細(xì)胞周期調(diào)控與腫瘤發(fā)生和治療的關(guān)系研究

譚慧心，董彥宏，關(guān)文輝，張 鯤，徐 健

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué) 第四臨床醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)部，哈爾濱 150001)

細(xì)胞周期調(diào)控與腫瘤發(fā)生和治療的關(guān)系研究

譚慧心，董彥宏，關(guān)文輝，張 鯤，徐 健

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué) 第四臨床醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)部，哈爾濱 150001)

在細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，有多種蛋白、復(fù)合物和細(xì)胞周期檢測點(diǎn)等復(fù)雜物質(zhì)的參與，這些物質(zhì)共同調(diào)節(jié)并控制著細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)過程.這些物質(zhì)中的一種或幾種產(chǎn)生變化，都會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期無法向下正常轉(zhuǎn)換，擾亂并使細(xì)胞周期失常，引起細(xì)胞不受控地增殖.而對參與細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)的相關(guān)蛋白進(jìn)行調(diào)控，能夠使腫瘤細(xì)胞的活性得到抑制，并進(jìn)一步阻滯了腫瘤細(xì)胞的無限增殖，達(dá)到治療腫瘤的目的.

細(xì)胞周期；腫瘤；研究進(jìn)展

細(xì)胞是通過分裂進(jìn)行繁殖的.細(xì)胞從上一次分裂完成起，到下一次分裂結(jié)束止，所經(jīng)過的階段即細(xì)胞周期，這是高度有序的細(xì)胞運(yùn)轉(zhuǎn)方式.在細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，有多種蛋白、復(fù)合物和細(xì)胞周期檢測點(diǎn)等復(fù)雜物質(zhì)的參與.這些物質(zhì)相互影響，相互作用，共同調(diào)節(jié)并控制著細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)過程，從而保證了細(xì)胞可以正常分化、生長和死亡.當(dāng)?shù)鞍?、?fù)合蛋白和細(xì)胞周期檢測點(diǎn)等復(fù)雜物質(zhì)發(fā)生改變時(shí)，如CDK抑制因子丟失，Cyclin/CDK復(fù)合蛋白異常表達(dá)，以及檢測點(diǎn)功能失常等，都會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期無法向下正常進(jìn)行，細(xì)胞周期紊亂、失常，導(dǎo)致細(xì)胞不受控地增生，含受損DNA的異常細(xì)胞無法凋亡，從而使細(xì)胞增殖失控、無限增殖，腫瘤最終生成.因此，參與細(xì)胞周期調(diào)控的物質(zhì)發(fā)生異常與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系重大，對參與細(xì)胞周期的相關(guān)物質(zhì)進(jìn)一步研究，有利于促進(jìn)腫瘤治療的發(fā)展.

1 細(xì)胞周期調(diào)控

1.1 細(xì)胞周期蛋白和周期蛋白依賴性激酶

CDK細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶、Cyclin細(xì)胞周期蛋白和二者相互結(jié)合生成活性物質(zhì)，都參與著細(xì)胞增值和分化，并與之關(guān)系密切.細(xì)胞周期蛋白隨著細(xì)胞周期的改變而發(fā)生含量和種類的變化，這充分顯現(xiàn)出其周期性特征.細(xì)胞內(nèi)外存在多種信號(hào)通路，這些信號(hào)通路通過影響Cyclin表達(dá)，進(jìn)一步影響相關(guān)的CDK，從而調(diào)節(jié)、控制細(xì)胞周期進(jìn)程.Cyclin細(xì)胞周期蛋白是調(diào)節(jié)亞基，其在細(xì)胞各個(gè)時(shí)期中的表達(dá)量發(fā)生周期性改變，它有多種亞型，在哺乳動(dòng)物中有CyclinA，B(1、2)，C，D(1、2、3)，E，F(xiàn)等多種亞型[1].它們分別能夠與CDKs(CDK1-7)結(jié)合.CDK細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶CDK是催化亞基，其子身并不能與底物反應(yīng)，發(fā)揮磷酸化作用，當(dāng)CDK與Cyclin結(jié)合形成蛋白復(fù)合物時(shí)，才能使底物磷酸化，表現(xiàn)出其應(yīng)有的蛋白激酶活性，從而使細(xì)胞遵循細(xì)胞周期的特點(diǎn)不斷分裂、增殖.在細(xì)胞周期的不同時(shí)相，會(huì)有不同的Cyclin/CDK異二聚體蛋白分子表達(dá)，其調(diào)控著細(xì)胞周期某一時(shí)相順利進(jìn)行，也促進(jìn)著這一時(shí)相向下一時(shí)相轉(zhuǎn)變.如CyclinD，表達(dá)于G1的早期，是細(xì)胞周期開始運(yùn)行的重要因素，能與CDK4和CDK6等結(jié)合，將視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白P(Rb)磷酸化，表現(xiàn)出激酶活性，從而促進(jìn)Gl/S轉(zhuǎn)換和DNA啟動(dòng)合成[2].

