ATM、Chk2、p53和Rad51的表達(dá)與乳腺癌的相關(guān)性研究進(jìn)展

黃 波，談 順

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬海口醫(yī)院病理科，海南 ?？?570208)

ATM、Chk2、p53和Rad51的表達(dá)與乳腺癌的相關(guān)性研究進(jìn)展

黃 波，談 順

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬海口醫(yī)院病理科，海南 ?？?570208)

乳腺癌是女性最常見(jiàn)的惡性腫瘤，它的發(fā)生和發(fā)展是多個(gè)基因參與的復(fù)雜過(guò)程。共濟(jì)失調(diào)-毛細(xì)血管擴(kuò)張突變基因(ATM)和細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)激酶2(Chk2)是重要的細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)激酶，p53是重要的抑癌基因，重組蛋白A(Rad51)是DNA同源重組修復(fù)的主要關(guān)鍵酶之一。本文就乳腺癌與ATM、Chk2、p53及Rad51的相關(guān)性及意義做一簡(jiǎn)要綜述。

乳腺癌；共濟(jì)失調(diào)-毛細(xì)血管擴(kuò)張突變基因；點(diǎn)激酶2；p53；重組蛋白A

近年來(lái)，乳腺癌的發(fā)病率有逐漸上升的趨勢(shì)，在西方國(guó)家已經(jīng)位居女性惡性腫瘤的首位[1]。在不斷的臨床實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)了許多腫瘤標(biāo)記分子，這些標(biāo)記分子對(duì)腫瘤的診斷、治療、預(yù)后及評(píng)價(jià)都有至關(guān)重要的作用[2]。研究表明，乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展受多個(gè)因素的影響，特別是與多個(gè)癌基因及抑癌基因相關(guān)，這些基因的異常具有重要的診斷和判斷預(yù)后的價(jià)值[3]。共濟(jì)失調(diào)-毛細(xì)血管擴(kuò)張突變基因(Ataxia telangiectasia-mutated gene，ATM)[4]是與DNA損傷檢驗(yàn)有關(guān)的一個(gè)重要基因，是直接感受DNA雙鏈斷裂損傷并起始諸多DNA損傷信號(hào)反應(yīng)通路的主開(kāi)關(guān)分子，其表達(dá)的蛋白是重要的細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)激酶，參與激活、調(diào)控多種細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子和DNA損傷的修復(fù)。細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)激酶2[5](Cell cycle checkpoint kinase 2，Chk2)是腫瘤抑制基因Chk2編碼的絲氨酸/蘇氨酸激酶，在DNA損傷引起的細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)調(diào)節(jié)中有著非常重要的作用，它屬于DNA損傷修復(fù)過(guò)程中非常關(guān)鍵的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，參與保持基因組的穩(wěn)定性。p53[6]作為抗癌基因，它編碼的是一種分子量為53 kDa的蛋白質(zhì)，命名為P53，能調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和避免細(xì)胞癌變的發(fā)生，因此被稱(chēng)為基因組的守護(hù)者，對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)、凋亡及DNA的修復(fù)都有重要的調(diào)控作用，它的蛋白表達(dá)有助于分析患者的腫瘤易感性以及判斷預(yù)后[7]。重組蛋白A(Recombination protein A，Rad51)[8]也是重要的DNA修復(fù)基因，它位于第15號(hào)染色體上，它編碼的蛋白含有339個(gè)氨基酸，是DNA同源重組修復(fù)(Homologous recombination repair，HRR)的主要關(guān)鍵酶之一，它對(duì)維持基因的穩(wěn)定性有著非常重要的作用[9]。本文就ATM、Chk2、p53及Rad51與乳腺癌發(fā)生發(fā)展的相關(guān)研究進(jìn)展做一簡(jiǎn)單介紹。

