抑癌基因与肿瘤发生的研究进展

抑癌基因与肿瘤发生的研究进展

段培鲁

摘要：抑癌基因正常情况下负责控制细胞生长和增殖，当这些基因由于甲基化、突变等各种原因导致基因失活，或者当其产物失去活性时，可导致肿瘤的发生和癌变。本文综述了几种抑癌基因的结构与功能以及其与肿瘤发生的关系。

关键词：抑癌基因；甲基化；突变；基因失活；肿瘤发生

引言

肿瘤对人类生命危害极大，关于肿瘤的形成、发展等方面的研究，已越来越受到人们的关注。现在已认识到，肿瘤的形成是一个多因素、多基因、多阶段的过程，是促细胞生长和抑制细胞生长两大类调节基因失衡的结果。各种环境和遗传因素可能以协同或序贯的方式引起细胞非致死性的DNA损害,从而激活原癌基因或(和)使抑癌基因活性下降，加上凋亡调节基因的改变，使细胞发生转化，导致肿瘤的发生。近年来，随着分子生物学技术的飞速发展,研究人员己经认识到原癌基因及抑癌基因的异常变化在人类恶性肿瘤的发生、发展中起着重要作用,尤其是抑癌基因功能的丧失越来越受到人们的重视。

抑癌基因也称为抗癌基因。正常细胞中存在基因，在被激活情况下它们具有抑制细胞增殖作用，正常情况下它们对细胞的发育、生长和分化的调节起重要作用，这些基因由于甲基化、突变等各种原因导致基因失活，或者当其产物失去活性时，可导致肿瘤的发生和癌变。

1抑癌基因NPRL2与肿瘤发生

1.1 NPRL2基因的结构与功能

抑癌基因NPRL2(nitrogen permease regulator-like 2)也称肿瘤抑制候选基因4( tumor suppressor candidate 4,TUSC4)，定位于人染色体3p21.3区域上的一个120×103bp长的最小缺失区内，全长3. 3×103bp，有11个外显子和10个内含子。该基因利用多个ATG起始密码子和TGA终止密码子通过不同的剪接方式编码成多种转录本,但所有转录本都是从5’端CpG岛的启动子开始的。其主要的转录子是一个大小约为1. 5×103bp的mRNA，其编码的蛋白由380个氨基酸组成，相对分子质量为43. 7×103，蛋白质包括1个可能的两分裂的核定位信号区(第

62~79个氨基酸)、1个颗粒体蛋白结合区(第86~98个氨基酸)和1个氮通透酶调节子2区(第3~380个氨基酸)[1]。NPRL2广泛存在于人体各种组织中，在生物物种之间具有高度保守性。研究表明，NPRL2基因具有参与DNA错配修饰、调控细胞周期信号转导以及诱导细胞凋亡的生物学功能，NPRL2基因的失活与多种恶性肿瘤的发生和发展有关，其作用机制可能与NPRL2启动子区纯合子缺失和微卫星不稳定性有关。NPRL2抑癌基因缺失在肺癌的发病机制中发挥了重要的作用，并提示可能存在许多潜在的抑癌基因位点[2, 3]。

1.2 NPRL2基因的失活与肿瘤发生

启动子区CpG岛高甲基化导致抑癌基因的失活在人染色体3p21. 3区域的抑癌基因较多见(如抑癌基因RASSF1 A)[4]，但是，,Li等[5]通过基因序列分析技术分析了8种肾癌细胞株，发现肾癌细胞中NPRL2基因不存在DNA甲基化，因此，NPRL2基因的失活可能与DNA甲基化无关。有研究者应用EST分析了多种肿瘤组织及相应的细胞株(如肾癌和肺癌)，发现NPRL2基因发生了无义密码子丢失和错义突变，从而导致基因启动子活性丢失及转录产物的异常剪接,在肾癌、肺癌、乳腺癌及卵巢癌活检组织中发现NPRL2基因的3’端出现一系列等位基因丢失，并存在微卫星序列不稳定性[6, 7]。目前认为NPRL2基因表达失活主要与等位纯合子基因丢失、微卫星不稳定性及基因突变有关。在多种肿瘤中该基因失活，表明其是参与肿瘤发生、发展的重要分子。随着人们对NPRL2基因研究的深入，其在肿瘤发生、发展过程中的作用将得到更全面、更透彻的阐明,并能在分子水平为肿瘤的基因治疗提供新的思路。

