抑癌基因的活性檢測在人體衰老評估中的意義

湯世坤 林雄斌※

癌癥是一種典型的年齡相關(guān)性疾病，多發(fā)生在人生的老齡階段［1］。調(diào)查顯示，癌癥已經(jīng)成為嚴(yán)重危害我國人民健康的大敵，其導(dǎo)致的死亡率在我國名列首位。近年來，隨著分子生物學(xué)的快速發(fā)展，人們對癌癥發(fā)生的分子機(jī)制研究有了重大突破。在對衰老和癌癥的研究中，人們發(fā)現(xiàn)在各種環(huán)境和遺傳因素的作用下，癌基因活化，細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)改變，發(fā)生轉(zhuǎn)分化導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。研究表明腫瘤發(fā)生與機(jī)體衰老密切相關(guān)，并隨著年齡的增長而增加［2，3］。衰老細(xì)胞隨著增齡而積累，產(chǎn)生胞外基質(zhì)重構(gòu)酶、炎性細(xì)胞因子及上皮生長因子等，破壞局部組織微環(huán)境、刺激鄰近細(xì)胞增殖和惡性進(jìn)展，進(jìn)而促進(jìn)和加速腫瘤的發(fā)生［4，5］。而腫瘤反過來可以導(dǎo)致異常的DNA復(fù)制，造成DNA損傷，誘導(dǎo)細(xì)胞衰老［6］。研究發(fā)現(xiàn)癌基因并不是導(dǎo)致機(jī)體致癌的唯一條件，在對癌細(xì)胞進(jìn)行系統(tǒng)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)這些細(xì)胞某些染色體位點(diǎn)發(fā)生缺失或突變，腫瘤才會形成，這些缺失或突變的位點(diǎn)稱為抑癌基因。

抑癌基因是一類原本就存在于正常細(xì)胞中，可以抑制細(xì)胞過度生長、增殖從而遏制腫瘤形成的基因。抑癌基因的丟失或失活可能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生，加速人體衰老死亡進(jìn)程。因此，抑癌基因可能是與腫瘤和衰老調(diào)節(jié)相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵基因。這里，我們關(guān)注的是目前抑癌基因在衰老和腫瘤中的作用，并且討論抑癌基因活性的檢測在判斷人體衰老、檢驗(yàn)癌癥的發(fā)生發(fā)展的重大潛力和深遠(yuǎn)意義。

1.衰老與腫瘤形成

腫瘤由于其嚴(yán)重的社會危害性，受到人們的普遍關(guān)注。目前，腫瘤一般被認(rèn)為是失控的細(xì)胞增殖，但在很多腫瘤的早期階段，癌基因的表達(dá)與細(xì)胞衰老有關(guān)。Fabrizio等的研究表明，被激發(fā)的致癌基因能引起異常的DNA復(fù)制，從而引起DNA損傷，后者又能導(dǎo)致細(xì)胞衰老［6］。細(xì)胞衰老以前被發(fā)現(xiàn)在活體中是腫瘤形成的一個(gè)障礙，研究顯示，細(xì)胞除了可以通過凋亡或自殺來抑制腫瘤形成外，還可以通過衰老阻止細(xì)胞分裂，進(jìn)而抑制腫瘤［7］，所以由致癌基因誘導(dǎo)的細(xì)胞衰老可能是對癌癥的一種先天性防御。但其效果卻經(jīng)常因進(jìn)一步突變而喪失，大量證據(jù)表明，隨著癌癥的發(fā)展，活化的癌基因可以誘導(dǎo)產(chǎn)生細(xì)胞衰老，進(jìn)而加速機(jī)體的衰老進(jìn)程［8，9］，所以衰老與腫瘤形成是一個(gè)復(fù)雜而多層次的關(guān)系。

2.抑癌基因與衰老

腫瘤的發(fā)生是一個(gè)十分復(fù)雜的生物學(xué)過程，主要涉及各種因素導(dǎo)致的癌基因活化與抑癌基因失活，從而引起基因表達(dá)異常，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。通常認(rèn)為抑癌基因的突變和失活與腫瘤的發(fā)生有著非常密切的關(guān)系。鑒于衰老與腫瘤發(fā)生、抑癌基因與腫瘤發(fā)生的密切關(guān)系，探討抑癌基因?qū)τ诶斫馑ダ虾苡斜匾?/p>