1 ATM與乳腺癌的相關(guān)性及意義

ATM是腫瘤抑制基因，但當(dāng)其發(fā)生突變后其抑癌功能也隨之喪失。ATM基因作為現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的人類(lèi)最大的基因之一，其位于人類(lèi)染色體11q22～q23上，全長(zhǎng)150 kb，含有66個(gè)外顯子，它編碼350 kDa的蛋白質(zhì)，包含3 056個(gè)氨基酸，是一種大分子量的蛋白，相對(duì)分子質(zhì)量約為370×103。一般情況下ATM蛋白激酶以無(wú)活性的二聚體形式存在。此外，ATM基因?yàn)楹藘?nèi)表達(dá)，其最主要的功能區(qū)為磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)，位于ATM蛋白C末端。

腫瘤的發(fā)生取決于G1、M、S細(xì)胞周期調(diào)節(jié)的失控[10]。ATM基因是一種重要的細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)激酶，參與細(xì)胞周期的調(diào)控。ATM基因的純合突變或者雜合性丟失(Loss of heterozygotes，LOH)是引起共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥(Ataxia—telangiectasia，AT)的主要原因[11]。研究表明，攜帶有ATM突變基因雜合子的女性，其乳腺癌的發(fā)病率比不攜帶ATM突變基因的要高出2～7倍[12]。在30%～50%的浸潤(rùn)性乳腺癌中，腫瘤上皮細(xì)胞中ATM的表達(dá)均出現(xiàn)很大程度的下降或者缺失[13]，而且在散發(fā)性的乳腺癌中ATM蛋白的表達(dá)水平也有所下降[14]。研究也發(fā)現(xiàn)，ATM的表達(dá)在癌和癌旁組織無(wú)差別[15]。這些結(jié)果均提示ATM表達(dá)的下降與乳腺癌的發(fā)生有關(guān)。一般，ATM主要通過(guò)三條途徑來(lái)參與DNA損傷的修復(fù)[16-17]，第一條途徑是通過(guò)激活細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)。ATM蛋白激酶參與DNA損傷后激活G1/S、S和G2/M，這條途徑的信號(hào)通路主要有兩條：其一是激活Chk2[18]，使p53被磷酸化而激活，最終使細(xì)胞不能通過(guò)檢查點(diǎn)而導(dǎo)致細(xì)胞周期的阻滯；其二是通過(guò)激活Chk1，然后Chk1引起細(xì)胞周期調(diào)控因子CDC25的Ser216磷酸化，再通過(guò)抑制CDC25的活性，從而抑制M-CDK的活性，最終使細(xì)胞周期中斷。第二條途徑是參與細(xì)胞凋亡。ATM蛋白激酶通過(guò)調(diào)節(jié)DNA損失與死亡受體信號(hào)傳遞之間的相互作用來(lái)介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡[19]。第三條途徑是通過(guò)調(diào)控DNA損傷的修復(fù)來(lái)參與。當(dāng)DNA發(fā)生損傷時(shí)，ATM通過(guò)磷酸化其下游的Chk2、c-Abl、RPA和p53等多種蛋白來(lái)參與細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)，這樣就會(huì)使受損的DNA停滯于細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行修復(fù)[20]。ATM作為腫瘤抑制基因，有可能成為乳腺癌治療的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。

2 Chk2與乳腺癌的相關(guān)性及意義

Chk2基因的蛋白質(zhì)產(chǎn)物位于人類(lèi)染色體22q12.1上，其cDNA全長(zhǎng)為1 731 bp，包含14個(gè)外顯子，其中在第一個(gè)外顯子上游的5'端還有一段7 kb長(zhǎng)的非編碼的外顯子區(qū)域，它代表的是一種在細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)內(nèi)種系間發(fā)生的保守信號(hào)元件，該網(wǎng)絡(luò)可以在DNA受損時(shí)作出反應(yīng)并以此來(lái)保證基因的完整性。Chk2蛋白質(zhì)由543個(gè)氨基酸組成，其結(jié)構(gòu)特異性區(qū)域包括三個(gè)，一個(gè)是FHA區(qū)域(112～175殘基)，一個(gè)是N末端SQ/TQ群區(qū)域(20～75氨基酸殘基)，一個(gè)是絲氨酸-蘇氨酸激酶區(qū)(225～490殘基)。