1.2 細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子

細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子(CDK inhibitor，CKI)，是細(xì)胞周期的負(fù)性調(diào)節(jié)因子.CKI能夠?qū)?xì)胞繼續(xù)分裂形成障礙，常常被認(rèn)為具有抑癌作用.CKI由INK4和CIP/KIP兩個(gè)家族構(gòu)成，具有抑制Cyclin/CDK復(fù)合蛋白活性的作用.INK4家族由p15、p16、p18和p19等四個(gè)相關(guān)分子組成，CIP/KIP家族由三個(gè)結(jié)構(gòu)相關(guān)的蛋白分子p21、p27和p57組成.INK4類蛋白是CyclinD-CDK4和CyclinD-CDK6的特別抑制因子.CIP/KIP類蛋白，能夠結(jié)合大部分Cyclin/CDK蛋白復(fù)合物，從而使其功能受到控制.如高濃度p21對CyclinD/CDK4具抑制作用[3]，但最近的研究顯示，低濃度p21是可以促進(jìn)CyclinD/CDK4合成的.不過，INK4類蛋白與CIP/KIP類蛋白的抑制機(jī)制并不相同，INK4類蛋白主要是與細(xì)胞周期蛋白競爭CDK的結(jié)合位點(diǎn)，從而表達(dá)出抑制功能[4].而CIP/KIP類蛋白則是優(yōu)先結(jié)合CyclinD/CDK復(fù)合蛋白，從而發(fā)揮抑制作.

與抑癌基因P53間接作用于細(xì)胞周期不同，CKI基因是直接與Cyclin/CDK復(fù)合蛋白或CDK蛋白激酶結(jié)合，發(fā)揮抑制作用，從而起到對細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)節(jié)的作用.同時(shí)與P53在腫瘤中的異常表達(dá)不同，CKI在腫瘤中的異常主要有三方面，一是基因不表達(dá)，二是純合性丟失，三是基因突變. CKI基因在腫瘤細(xì)胞中時(shí)常發(fā)生丟失或突變，這降低了CKI對CDK的負(fù)向調(diào)節(jié)作用.

1.3 細(xì)胞周期檢測點(diǎn)

1.3.1G1期檢測點(diǎn)

CyclinD會(huì)在細(xì)胞的G1期發(fā)生積累，當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，就會(huì)和CDK4、CDK6發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)，形成CyclinD/ CDK4和CyclinD/ CDK6復(fù)合蛋白，該復(fù)合蛋白可以與視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白相互作用，使其發(fā)生磷酸化后激活E2F，從而啟動(dòng)有關(guān)基因表達(dá)、轉(zhuǎn)錄，推動(dòng)細(xì)胞通過檢測點(diǎn)，并開始進(jìn)行DNA復(fù)制，使細(xì)胞由G1期向S期轉(zhuǎn)換.如果CyclinD的表達(dá)發(fā)生阻礙，細(xì)胞將不能由G1期向S期進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而其表達(dá)過盛就會(huì)減短G1期時(shí)長.而CKI分子通過和Cyclin競爭CDK反應(yīng)位點(diǎn)或和Cyclin/CDK直接作用，抑制復(fù)合蛋白的活性，使其不能將pRb磷酸化，E2F得不到釋放，從而使細(xì)胞由G1期向S期的轉(zhuǎn)換受到阻礙.

1.3.2S期檢測點(diǎn)

在細(xì)胞周期S期，有CyclinE/CDK2復(fù)合蛋白形成，這是DNA開始復(fù)制的重要因素.而CyclinA在CyclinE之后累積表達(dá)，形成CyclinA/CDK1復(fù)合物，促進(jìn)DNA合成.近來有研究表明，在大鼠肝再生手術(shù)中，術(shù)后24 hDNA合成達(dá)到高峰，而同時(shí)CyclinA的高表達(dá)也發(fā)生在這一時(shí)間，這說明S期DNA合成與CyclinA的表達(dá)密切相關(guān).另外，當(dāng)細(xì)胞已經(jīng)發(fā)生DNA損傷但順利轉(zhuǎn)入S期時(shí)，開始進(jìn)行DNA復(fù)制的速度變得十分緩慢甚至延遲，這對掃清DNA復(fù)制發(fā)生前受損的細(xì)胞有重要作用.同時(shí)，發(fā)生DNA損傷的細(xì)胞自身也會(huì)使細(xì)胞周期紊亂，推遲細(xì)胞進(jìn)人M期的時(shí)間.這一機(jī)制保證了細(xì)胞分裂時(shí)基因組轉(zhuǎn)錄的忠實(shí)性，同時(shí)有阻礙病變細(xì)胞增殖的作用.