抑癌基因的發(fā)現(xiàn)較癌基因晚，目前已經(jīng)確定的抑癌基因有30多種，其編碼的產(chǎn)物廣泛分布于細(xì)胞各個(gè)部分，功能多種多樣，其中與細(xì)胞衰老相關(guān)的主要包括:轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，如Rb、P53;負(fù)調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子，如WT-1;周期蛋白依賴性激酶抑制因子，如P15、P16、P21;信號通路的抑制因子，如 PTEN;與發(fā)育和干細(xì)胞增殖相關(guān)的信號途徑組分，如APC等。

2.1 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子

2.1.1 Rb Rb基因是人類發(fā)現(xiàn)的第一種抑癌基因，最早見于兒童的視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(retinoblastoma)。當(dāng)Rb基因喪失功能或先天性缺乏，視網(wǎng)膜母細(xì)胞則出現(xiàn)異常增殖，形成視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤［10，11］。

人類Rb基因包含有27個(gè)外顯子，26個(gè)內(nèi)含子，定位于第13號染色體的q14區(qū)域，DNA全長178143bp，mRNA全長4772bp，編碼928個(gè)氨基酸。Rb所編碼的蛋白pRb是一個(gè)位于細(xì)胞核的磷蛋白，相對分子量約105kDa。Rb基因在多種正常細(xì)胞中都能表達(dá)，而且隨著細(xì)胞周期的進(jìn)行沒有明顯變化，但是其表達(dá)量在不同組織和不同發(fā)育階段有一定的差異［12，13］。Rb基因?qū)σ种贫喾N腫瘤的發(fā)生發(fā)揮著不可或缺的作用，如視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤、食管癌、胃癌、肺癌、骨肉瘤和乳房癌等多種腫瘤中發(fā)現(xiàn)Rb基因的突變及表達(dá)缺失［14］。大量研究表明，Rb的抑癌作用與其對細(xì)胞周期、細(xì)胞分化、細(xì)胞衰老、細(xì)胞凋亡和生長抑制等的調(diào)控是密切相關(guān)的，是細(xì)胞周期重要的調(diào)節(jié)因子。Rb基因?qū)δ[瘤的抑制作用與轉(zhuǎn)錄因子(E-2F)有關(guān)。E-2F是一類轉(zhuǎn)錄活化因子，是細(xì)胞從G1期進(jìn)入S期的決定因子。在細(xì)胞G0、G1期，低磷酸化型的Rb蛋白與E-2F結(jié)合成復(fù)合物，使E-2F處于非活化狀態(tài)，抑制細(xì)胞增殖;在S期，Rb蛋白被磷酸化而與E-2F解離，結(jié)合狀態(tài)的E-2F變成游離狀態(tài)，細(xì)胞立即進(jìn)入增殖階段。當(dāng)Rb活性降低或基因突變，喪失結(jié)合、抑制E-2F的能力，于是細(xì)胞增殖活躍，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生［15］。

2.1.2 P53 P53是目前公認(rèn)的的最為重要的抑癌基因，與細(xì)胞周期的調(diào)控、DNA修復(fù)、細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡等過程中起到了重要的作用，被認(rèn)為是影響人類壽命的一個(gè)基因［16］。P53基因在抑制腫瘤發(fā)展的進(jìn)程中扮演著重要的角色，人類50%以上腫瘤中P53基因出現(xiàn)缺失或突變，是腫瘤中最為常見的遺傳學(xué)改變［17］。

P53最初發(fā)現(xiàn)于轉(zhuǎn)化的SV40細(xì)胞，在早期的實(shí)驗(yàn)中許多轉(zhuǎn)化的細(xì)胞或者腫瘤細(xì)胞系中均伴隨著P53蛋白的增加，而且導(dǎo)入P53基因能使細(xì)胞獲得永生性，因而P53被歸為癌基因。但后來發(fā)現(xiàn)，所有轉(zhuǎn)化細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞所表達(dá)的P53均為其突變形式，突變了的P53的量顯著高于與細(xì)胞內(nèi)正常P53，進(jìn)而阻止正?；虬l(fā)揮作用，因此將其劃入抑癌基因［18］。

