細胞周期檢測點激酶l研究進展

鄭林峰，倪型灝（浙江省腫瘤醫(yī)院，浙江 杭州310022）

細胞周期檢測點激酶l研究進展

鄭林峰，倪型灝
（浙江省腫瘤醫(yī)院，浙江 杭州310022）

本文結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)文獻，分析細胞周期檢測點激酶1（Chk1）的結(jié)構(gòu)、功能、生物學(xué)機制和在人類腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用，總結(jié)Chk1抑制劑在腫瘤治療中的應(yīng)用現(xiàn)狀，為今后治療腫瘤和抑制腫瘤發(fā)生提供新的思路。

細胞周期檢測點激酶1；腫瘤；抑制劑

真核細胞中的遺傳物質(zhì)常常持續(xù)遭受著各種損害。這些損害可能來自機體內(nèi)源性的復(fù)制應(yīng)激反應(yīng)，也可能來自一些外部因素，如活性氧、紫外線、電離輻射和化學(xué)試劑。它們在細胞內(nèi)引起了DNA損傷反應(yīng)（DDR），并導(dǎo)致基因組發(fā)生不同的改變，如DNA突變、DNA單/雙鏈斷裂、堿基缺失、轉(zhuǎn)移、融合等［1］。在應(yīng)答DNA損傷反應(yīng)的過程中，存在著一系列復(fù)雜的修復(fù)通路，直接介導(dǎo)受損DNA的檢測和修復(fù)，細胞周期檢測點激酶1（Chk1）在此過程中起到重要的調(diào)節(jié)作用。近年來，Chk1已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點，已有研究表明Chk1的表達紊亂可能與多種惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展、浸潤轉(zhuǎn)移、預(yù)后及腫瘤耐藥等有密切關(guān)系。本文就Chk1的研究近況作一綜述。

1　Chk1的結(jié)構(gòu)與功能

人類的Chk1基因發(fā)現(xiàn)于染色體11q24，目前已知的轉(zhuǎn)錄變異體有7種，分子量為54 kD，包含13個外顯子，cDNA全長1891bp，由476個氨基酸組成的絲氨酸/蘇氨酸激酶蛋白作為編碼蛋白，包括一個N-末端激酶結(jié)構(gòu)域，一個可變連接區(qū)，一個SQ/TQ區(qū)以及一個C-末端的抑制性結(jié)構(gòu)域。N端催化底物磷酸化的激酶區(qū)域，C端接受磷酸化調(diào)節(jié)的絲氨酸/谷氨酰胺區(qū)［2］。

作為生物進化過程中非常保守的蛋白激酶，Chk1最早發(fā)現(xiàn)于裂殖酵母中，在人體和多種生物的組織及細胞的胞漿和胞核中均可表達，但發(fā)揮作用的主要場所位于細胞核內(nèi)。在DNA損傷引起的細胞周期檢測點調(diào)節(jié)中，Chk1起著關(guān)鍵的作用，并且參與染色體及紡錘體的裝配，也是與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相關(guān)的結(jié)構(gòu)活性酶，在DNA損傷修復(fù)完成后，細胞周期重新啟動中也起到重要作用。Chk1一般不影響體細胞的正常生長，但Chk1基因的突變影響DNA的損傷修復(fù)，如可能導(dǎo)致DNA復(fù)制不完全和細胞凋亡等［3］。

2　Chk1對細胞周期的調(diào)控作用

完整的細胞周期檢測點包括感受器、信號傳導(dǎo)通路和效應(yīng)器。目前對DNA損傷應(yīng)答反應(yīng)在最初反應(yīng)過程中是如何激活細胞周期檢測點的機制研究尚不確切，但多數(shù)研究表明，毛細血管擴張性共濟失調(diào)突變基因（ATM）和ATM/Rad3相關(guān)蛋白基因（ATR）作為最重要的感受器，在檢測到DNA損傷后，通過中介因子將信號傳導(dǎo)至整個通路的核心-Chk1。在這個過程中，穩(wěn)定表達的Chk1蛋白會引起一系列的級聯(lián)效應(yīng)，如細胞周期的阻滯、錯配修復(fù)系統(tǒng)的活化以及修復(fù)后細胞周期的恢復(fù)［4-5］。在信號的傳遞過程中，ATR-Chk1-Cdc25反應(yīng)通路是細胞應(yīng)對離子輻射和復(fù)制壓力的最主要通路。發(fā)生DNA損傷后，尤其是存在DNA雙鏈斷裂（DSBs）時，細胞在識別DNA損傷的信號后激活A(yù)TR，在信號下行傳導(dǎo)的同時磷酸化Chk1上的多個絲氨酸位點，后者在被激活后繼而磷酸化Cdc25，加速Cdc25的泛素化降解，最終使細胞周期停滯。多數(shù)時候ATR作為主要感受器將信號傳遞給Chk1，但也有研究發(fā)現(xiàn)ATM亦可以通過磷酸化Chk1的Ser317位點激活整個信號通路［6］。目前的研究證實Chk1在被活化后，通過激活DNA損傷檢查點、DNA復(fù)制檢查點或紡錘體組裝檢查點，可以使細胞周期分別停滯在G1/S期、S期和G2/M期這三個不同的時期，而不僅只固定于一個時期［7-9］。

正常表達的Chk1確保了在整個細胞分裂過程中DNA復(fù)制的穩(wěn)定性和完整性。如果Chk1的表達發(fā)生改變，攜帶錯誤基因的子代細胞可能會越過檢測位點繼續(xù)生長增殖，增加細胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的概率［10］。