1.3.3G2/M期檢測點(diǎn)

在細(xì)胞周期的G2期，此時(shí)細(xì)胞已經(jīng)通過細(xì)胞周期S期，CyclinA、D和E發(fā)生降解，CyclinB卻慢慢得到積累，并與相應(yīng)的CDK相結(jié)合，形成CyclinB/CDC2復(fù)合物.有研究表明CDC2是細(xì)胞啟動(dòng)有絲分裂的至關(guān)重要的因素.在S和G2期早期，CyclinB/CDC2以非活化形式進(jìn)行積累，使得相關(guān)蛋白激酶對CDC2上 Thr-14、Tyr-15位點(diǎn)持續(xù)磷酸化，維持了其失活狀態(tài).在G2期晚期，磷酸酶CDC25c被激活，通過Thr-14、Tyr-15位點(diǎn)的去磷酸化反應(yīng)，使CDC2激活，推動(dòng)細(xì)胞周期向下進(jìn)行.

2 細(xì)胞周期調(diào)控與腫瘤治療

2.1 細(xì)胞周期調(diào)控異常與腫瘤發(fā)生

細(xì)胞周期的進(jìn)程是通過各個(gè)調(diào)節(jié)因素彼此的交互作用來進(jìn)行調(diào)控的，各個(gè)調(diào)節(jié)因素間保持動(dòng)態(tài)平衡，從而為細(xì)胞正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障.其中無論哪種調(diào)整因素表達(dá)量過高或過低，異?；罨蚴Щ睿紩?huì)破壞彼此之間的動(dòng)態(tài)平衡，從而使檢測點(diǎn)發(fā)揮監(jiān)測作用的能力被改變，非正常細(xì)胞躲避了細(xì)胞周期監(jiān)測，這成為癌癥發(fā)生和發(fā)展的基礎(chǔ).

2.1.1細(xì)胞周期蛋白和周期蛋白依賴性激酶異常

細(xì)胞周期蛋白Cyclin是細(xì)胞周期的正性調(diào)控因子，其過度表達(dá)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期調(diào)控異常，使癌變發(fā)生.研究發(fā)現(xiàn)，CyclinD的高表達(dá)，會(huì)導(dǎo)致檢測點(diǎn)調(diào)節(jié)功能不完善，細(xì)胞周期進(jìn)程速度增快，異常細(xì)胞得不到調(diào)控，發(fā)生不受控制的分裂和增殖，產(chǎn)生癌變.如CyclinD、E的過表達(dá)在食管癌、結(jié)直腸癌、甲狀腺癌、前列腺癌、乳腺癌和T細(xì)胞白血病等多種疾病中均有體現(xiàn).Cyclin細(xì)胞周期蛋白過表達(dá)將改變CDK活性.而另一方面，細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶CDK本身也會(huì)出現(xiàn)過表達(dá)或不表達(dá)等變化，從而導(dǎo)致腫瘤的產(chǎn)生.有研究顯示，CDK4蛋白在惡性黑色素瘤中有高表達(dá)，在良勝皮膚痣中不表達(dá)，這使CDK4的過表達(dá)成為惡性黑色素瘤的一個(gè)特點(diǎn)，但CDK細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶參與腫瘤發(fā)生是否具有普遍性，仍有待深入研究.

2.1.2細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子異常

細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子CKI缺失或突變，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞不受調(diào)節(jié)和控制的增殖，為腫瘤的發(fā)生創(chuàng)造了條件.在細(xì)胞周期中有一個(gè)重要的周期調(diào)節(jié)環(huán)路，即pl6-CyclinD-CDK4-pRb調(diào)節(jié)環(huán)路.其在細(xì)胞周期G1期，通過p16抑制CDK4活性，使其無法作用于pRb，導(dǎo)致E2F釋放受到抑制，阻礙了細(xì)胞由G1期向S期的轉(zhuǎn)換.在許多種類型不同的癌癥中，這一途徑的改變普遍發(fā)生，而最常見的是pl6發(fā)生突變.在急性白血病、鼻咽癌間皮瘤、惡性膠質(zhì)瘤等腫瘤中均可見pl6的突變.

