matsuo K. Possible role of IRTKS in Tks5-driven osteoclast fusion[J]. Commun Integr Biol, 2012,5(5):511-515.

[10] Chen G, Li T, Zhang L, et al. Src-stimulated IRTKS phosphorylation enhances cell migration[J]. FEBS Lett, 2011,585(19):2972-2978.

[11] Williams SV, Hurst CD, Knowles MA. Oncogenic FGFR3 gene fusions in bladder cancer[J]. Hum Mol Genet, 2013,22(4):795-803.

[12] Nakanishi Y, Akiyama N, Tsukaguchi T, et al. Mechanism of Oncogenic Signal Activation by the Novel Fusion Kinase FGFR3-BAIAP2L1[J]. Mol Cancer Ther, 2015,14(3):704-712.

[13] Millard TH, Bompard G, Heung MY, et al. Structural basis of filopodia formation induced by the IRSp53/MIM homology domain of human IRSp53[J]. EMOB J, 2005,24(2):240-250.

[14] 李婷婷,程志红,王克生,等.胰岛素受体酪氨酸激酶底物基因的克隆表达及其对细胞形态的影响[J].2009,6(3):214-218.

[15] Huang LY, Wang YP, Wwi BF, et al. Deficiency of IRTKS as an adaptor of insulin receptor leads to insulin resistance[J]. Cell Res, 2013,23(11):1310-1321.

[16] Xia P, Wang S, Xiong Z, et al. IRTKS negatively regulates antiviral immunity through PCBP2 sumoylation-mediated MAVS degradation[J]. Nat Commun, 2015,6(8132):1-13.

[17] Chou AM, Sem KP, Lam WJ, et al. Redundant functions of I-BAR family members, IRSp53 and IRTKS, are essential for embryonic development[J]. Sci Rep, 2017,7(40485):1-11.

[18] Yi CR, Goldberg MB. Enterohemorrhagic Escherichia coli raises the I-BAR[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2009,106(16):6431-6432.

[19] Aitio O, Hellman M, Kazlauskas A, et al. Recognition of tandem PxxP motifs as a unique Src homology 3-binding mode triggers pathogen-driven actin assembly[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010,107(50):21743-21748.