2抑癌基因PTEN与肿瘤发生

2.1PTEN的结构和功能

PTEN是1997年发现的抑癌基因[8],即在第l0号染色体有缺失的、与细胞骨架蛋白tensin同源的磷酸酯酶基因(PTEN)。该基因定位于人类染色体10q 22. 3,全长210 kb,有9个外显子和8个内含子，mRNA长5. 5 kb, cDNA含有一个1209 bp的开放阅读框架,编码含403个氨基酸的蛋白质。PTEN包括磷酸酯酶区、C2区和羟基末端(C末端)3个区域。(1)磷酸酯酶区域的结构和蛋白酪氨酸磷酸酶(PTP)相似,并且含有能够结合3-磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)的活性位点。该位点能够

特异性结合磷酸酪氨酸并且限制蛋白质磷酸酶的活性。(2)PTEN的C2区域具有结合磷脂的功能。C2区域能使PTEN结合于细胞膜,并且定位PIP3和其他潜在底物的催化区域。PTEN的这个位点与细胞粘附和迁移有关。(3)PTEN尾部的羧基末端具有调控功能。羧基末端可能在调控PTEN的下游信号目标例如Akt及其相对应的信号系统如Ras系统中起着重要的作用。

2.2 PTEN的作用机制

目前公认的PTEN基因的几条抑癌途径如下:

2.2.1PTEN与PIP3及PIP2的脱磷酸作用有关,它是PI-3k通道的重要负性调节剂脂质PIP3位于细胞膜上,作为细胞内信号转导的第二信使,在调节细胞生长、分化、凋亡等转换途径中起重要作用。PTEN可以通过其脂质磷酸酶的作用使PIP3降解以及抑制了PI-3K的磷酸化作用和阻断其下游激酶的活性,从而发挥其对细胞生长的负性调控作用[9]。

2.2.2PTEN磷酸酶活性能使FAK脱磷酸化而失活并且能够抑制细胞的移行,侵袭、生长以及黏着斑的形成,这表明PTEN在细胞的扩展和迁移中起者重要的负向调控作用[10]。

2.2.3PTEN抑制shc磷酸化从而阻断Ras/MAPK途径的激活作用PTEN通过下调Shc的磷酸化及Ras活性来抑制EGF介导丝裂原活化蛋白激酶信号转导途径。

2.2.4PTEN下调Akt/PKB途径而促进细胞凋亡[11]PTEN的缺失或活性下调导致较高的PIP3水平,而PIP3能导致Akt的激活。磷酸化的PTEN能使PIP3水平增加, PIP3能激活Akt,激活后的Akt抑制白血病细胞的调亡[12]。

2.2.5其他机制

如PTEN可通过其下游蛋白p27调控肿瘤增殖分化过程，MMP-7和PTEN 的表达之间有显著的负性关系，在口腔鳞癌中PTEN缺失和细胞周期蛋白D1(Cyclin D1)过度表达存在负相关，PTEN的突变缺失与表皮生长因子受体(EGFR)的过表达间的关联。

2.3 PTEN在泌尿系肿瘤发生发展中的作用[13]

PTEN具有磷酸酶活性及抑癌活性。PTEN的突变缺失是包括泌尿系肿瘤等各种肿瘤发生发展的基础。研究显示,由于PTEN的突变、缺失而丧失抑癌作用

而致肾癌、膀胱癌、前列腺癌的发生,揭示了PTEN具有抑制泌尿系肿瘤发生的作用。但是, PTEN抑癌作用及丢失、突变的一些具体过程还不是很清楚,有待进一步的明确。

3 抑癌基因P53基因与肿瘤发生

3.1 P53基因的结构与功能

P53基因在人类、猴、鸡和鼠等动物中相继发现后，对其进行了基因定位，人类P53基因定位于17P13.1，鼠P53定位于11号染色体，并在14号染色体上发现无功能的假基因。进化程度迥异的动物中，P53有异常相似的基因结构，约20Kb长，都由11个外显子和10个内含子组成，第1个外显子不编码，外显子2、4、5、7、8、分别编码5个进化上高度保守的结构域。P53基因5个高度保守区即第13～19、117～142、171～19 2、236～258、270～286编码区。P53基因转录成2.5KbmRNA，编码393个氨基酸蛋白，分子量为53KD，P53基因的表达至少受转录及转录后二种水平的调控。在停泊生长或非转化细胞中P53mRNA水平很低，但刺激胞液后mRNA显著增加。持续生长的细胞，其mRNA 水平不随细胞周期而出现明显变化，但经诱导分化后mRNA水平降低，部分是转录后调控。P53基因的转录由P1、P2二个启动子控制。P1启动子位于第一外显子上游100～250bp，P2位于第一内含子内，在启动子中包含1个NF1蛋白结合位点和一个转录因子AP1相关蛋白的结合位点，对正常P53基因的转录，不仅需要二个启动子的平衡作用，而且P53 基因内含子也起作用，如内含子中有正调控作用，其调控有组织特异性。P53的主要生物学功能是经过一系列信号传导作用调控细胞周期和诱导细胞凋亡，维持基因组和细胞稳定，抑制肿瘤生长，p53在细胞周期中起着“分子警察”作用。突变型p53基因起着原癌基因的作用，可促进肿瘤的发生、发展[14]。