P53基因是位于人類17號染色體短臂上的一個(gè)單拷貝基因，基因全長20kb，由11個(gè)外顯子和10個(gè)內(nèi)含子組成，編碼一個(gè)含有393個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，分子量為53kD。正常組織或細(xì)胞中的P53蛋白半衰期很短(6～20分鐘)，含量極少，而當(dāng)受到輻射或其他能導(dǎo)致DNA損傷的因素都能大幅度提高細(xì)胞內(nèi)P53的表達(dá)量。P53活化對細(xì)胞有兩種潛在的影響:一是使細(xì)胞停滯于G1期，阻止細(xì)胞進(jìn)入S期，抑制細(xì)胞生長;二是誘發(fā)細(xì)胞凋亡，去除變異細(xì)胞。但P53的抑癌功能則因突變而失活，使細(xì)胞無限分裂增殖，導(dǎo)致癌癥的發(fā)生［19，20］。

2.2 負(fù)調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子(WT-1)

WT-1基因作為抑癌基因是在腎Wilm腫瘤中發(fā)現(xiàn)的，主要參與細(xì)胞生長調(diào)控，它被認(rèn)為是和發(fā)育有關(guān)的基因。研究發(fā)現(xiàn)WT-1在腎、脾、腦、脊髓、睪丸、卵巢、子宮等都有表達(dá)。WT-1基因的表達(dá)在時(shí)間和空間上都有嚴(yán)格的調(diào)控，如果在胚胎性發(fā)育時(shí)表達(dá)下調(diào)、缺失或突變可導(dǎo)致多種異常的發(fā)生，如腎Wilm瘤、泌尿生殖器的畸形、精神發(fā)育滯后等［21］。

2.3 周期蛋白依賴性激酶抑制因子

2.3.1 P16 P16基因又稱多腫瘤抑制基因、INK4a抑癌基因，是一種直接作用于細(xì)胞周期的抑癌基因，其編碼蛋白在細(xì)胞周期調(diào)控中起著十分重要的作用，研究顯示P16編碼的蛋白在超過30%的人類腫瘤中失活。

P16定位于人類9號染色體，基因全長8.5kb，包含2個(gè)內(nèi)含子和3個(gè)外顯子，編碼一個(gè)由148個(gè)氨基酸構(gòu)成的16kD蛋白質(zhì)。P16蛋白是一種CDK4抑制因子，在正常細(xì)胞中起負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用。研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞衰老時(shí)，P16表達(dá)升高，抑制細(xì)胞分裂，從而維持衰老細(xì)胞不可逆的生長停滯狀態(tài)。在細(xì)胞增殖周期中，P16可特異性與CDK4/6結(jié)合，抑制CDK4/6對pRb的磷酸化激酶活性而使pRb處于非磷酸化或低磷酸化狀態(tài)，從而抑制細(xì)胞生長和分化。當(dāng)P16基因表達(dá)下調(diào)、突變或缺失時(shí)，CDK4/6與Cyclin D結(jié)合，刺激細(xì)胞分裂，引起細(xì)胞過度增殖，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生［22］。

2.3.2 P15 P15基因是繼P16基因后發(fā)現(xiàn)的又一INK4系列抑癌基因，兩者在結(jié)構(gòu)和功能上具有很高的相似性。P15基因也被稱為多腫瘤抑制基因2，定位于人類9號染色體上。P15與P16一樣，它的主要作用是抑制CDK4/6活性，P15蛋白對CDK4/6有高度親和性，在細(xì)胞增殖的調(diào)控中，P15蛋白與cyclin D1競爭和CDK4/6結(jié)合形成二聚體，發(fā)揮負(fù)性調(diào)節(jié)作用，使細(xì)胞周期蛋白與CDKs分離，從而使細(xì)胞發(fā)育停滯。近年來，P15基因在各項(xiàng)研究在不斷深入，其表達(dá)在許多腫瘤中都表達(dá)異常，提示P15基因在多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起著較為重要的作用［23，24］。

2.3.3 P21 作為抑癌基因，P21是細(xì)胞周期重要調(diào)控因子CKD中的一員，它能夠抑制CyclinD/cdk4的活性，使pRb去磷酸化，從而使細(xì)胞周期停滯于G1期，同時(shí)，P21也能抑制PCNA活性從而影響DNA復(fù)制。P21的表達(dá)下降或缺失時(shí)，其抑制細(xì)胞增殖的作用減弱，細(xì)胞正常增生轉(zhuǎn)變?yōu)樵錾只涣?，可能?dǎo)致腫瘤發(fā)生。在細(xì)胞發(fā)育周期中，如DNA損傷發(fā)生在G1期，P21可通過抑制CDK的活性而阻礙細(xì)胞進(jìn)入S期，如DNA損傷發(fā)生在S期，P21則可通過使PCNA失活而停止DNA的合成，從而使細(xì)胞修復(fù)。許多研究表明，P21與腫瘤的分化、增生、轉(zhuǎn)移有關(guān)，Deiry等發(fā)現(xiàn)P21對肺腺癌細(xì)胞、腦腫瘤細(xì)胞和結(jié)腸癌細(xì)胞的生長具有明顯的抑制作用［25］，而戰(zhàn)雪梅和Stefanaki等研究發(fā)現(xiàn)食管癌和肺癌中P21也存在低表達(dá)現(xiàn)象［26，27］。

