節(jié)律基因在食管癌中的作用

鄧霞李光明胡欣

(1.川北醫(yī)學(xué)院,四川南充 637000; 2.南充市中心醫(yī)院,四川南充 63700)

節(jié)律基因在食管癌中的作用

鄧霞1李光明2△胡欣3

(1.川北醫(yī)學(xué)院,四川南充 637000; 2.南充市中心醫(yī)院,四川南充 63700)

節(jié)律基因通過各種復(fù)雜的分子機(jī)制控制著食管癌的新陳代謝,細(xì)胞循環(huán)和基因損傷反應(yīng)。這些分子在節(jié)律基因的轉(zhuǎn)錄及翻譯水平形成了各種正反饋及負(fù)反饋環(huán),調(diào)節(jié)食管癌細(xì)胞的生長,從而影響食管癌患者的生存及預(yù)后。本文通過對節(jié)律基因表達(dá)與調(diào)控的的分子機(jī)制的研究,總結(jié)了節(jié)律基因在食管癌中的作用,為食管癌治療尋找新的靶點(diǎn)提供理論依據(jù)。

節(jié)律基因;食管癌;時辰治療

食管癌在全球常見腫瘤中排第八位,居腫瘤死亡原因第六位。是最具侵襲性和致死性的惡性腫瘤之一[1]。目前主要的治療方式包括:手術(shù)、放療、化療、生物免疫治療、靶向治療等。多學(xué)科的綜合治療明顯的提高了食管癌患者的生存率,但目前食管癌總的生存率在50%左右[2]。同時患者在綜合治療過程中常常因為嚴(yán)重的副反應(yīng)而,而終止治療[3]。為了進(jìn)一步提高食管癌患者的生存率,同時降低治療帶來的副作用,有人提出了食管癌的時辰治療,即4D治療模式。時辰治療:按照時間生物學(xué)的原理,根據(jù)機(jī)體生理和病理節(jié)律的特點(diǎn)以及治療方法本身時間節(jié)律的特點(diǎn),制定最佳干預(yù)時間的治療方案,最終達(dá)到預(yù)防疾病、治療疾病最佳效果的目的。簡言之,就是根據(jù)時間變化實施不同治療的理論[4-5]。多項流行病學(xué)及遺傳研究顯示,生理節(jié)律紊亂在乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、前列腺癌、結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展中起到了重要作用[6]。目前還沒有關(guān)于節(jié)律紊亂與食管癌發(fā)生發(fā)展相關(guān)的大樣本的研究。

人體的節(jié)律中樞位于視交叉上核,其調(diào)控影響著周圍組織、細(xì)胞的節(jié)律[7]。但是人體的新陳代謝波動不僅受節(jié)律基因的控制,同時受激素、藥物、疾病、心理狀態(tài)、睡眠質(zhì)量等的影響[8]。本文主要總結(jié)了節(jié)律基因?qū)θ梭w節(jié)律波動的作用,并探討各種節(jié)律基因在食管癌發(fā)生發(fā)展中的相互影響方式及作用。

1 參與食管癌負(fù)調(diào)控的節(jié)律基因

Per基因,又叫周期基因,人體的Per基因家族包括Per1、Per2、Per3,Per1基因位于染色體17p12-p13.1,約16kb,含有23個外顯子,外顯子長度45-820bp,所有的內(nèi)含子均含有GT/AG測翼序列,為剪切點(diǎn)的保守序列。Per2位于染色體2q37.3;Per3位于染色體1p36.23。組織學(xué)研究顯示食管癌組織與其周圍正常組織比較,食管癌組織中Per基因表達(dá)低于周圍正常組織的表達(dá)。且表達(dá)量與生存率、腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移(Tumor node metastasis,TNM)分期相關(guān),即Per基因表達(dá)越低,生存率越差及TNM分期越高。但是目前這方面的研究樣本數(shù)量少且為單中心的研究,需要更大的流行病學(xué)及臨床研究來證實這一觀點(diǎn)。同時一項包含130個非小細(xì)胞肺癌患者的研究顯示,Per基因的低表達(dá)可以作為非小細(xì)胞肺癌預(yù)后不良的指標(biāo)。這為我們研究Per基因是否可以作為食管癌患者的預(yù)后指標(biāo)提供了依據(jù)。