Chk2激酶的活化過(guò)程比較復(fù)雜。首先是T68位點(diǎn)的磷酸化，其次是激活T—loop環(huán)上的T383以及T387位點(diǎn)，從而啟動(dòng)Chk2蛋白的自磷酸化過(guò)程，最終形成能夠發(fā)揮生物學(xué)作用的二聚體[21]。因此，可以說(shuō)磷酸化的Chk2-T68蛋白比Chk2總蛋白更能夠反映Chk2激酶的活化[21]。Chk2是在DNA受損時(shí)做出反應(yīng)的重要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，當(dāng)DNA損傷后，Chk2激酶可以通過(guò)磷酸化途徑激活其下游的多種DNA修復(fù)基因[22]。具體如下：首先激活的Chk2激酶可以磷酸化細(xì)胞周期調(diào)控因子Cdc25A的Serl23、Ser292及Serl78，然后通過(guò)多聚泛素化介導(dǎo)的蛋白降解途徑導(dǎo)致Cdc25A降解，從而引起Cdc25A的效應(yīng)底物周期蛋白依賴(lài)蛋白激酶2(Cyclin-dependent kinase 2，Cdk2)無(wú)法去磷酸化，最終使細(xì)胞周期素A(Cyclin A)/Cdk2復(fù)合體保持在無(wú)活性狀態(tài)，引起細(xì)胞S期阻滯[23]。此外，活化的Chk2激酶還可以通過(guò)p53導(dǎo)致G1期阻滯[24]。再者，Chk2激酶可以磷酸化Cdc25C，使其和14-3-3蛋白相結(jié)合從而導(dǎo)致其活性喪失，最終致使其不能進(jìn)一步活化Cdc2并且抑制Cdc2/cyclin B復(fù)合物的形成，導(dǎo)致G2/M期的轉(zhuǎn)換停止[25]。因此，Chk2的缺陷可以導(dǎo)致各種類(lèi)型的散發(fā)的或者遺傳性的惡性腫瘤。

3 p53與乳腺癌的相關(guān)性及意義

p53基因通常分為突變型(mt p53)和野生型(wt p53)兩種，定位于17p13.1。wt p53基因能夠抑制腫瘤形成，而mt p53通常通過(guò)阻止wt p53結(jié)合到靶基因啟動(dòng)子來(lái)對(duì)抗wt p53的功能，對(duì)其施加明顯的負(fù)面效應(yīng)，因此mt p53可以引起細(xì)胞的轉(zhuǎn)化及癌變[26]。由于wt p53蛋白半衰期很短，故用免疫組化的方法檢測(cè)不到野生型的p53蛋白，但是mt p53蛋白降解速度非常緩慢并且積聚在核內(nèi)，因此用免疫組化的方法能夠很容易的檢測(cè)到[27]。

Rohon等[28]曾經(jīng)報(bào)道，可以用p53蛋白表達(dá)的程度來(lái)作為判斷乳腺癌良、惡性程度的標(biāo)準(zhǔn)之一。研究顯示，p53基因幾乎是各種類(lèi)型的腫瘤細(xì)胞形成過(guò)程中最容易發(fā)生突變的抑癌基因[4]。p53蛋白和乳腺病理組織學(xué)分級(jí)呈明顯的正相關(guān)，在乳腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌中的表達(dá)也顯著高于癌旁正常組織，并且與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移也有一定的相關(guān)性。如果p53基因突變，那么將會(huì)導(dǎo)致其半衰期延長(zhǎng)，這樣不但會(huì)喪失其抑制癌變的功能，而且還會(huì)導(dǎo)致其具有促癌變和抑制其他wt p53發(fā)揮作用的功能，最終導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移[29-30]。其具體機(jī)制如下：p53突變，p53蛋白失活，然后細(xì)胞分裂失去了節(jié)制，不能激活DNA的修復(fù)和停止細(xì)胞周期，細(xì)胞凋亡停止，最終起不了維護(hù)基因組穩(wěn)定性的作用[31]。由于p53基因的突變或者缺失造成了腫瘤細(xì)胞不能正常的發(fā)生細(xì)胞凋亡，并且增加了腫瘤細(xì)胞對(duì)放化療的抵抗性，因此重新激活p53將成為人們的又一個(gè)難題[32-33]。目前，國(guó)際及國(guó)內(nèi)有關(guān)乳腺癌病理特征的研究表明，p53蛋白陽(yáng)性的乳腺癌具有較強(qiáng)的增殖能力，并且容易發(fā)生復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移，預(yù)后較差[34-35]。