3.2 P53基因与肿瘤

P53基因是目前研究最广泛和最深入的抑癌基因之一，其突变或缺失与人类多种恶性肿瘤的发生，发展、浸润和转移密切相关。目前发现的有肝癌、乳腺癌、膀胱癌、胃癌、结肠癌、前列腺癌、软组织肉瘤、卵巢癌、脑瘤、

淋巴细胞肿瘤、食道癌、肺癌、成骨肉瘤等，人类肿瘤中P53突变主要在高度保守区内，以175、248、249、273、282位点突变最高，不同种类肿瘤不同，如结肠癌和乳腺癌有相似的流行病学(包括地区分布和危险因素)，但P53突变谱并不一致。Hermeking[15]有关p53与miRNA关系的综述，将抑癌基因p53与目前研究最热的miRNA联系起来，引起了广泛的关注。miRNA是生物体内源性长19—30bp左右的非编码RNA，通过特异性结合信使mRNA，导致mRNA的降解或翻译抑制，从而对基因的表达在转录后水平上进行负调控，从而参与调控细胞的增殖、分化及凋亡，这对肿瘤或肿瘤细胞的产生有密切关系，在人类肿瘤细胞中，miRNA的总体水平低于正常细胞的水平，因此，人们推测miRNA与人类肿瘤的发生有关，miRNA 具有抑制肿瘤形成的功能。Meletis等[16]的研究表明p53在脑的成体神经干细胞中表达量比其他细胞中要高，p53可以抑制成体神经干细胞的自我更新；在p53缺失的小鼠体内，其神经干细胞的多种细胞周期因子功能失活，尤其是p21的表达最明显下降，p21可以抑制G0到S及G2到有丝分裂的转换，是细胞周期的负调控因子，是造血干细胞自我更新的负调控因子，因此，也表明p53是组织及肿瘤干细胞自我更新的负调控因子。同样，邓宏魁实验室最近的研究表明：p53与干细胞的存活及分化密切相关。人胚胎干细胞hESC容易自发凋亡或分化，不易保存及培养，而该研究表明减少p53的表达可以降低hESC的凋亡、分化及分化速率[17]。对于不易凋亡的、生命力极强的肿瘤千细胞来说，p53蛋白表达及其基因突变情况如何? p53蛋白表达及其基因突变与肿瘤T细胞的产生有没有关系，关系如何? 这监都是尚未阐明的问题。随着下细胞、肿瘤干细胞研究的逐渐深入，这些问题将会逐渐被阐明，对于人们明确了解肿瘤的发生机制及采取相应的治疗措施具有重要的指导意义。

4.抑癌基因DAPK与肿瘤发生

4.1 DAPK的结构与功能

凋亡相关蛋白激酶(death-associated proteinkinase,DAPK)基因是Deiss及其同事1995年首次发现[18]，定位于人类染色体9q34.1，分子量160 kDa。它是一种钙离子/钙调蛋白调节的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，具有调节细胞的生存和凋亡及

抑制肿瘤的作用。DAPK的结构包括一个核心的激酶区、钙离子/钙调蛋白结合区、锚蛋白重复序列区、P-环、细胞骨架结合区、死亡区和富含丝氨酸的尾部七个部分。核心激酶区位于钙离子/钙调蛋白结合区与N-端之间，由11个丝/苏氨酸结构组成，还含有一个保守的赖氨酸残基，该残基与A TP的结合有关，若发生突变(K42W或K42A)会引起凋亡作用的消失[19]。核心激酶区与肌球蛋白轻链激酶高度同源，在DAPK家族中高度保守，可作为DAPK家族的一个指纹。钙离子/钙调蛋白结合区域与核心激酶区相邻。在钙离子存在的条件下，D A P K经该区域与钙调蛋白结合而被激活。钙离子/钙调蛋白结合区片段之后为8个锚蛋白重复序列区，与DAPK在肌动蛋白微丝上的定位有关。一个P-环、其后为细胞骨架结合区，该区与细胞骨架上肌动蛋白微丝相互作用。死亡区位于C端，与DAPK的功能相关，参与由α肿瘤坏死因子(tumor necrosis factorα,TNF-α)、Fas L所诱导的细胞凋亡。删除该区域，则DAPK诱导细胞凋亡的能力下降。死亡区后是富含丝氨酸的尾部，长度为17个氨基酸残基，可抑制DAPK诱导凋亡的作用。