Cry基因,哺乳動物中,Cry基因包括Cry1和Cry2,人Cry1基因位于染色體12q23-24.1;Cry2位于11號染色體。有研究顯示Cry1和Cry2是一種光依賴性抑制因子,可抑制異二聚體CLOCK-BMAL1的活化,進(jìn)而間接抑制Per基因的轉(zhuǎn)錄[]。

Npas2基因,又名MOP4,人類最大的節(jié)律鐘基因,其相對分子質(zhì)量約176.68 kb,人類染色體2p11.2-2q13上,研究發(fā)現(xiàn)Npas2在腫瘤組織中存在異常表達(dá)。Npas2的高表達(dá)能提高乳腺癌患者生存率,與乳腺癌的預(yù)后相關(guān)[10],同樣Npas2的高表達(dá)的患者較低表達(dá)的非霍奇金淋巴瘤患者具有更好的預(yù)后[11]。同時Npas2也是與前列腺癌發(fā)生發(fā)展關(guān)系最密切的節(jié)律基因[12]。全基因組芯片分析發(fā)現(xiàn),目前已經(jīng)確定的NPAS2的目的基因有16個,其中9個是目前認(rèn)為與癌癥發(fā)展相關(guān)的基因,包括:CDKN2AIP(p16相關(guān)蛋白)、CDC25A(細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子)、ARHGAP29、POU4F2、GNAL、CX3CL1、KDELR1、THRA、ELF4。雖然目前沒有關(guān)于Naps2基因與食管癌相關(guān)的研究,但目前的研究證據(jù)支持我們將其列入食管癌的負(fù)調(diào)控基因,期待近一步的研究證實Npas2與食管癌發(fā)生、發(fā)展的直接證據(jù)。

2 參與食管癌正調(diào)控的節(jié)律基因

Clock基因,人的Clock基因定位于4號染色體長臂4q12,研究顯示在Clock基因缺乏的小鼠模型中,較正常小鼠食管腫瘤的發(fā)生率并沒有增加[13]。但是Clock基因突變的小鼠表現(xiàn)為飲食及活動狀態(tài)的改變,很快發(fā)展為肥胖、高血糖癥、低胰島素血癥,高血癥[14]。同時又有研究顯示在結(jié)直腸癌中Clock基因較正常組織高表達(dá)[15]。有意思的是,研究顯示Clock基因具有促進(jìn)生長停滯、DNA修復(fù)、損傷細(xì)胞凋亡的作用,其在結(jié)直腸癌、胃癌中的高表達(dá),讓很多學(xué)者依然認(rèn)為Clock基因是腫瘤的正調(diào)控基因,與腫瘤的發(fā)生與發(fā)展成正相關(guān)。但是有學(xué)者的研究顯示Clock基因在乳腺癌中高表達(dá),較低表達(dá)的患者具有更好的無遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移生存。有關(guān)Clock基因與食管癌發(fā)生發(fā)展的關(guān)系,需要進(jìn)一度的研究證實。

Bmall基因,位于11號染色體短臂11p15,長32 kb,包括17個外顯子。其編碼產(chǎn)物屬于Bhih-PAS轉(zhuǎn)錄因子家族成員,是近日節(jié)律的一個關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。Bmall基因敲除小鼠模式較正常小鼠食管癌的發(fā)生率有所提高,具有統(tǒng)計學(xué)意義[16]。同時Bmall基因在腫瘤組織中呈現(xiàn)高表達(dá),支持其參與食管癌發(fā)生發(fā)展的正調(diào)控。