4 Rad51與乳腺癌的相關(guān)性及意義

Rad51是一個(gè)非常重要的DNA修復(fù)蛋白，其蛋白庫(kù)編號(hào)是1B22，Rad51的關(guān)鍵肽段有兩個(gè)，分別是191～220和231～260，與關(guān)鍵肽段對(duì)應(yīng)的序列是YARAFNTDHQTQLLYQASAM-MVESRYALLI和DYSGRGELSARQMHLARFLRMLLRLADEFG，這也是目前人們研究較多的抑癌基因產(chǎn)物[36]。如果Rad51的一些關(guān)鍵位點(diǎn)上的關(guān)鍵氨基酸如第247位上的Arg和第205位上的Tyr等發(fā)生突變，就會(huì)造成該基因失活，最終導(dǎo)致腫瘤的形成。

當(dāng)缺氧、電離輻射等一些可以導(dǎo)致DNA損傷的因素刺激細(xì)胞造成DNA雙鏈斷裂(Double—strand break，DSB)時(shí)，首先外切酶將會(huì)剪開(kāi)DNA雙鏈的5'端，留下一個(gè)3'端單鏈，并且該單鏈可以引導(dǎo)Rad51蛋白聚集在單鏈DNA上，從而最終形成聚合于DNA3’端的Rad51核蛋白絲，并通過(guò)鏈的轉(zhuǎn)移及交換來(lái)啟動(dòng)同源重組過(guò)程[37]。在這個(gè)過(guò)程中，若DNA損傷的修復(fù)出現(xiàn)了錯(cuò)誤，則基因組的穩(wěn)定將會(huì)受到影響，并且有可能導(dǎo)致乳腺癌的發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展是很多因素、很多步驟和很長(zhǎng)時(shí)間累加的結(jié)果，它不僅與生理生育及生活方式有關(guān)，而且和遺傳有著很大的關(guān)系，其過(guò)程涉及到很多個(gè)癌基因和抑癌基因，這些基因會(huì)在乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展中通過(guò)相互協(xié)同的方式共同起作用。ATM、Chk2、p53及Rad51四者之間相互協(xié)同，共同維持細(xì)胞基因組的穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)損傷的基因組進(jìn)行修復(fù)。因此，我們不但要仔細(xì)研究單個(gè)的相關(guān)基因，更要深入地研究多個(gè)相關(guān)基因在乳腺癌的發(fā)生和發(fā)展中的相互關(guān)系。如：當(dāng)細(xì)胞的DNA受到損傷或者DNA的復(fù)制過(guò)程受到阻礙時(shí)可激活A(yù)TM，此激活狀態(tài)的ATM可以進(jìn)一步磷酸化來(lái)激活Chk2，而此激活狀態(tài)的Chk2又可以磷酸化p53的絲氨酸Ser20位點(diǎn)，這就可以使p53保持穩(wěn)定，同時(shí)，ATM也可通過(guò)調(diào)節(jié)p53來(lái)誘導(dǎo)凋亡，p53對(duì)Chk2也有負(fù)反饋的調(diào)節(jié)作用。此外，野生型的p53也可以抑制Rad51的轉(zhuǎn)錄[38]。如此一來(lái)，ATM、Chk2、p53及Rad51四者之間相互作用，相互協(xié)同，共同形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在乳腺癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。只有這樣才能更深層次的認(rèn)識(shí)乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展以及指導(dǎo)治療和預(yù)防并判斷預(yù)后。

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黃 波。E-mail：954778478@qq.com