4.2 DAPK基因与肿瘤发生

由于DAPK具有促细胞凋亡、抑制细胞粘附、抑制细胞迁移等作用，因而在肿瘤的发生、发展及转移中发挥重要作用。DAPK基因启动子甲基化是肿瘤发生的早期事件DAPK基因启动子区CpG岛的甲基化，会导致DAPK表达的沉默，使一些凋亡信号不能通过DAPK诱导细胞凋亡，而使细胞有发展成肿瘤的可能性，这被认为是肿瘤发生的早期事件。研究发现，在非小细胞性肺癌、肝细胞癌的血清中可检测到DAPK基因启动子呈甲基化，而在正常对照组和良性疾病的血清中未检测到基因启动子甲基化。在子宫颈癌[20]，原发性中枢神经系统淋巴瘤中[21]，DAPK基因启动子的甲基化明显高于正常对照组。D A P K基因启动子在吸烟者支气管上皮细胞及肺肿瘤组织中均呈现高甲基化，提示吸烟与肺肿瘤有相关性[22]，同时也说明，D A P K基因启动子的甲基化在肿瘤形成的早期具有重要作用。另有研究报道，DAPK基因启动子的甲基化程度在结直肠粘膜中随着年龄的增加而升高[23]，而基因启动子的甲基化是肿瘤形成的一个早期事件。因此，认为基因启动子的甲基化可能是老年人易得肿瘤的一个重要的分子机制。

5其他抑癌基因与肿瘤发生

DLC-1基因在肿瘤的发生过程中常发生表达缺失或甲基化，因此DLC-1基因表达和甲基化的改变可能成为肿瘤早期发现、早期预后的重要指标之一，并能为评价肿瘤疗效提供可靠的数据。现阶段的体内外实验研究均证实：DLC-1基因在肿瘤的发生发展过程中具有重要作用，其抗肿瘤作用具有潜在的临床应用价值。在肿瘤组织中过表达DLC-1可以作为肿瘤基因治疗的选择之一。DLC-1基因在肿瘤中失活机制的研究研究表明，DLC-1基因在人类多种肿瘤中表达下调或者缺失。目前关于DLC-1基因失活机制的研究，主要包括基因的遗传和表遗传机制2个方面。杂合性缺失（loss of heterozygosity，LOH）和基因序列突变的检测，是目前国内外研究基因失活遗传机制的主要方法。表遗传机制也是使抑癌基因转录沉默的一个重要原因。启动子区域的CpG岛甲基化是基因表达下调或缺失的重要机制。在DLC-1基因的5’端启动子区域有一段长为689 bp的CpG岛，若发生甲基化，则DLC-1基因表达被抑制。目前为止，已在多种肿瘤组织或细胞系中证实DLC-1基因的甲基化修饰与其表达下调密切相关[24]。

KAI1/CD82是细胞生物学行为的重要调节者,参与肿瘤转移抑制作用相关的细胞运动、聚集、黏附等,它的表达缺失与多种癌瘤的发生、发展密切相关。另外,KAI1/CD82表达缺失与胃肠道肿瘤组织学类型、肿瘤分期、淋巴结转移和远处转移关系密切,可作为预测胃肠道肿瘤患者预后不良的一个指标,也为控制肿瘤扩散的治疗提供了新的思路,但其作用机制及在肿瘤治疗中的应用仍有待进一步研究[25]。

新的抑癌基因正在不断涌现，如与乳腺癌发生有密切关系BRCA1和BRCA2，与胰腺癌有关的DPC4，与肾细胞癌有关的VHL等抑癌基因已被发现；还有与肝癌有关的M6P/IGF2r基因，位于染色体3p14.2上的FHIT 基因等也是抑癌基因的候选者。

6结语

随着有关抑癌基因研究的不断深入，越来越多的抑癌基因将被发现。可以从病人的血清、痰液、粪便等中检测这些抑癌基因，如果发现抑癌基因表观遗传异常可判定为早期癌症，这样可以提早发现各种癌症，可为及时治疗癌症带来

新的希望。

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