3 與食管癌相關(guān)的主要節(jié)律基因之間的相互作用

視交叉上核是人體的節(jié)律中樞,對于人體組織、細(xì)胞節(jié)律的同步性具有重要作用,但對于單個的細(xì)胞甚至組織的節(jié)律性卻不是最重要的,也就是說組織中單個細(xì)胞的節(jié)律調(diào)節(jié)具有明顯的自主性[17-18]。細(xì)胞自身的節(jié)律系統(tǒng)主要是通過細(xì)胞核的節(jié)律基因的表達(dá)與調(diào)控完成的。而參與節(jié)律基因的表達(dá)與調(diào)控的分子多種多樣,這樣就形成了一個復(fù)雜的細(xì)胞內(nèi)的節(jié)律分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。這里我們主要總結(jié)了目前研究比較多的節(jié)律基因及參與其主要調(diào)控的分子。

Bmall和Clock、Npas2基因產(chǎn)物形成異二聚體:CLOCK1/ BMAL1、NPAS2/BMAL1與Per和Cry基因的啟動子結(jié)合,促進(jìn)Per和Cry基因的轉(zhuǎn)錄。反過來Per基因和Cry基因的產(chǎn)物抑制CLOCK1/BMAL1、NPAS2/BMAL1異二聚體的產(chǎn)生?？梢钥吹紹mall基因產(chǎn)物必須和Clock、Npas2基因產(chǎn)物結(jié)合形成二聚體才能發(fā)揮其與Per和Cry基因啟動子結(jié)合的作用,單獨(dú)的BMALL沒有這樣的作用。同時DEC1 and DEC2蛋白可以與CLOCK1/BMAL1、NPAS2/BMAL1異二聚體競爭Per、Cry基因的結(jié)合位點(diǎn),從而抑制Per基因和Cry基因的轉(zhuǎn)錄。這樣的反饋環(huán)路對于正常節(jié)律的維持具有重要作用。

孤兒核受體REV-ERBα和RORα相互競爭與Bmall基因上游的啟動子位點(diǎn)RORE結(jié)合,從而分別抑制和促進(jìn)Bmall基因的表達(dá)。有研究顯示,其中REV-ERBα過表達(dá)時Bmal1 m RNA表達(dá)水平降低約44%,也是能與Bmall基因結(jié)合的5種孤兒核受體:Rev-Erbα、Rev-Erbβ、RORα1、RORβ和RORγ中對Bmall基因抑制作用最強(qiáng)的因子[198]。同樣的,REV-ERBαand RORα能夠與Npas2基因上游的啟動子結(jié)合,抑制和促進(jìn)Npas2基因的表達(dá),但由于NPAS2基因上的兩個結(jié)合位點(diǎn)的距離較Bmall基因的結(jié)合位點(diǎn)遠(yuǎn),以致REV-ERBα和RORα對于Bmall基因的作用更強(qiáng)[20],而這樣的作用差異帶來的生物意義我們還不得而知。但是REV-ERBα和RORα對于多種基因轉(zhuǎn)錄不同程度的調(diào)節(jié),更有利于形成更加準(zhǔn)確和精細(xì)的節(jié)律調(diào)節(jié)系統(tǒng)。CLOCK1/BMAL1異二聚體能結(jié)合并轉(zhuǎn)錄激活Rev-Erbα上E-box元件,從而激活并上調(diào)其表達(dá)。這樣就使得節(jié)律調(diào)節(jié)分子之間聯(lián)系更加緊密、復(fù)雜,從而使節(jié)律系統(tǒng)更加穩(wěn)定和精細(xì)。