2.4 信號通路的抑制因子(PTEN)

PTEN是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一一種具有磷酸酶活性和蛋白酯酶活性雙特異性的腫瘤抑制基因，其在細(xì)胞生長發(fā)育和細(xì)胞凋亡、細(xì)胞遷移及腫瘤發(fā)生發(fā)展的調(diào)控中發(fā)揮重要作用。

PTEN基因位于人類10號染色體上，全長200kb，分子量為47kD，包括9個(gè)外顯子和8個(gè)內(nèi)含子，編碼由403個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)。PTEN蛋白分布廣泛，但不同組織中PTEN濃度不同，細(xì)胞中分布部位不同，功能也不盡相同［28］。

鑒于PTEN廣泛的抑癌作用，研究者們對其抑癌途徑進(jìn)行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)它的主要幾條途徑如下。PI3K途徑:PTEN蛋白可使PPIP3去磷酸化，阻斷PI3K/AKT信號傳導(dǎo)通路，對PI3K/AKT信號傳導(dǎo)起負(fù)調(diào)控作用，從而降低PIP3水平，使細(xì)胞停滯于G1期，起到抑制腫瘤細(xì)胞生成的作用［29］;MAPK途徑:PTEN蛋白能夠抑制MAPK激酶的磷酸化，同時(shí)還能夠抑制MAPK途徑上游的ERK、RAS的活化和Shc的磷酸化，對細(xì)胞生長進(jìn)行負(fù)調(diào)節(jié)，從而阻止細(xì)胞生長、促進(jìn)細(xì)胞凋亡［30］;FAK途徑:FAK是整合素信號傳導(dǎo)途徑中的關(guān)鍵因子，主要介導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散和黏附，PTEN通過其磷酸酶活性調(diào)節(jié)FAK的磷酸化，使FAK去磷酸化而失活，從而影響細(xì)胞的遷移、黏附，達(dá)到抑制腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散［31］。

2.5 與發(fā)育和干細(xì)胞增殖相關(guān)的信號途徑組分(APC)

APC基因作為一個(gè)抑癌基因，分布于全身多處組織器官中，主要參與調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和自身穩(wěn)定。它直接參與Wnt的信號傳導(dǎo)途徑，正常APC蛋白與Axin、GsK-3β形成復(fù)合物保證Wnt信號途徑對細(xì)胞分化、增殖、極性以及遷移的正常調(diào)節(jié);APC基因突變或缺失后不能正常地發(fā)揮生理功能，導(dǎo)致細(xì)胞黏附、生長、分化、增殖、凋亡調(diào)控和細(xì)胞內(nèi)信號等方面的重要改變，使細(xì)胞發(fā)生癌變［32］。

3.結(jié)語

隨著有關(guān)抑癌基因與癌癥、衰老相關(guān)研究的不斷深入，癌癥與衰老的相互關(guān)系日趨明朗，越來越多的抑癌基因?qū)话l(fā)現(xiàn)，有關(guān)抑癌基因與癌癥和衰老之間的關(guān)系亦將越來越清晰。眾所周知，細(xì)胞衰老是機(jī)體衰老的基本單位，也是人類老年相關(guān)疾病發(fā)生的基礎(chǔ)。衰老和腫瘤的關(guān)系密切，Rb、P53、P16、P33等抑癌基因是細(xì)胞衰老和腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵效應(yīng)物，是細(xì)胞衰老遺傳控制程序中的主要環(huán)節(jié)，因此，對衰老細(xì)胞中Rb、P53、P16、P33等抑癌基因進(jìn)行活性檢測將有助于對老年病和腫瘤等疾病的發(fā)生、發(fā)展有更好的了解，有助于對腫瘤和細(xì)胞衰老的篩查和診斷，為我們及時(shí)有效的預(yù)防癌癥、治療癌癥、對抗衰老帶來新的希望。

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