2.1.3檢測點(diǎn)異常

細(xì)胞周期蛋白、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶及其蛋白復(fù)合物等正性調(diào)節(jié)因子的高表達(dá)，和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子等負(fù)性調(diào)節(jié)因子的缺失或突變，將造成檢測點(diǎn)發(fā)揮有利作用的功能下降、接受刺激的能力改變，導(dǎo)致細(xì)胞在應(yīng)對外源性刺激時(shí)發(fā)揮作用滯后，使細(xì)胞不可控的分裂和增殖.如果G1期檢測點(diǎn)原有作用被改變，就不能阻止發(fā)生DNA損傷的細(xì)胞向S期轉(zhuǎn)換，使有DNA損傷的細(xì)胞發(fā)生復(fù)制，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞生成.在多種腫瘤細(xì)胞中，無論進(jìn)人S期的細(xì)胞DNA是否有損傷，仍可激活CyclinB/CDC2蛋白，這表明在腫瘤細(xì)胞中有調(diào)節(jié)T14/Y15磷酸化的功能缺失.此外，M期檢測點(diǎn)發(fā)生功能障礙，會(huì)使有染色體錯(cuò)排的細(xì)胞進(jìn)人G1期.

2.2 細(xì)胞周期調(diào)控與腫瘤治療

細(xì)胞周期調(diào)控在腫瘤治療方面起到什么作用，值得進(jìn)行深入的研究.細(xì)胞的分化、增殖、凋亡和衰老都受到細(xì)胞周期調(diào)控.下調(diào)腫瘤細(xì)胞中Cyclin的表達(dá)[5]，上調(diào)CKI表達(dá)，可以使腫瘤組織中CDK的活性得到抑制，從而阻滯腫瘤細(xì)胞的無限增殖，與此同時(shí)保護(hù)了正常細(xì)胞不受損害，這是治療腫瘤的全新理念.

在當(dāng)前研究階段，對抗腫瘤藥物的探索多將側(cè)重點(diǎn)放在對細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)與控制方面.有研究表明，水飛薊賓(Silybin)可以控制腫瘤細(xì)胞無限增殖，這可能與其對細(xì)胞周期蛋白及其蛋白激酶的調(diào)控有關(guān)[6].研究人員以胃癌為研究對象，進(jìn)行體外研究，發(fā)現(xiàn)水飛薊賓不僅能夠有效阻滯胃癌細(xì)胞的增殖，還能使細(xì)胞周期蛋白Cyclin B1和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶CDK1的表達(dá)量降低.在臨床治療中，將紫杉醇和水飛薊賓聯(lián)合給藥，對胃癌患者進(jìn)行治療，有顯著的治療效果.研究發(fā)現(xiàn)，腺苷是治療卵巢癌的有效物質(zhì)，可以抑制人卵巢癌 OVCAR-3 細(xì)胞的增殖并引起細(xì)胞凋亡，其是通過CyclinD1/CDK4通路來發(fā)揮作用的[7].大部分的腫瘤細(xì)胞，其細(xì)胞周期正常調(diào)控能量基本被破壞，這就使細(xì)胞分化受阻、生長失控、凋亡異常的產(chǎn)生成為可能，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞無限增殖.對正常組織有保護(hù)作用，對腫瘤細(xì)胞有調(diào)節(jié)其細(xì)胞周期歸于正常的作用和誘導(dǎo)其發(fā)生周期阻滯和凋亡作用的新藥和新治療手段，將成為今后治療腫瘤的新方法之一[8].

近年來，在臨床治療中免疫治療和基因治療正逐步應(yīng)用于腫瘤治療中.免疫治療，是指將有殺傷作用的細(xì)胞因子導(dǎo)入受體細(xì)胞，通過細(xì)胞對機(jī)體的刺激提高機(jī)體的自身免疫對腫瘤的抵抗能力，從而使腫瘤細(xì)胞的增殖得到控制.基因治療包括反義寡核苷酸、RNA干擾技術(shù)、胞內(nèi)抗體技術(shù)和藥物敏感基因治療等.這些新的治療手段大部分已將方向定位于對細(xì)胞周期的調(diào)控上.因此，細(xì)胞周期調(diào)控對腫瘤的治療有十分重大的意義.

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Relation of cell cycle regulation with occurrence and treatment of tumor

TAN Hui-xin, DONG Yan-hong, GUAN Wen-hui, ZHANG Kun, XU Jian

(Department of pharmacy, Fourth Clinical Medical College, Harbin Medical University, Harbin 150001, China)

In the process of cell cycle operation, many proteins, complexes and cell cycle checkpoints are involved in, which adjust and control the running process of the cell cycle together. If one or several of these material changes, a normal transformation of cell cycle will not be obtained, and cell cycle will be disrupted and disordered causing cell proliferation not controlled. By adjusting and controlling operation involved in cell cycle related proteins, the activity of tumor cells can be suppressed. The infinite proliferation of cancer cells can be further blocked achieve the goal of treatment of tumor.

cell cyclen; tumor; research process

2015-10-10.

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(12541571).

譚慧心(1977-)，女，主管藥師，研究方向：抗腫瘤中藥.

R730.23

A

1672-0946(2015)06-0667-04