4 節(jié)律基因在食管腫瘤細(xì)胞周期中的作用

細(xì)胞周期失調(diào)和細(xì)胞凋亡的抑制在食管癌的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用,節(jié)律基因的表達(dá)調(diào)控影響著食管癌細(xì)胞的細(xì)胞周期,從而影響著食管癌的發(fā)生發(fā)展。手術(shù)、環(huán)境、藥物、遺傳因素等導(dǎo)致的人體節(jié)律失調(diào),將增加食管的發(fā)生風(fēng)險,同時降低已患食管癌病人的預(yù)后。已有研究顯示輪班工作是腫瘤的風(fēng)險因素[21]。細(xì)胞節(jié)律和細(xì)胞周期都可以認(rèn)為是生物體內(nèi)共存的振蕩器,它們通過基因的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控來實現(xiàn)周期性變化。同時細(xì)胞節(jié)律和細(xì)胞周期又相互影響。而對于單細(xì)胞生物體而言,我們甚至將細(xì)胞周期和細(xì)胞節(jié)律認(rèn)為是非獨(dú)立的過程。目前大多數(shù)人支持細(xì)胞周期和細(xì)胞節(jié)律為雙向耦合的觀點(diǎn)[22]。本文主要談?wù)摴?jié)律基因?qū)τ诩?xì)胞周期的影響。

細(xì)胞周期是指細(xì)胞從一次分裂完成開始到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的全過程,通常我們認(rèn)為包括G1、S、G2、M期。在G1期,REV-ERBαand RORα/γ調(diào)節(jié)CKI P21的轉(zhuǎn)錄[23]。CKI P21在細(xì)胞周期負(fù)調(diào)控中具有重要作用,確保細(xì)胞周期高度時序。在G1到S期過渡階段,NONO依賴Per基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物調(diào)節(jié)p16-Ink4A的表達(dá)[24],p16-Ink4A在啟動DNA復(fù)制階段具有重要作用;Cry基因調(diào)節(jié)著CHK1/ATR的活性,從而調(diào)節(jié)細(xì)胞G1到S期的過渡。在G2到M期,CLOCK1/BMAL1異二聚體調(diào)控WEE1激酶的轉(zhuǎn)錄,Wee1蛋白激酶是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族的一員,其主要通過抑制Cdc2的活性對細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)控,進(jìn)而抑制細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂;Per基因通過CHK2-ATM控制著細(xì)胞G2到M期的順利進(jìn)行。我們可以看到節(jié)律基因參與了細(xì)胞周期的每個階段,對于細(xì)胞周期的順利進(jìn)行具有重要作用,對于食管癌細(xì)胞同樣具有這樣的細(xì)胞周期,節(jié)律基因通過以上相同的機(jī)制調(diào)控著食管癌細(xì)胞的周期節(jié)律。

目前關(guān)于節(jié)律基因與腫瘤的發(fā)生發(fā)展的關(guān)系的研究,主要還是集中在流行病學(xué)和組織學(xué)的研究,而且不同的國家、不同研究者的研究結(jié)果存在差異甚至矛盾,關(guān)于節(jié)律基因如何影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展的機(jī)制研究較少。單一的比較節(jié)律基因在腫瘤、瘤旁和正常組織表達(dá)的高低不能直接說明節(jié)律基因?qū)τ谀[瘤發(fā)生發(fā)展到底起到了怎樣的作用。需要更多的大樣本的隨機(jī)雙盲對照試驗來證實節(jié)律基因與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系,需要更多的基礎(chǔ)研究來展示節(jié)律基因是通過怎樣的機(jī)制來影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展的。在分子、細(xì)胞、組織和生物體水平,節(jié)律基因系統(tǒng)都為我們提供了一個研究癌癥機(jī)制和抗癌理論的一個非常有價值系統(tǒng)。期待對于節(jié)律基因系統(tǒng)的研究能為我們防治癌癥提供寶貴的理論依據(jù)。

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Clock genes:their roles in esophagus cancer

Deng Xia1,Li Guang-ming2△,Hu Xin3
(1.North Sichuan Medical College,Sichuan Nanchong 637000; 2.Nanchong Central Hospital,Sichuan Nanchong 637000)

2015-7-6)

鄧霞,女,川北醫(yī)學(xué)院在讀研究生,主要從事腫瘤放化療, Email:944836454@qq.com。

△通訊作者:李光明,男,教授,主要從事腫瘤放化療,Email:ligm99999 @163.com。