3　Chk1與腫瘤的關(guān)系

腫瘤發(fā)生的主要原因就是在細胞生長過程中，在體內(nèi)外各種DNA損傷因素的作用，致使染色體DNA的缺失、重排、堿基修飾等多種形式的異常，而這種基因組異常的逐漸累積最終導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生［11］。也就是說，維護基因組發(fā)生缺陷的機制導(dǎo)致染色體的畸變，而這種畸變的累積最終可導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，這種機制包括細胞周期檢測點路徑和DNA修復(fù)路徑。Chk1是一個重要的周期檢測點中調(diào)節(jié)蛋白，其蛋白的穩(wěn)定表達有利于維護DNA損傷修復(fù)和細胞周期檢測點調(diào)節(jié)，以保證細胞基因組的完整和穩(wěn)定［12］。從其功能上看，Chk1可視為一個腫瘤抑制因子，當Chk1基因失活后，Chk1表現(xiàn)就會呈現(xiàn)出單倍體劑量不足，本應(yīng)停止增殖或生理性凋亡的細胞不停地進入細胞周期，使得DNA損傷在復(fù)制中逐漸積累，從而導(dǎo)致細胞的惡性增殖［13］。研究發(fā)現(xiàn)，正常細胞中Chk1的表達較低，但在某些惡性腫瘤中卻存在著高表達［14］。Chk1的過度表達可能是導(dǎo)致人類胃癌、肺癌、結(jié)腸癌、膀胱癌、宮頸癌及卵巢癌等癌癥發(fā)生的重要機制之一［15-20］。然而，也有研究發(fā)現(xiàn)Chk1缺失可能是乳腺癌和一些癌癥的早期分子生物學(xué)事件［21］。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)Chk1突變是由于單個腺苷酸的插入或缺失所致，這種突變與腫瘤高度的微衛(wèi)星不穩(wěn)定性有關(guān)［22］。近來發(fā)現(xiàn)在小細胞肺癌細胞中有一種較短的Chk1，這種較短的Chk1缺乏Ⅺ亞結(jié)構(gòu)中的32個氨基酸，有可能是Chk1罕見的多態(tài)性，或者是生殖細胞的突變造成的，提示Chk1不僅與肺部腫瘤的形成有關(guān)，而且與肺的發(fā)育有關(guān)［23］。Yuan等［24］研究發(fā)現(xiàn)，抑制Chk1的表達可以降低FLT3-ITD陽性的急性髓性白血病細胞的增殖。Greenow等［25］通過對敲除了Chk1及APC基因的小鼠小腸的研究發(fā)現(xiàn)，Chk1的純合性缺失不能與Wnt信號驅(qū)動兼容，且抑制小鼠小腸Wnt信號驅(qū)動下腫瘤的發(fā)生。相反，Wnt信號驅(qū)動背景下Chk1的雜合性缺失會導(dǎo)致DNA損傷的增加，并加快了腫瘤的發(fā)生及發(fā)展。

3　Chk1抑制劑的研究進展

Chk1表達缺失的腫瘤細胞往往會表現(xiàn)出多重缺陷，如細胞增殖緩慢、細胞周期檢測點的停滯反應(yīng)消失和對DNA損傷劑的敏感性增加等［26-27］。通過解除Chk1對細胞周期檢測點的阻滯作用進而促使腫瘤細胞凋亡，這一機制成為了目前腫瘤研究的新熱點，同時也是眾多學(xué)者尋找潛在的Chk1抑制劑的研究基礎(chǔ)。不僅可以通過應(yīng)用Chk1抑制劑聯(lián)合化療或放療來治療腫瘤，也可以通過單獨使用Chk1抑制劑終止腫瘤細胞的增殖。Chk1抑制劑與DNA損傷試劑聯(lián)用可使DNA損傷試劑對腫瘤細胞具有選擇性，解除受損的裸p53癌細胞的G2期和S期阻滯，使其繼續(xù)發(fā)育，最終通過有絲分裂突變或細胞凋亡途徑誘導(dǎo)其過早死亡。而正常細胞受G2期檢測點解除的影響較小，可在G1期檢測點借助p53修復(fù)損傷DNA［28］。應(yīng)用Chk1抑制劑解除S期和G2期檢測點可提高DNA損傷試劑對癌細胞的靈敏度并提高其選擇性。但目前僅有少量關(guān)于Chk1抑制劑及Chk1/2雙重抑制劑的資料有望進入臨床應(yīng)用，如Sch 900776（MK-8776），AZD7762 和LY2603618還處于臨床試驗階段。其他抑制劑如UCN-01、CBP-501和XL-844（EXEL-9844）僅僅進入臨床前期評估和臨床評估。由于這些抑制劑可抑制參與致癌過程的其他目標如 PDK-1、CDK2、MAPKAPK2、FLT-3、PDGF和KDR等，對正常細胞也有毒性，因此選擇性欠佳［29］。由于細胞毒性和具有爭議性的給藥模式，使得第一代的Chk1抑制劑在臨床上的研究進展已經(jīng)停止［10］。近年來，一系列硫代喹唑啉酮類作為Chk1變構(gòu)抑制劑已經(jīng)進行臨床應(yīng)用［30］。這些藥物可以增強抗腫瘤活性，取代S期和/或G2期檢測點調(diào)節(jié)的抗代謝和DNA損傷性藥物，包括吉西他濱、伊立替康（SN-38），順鉑，多烯紫杉醇等，并且這些藥物在p53基因缺陷的結(jié)腸癌、乳腺癌、前列腺癌和白血病等腫瘤中作用明顯［31-32］。過去的觀點認為，Chk1抑制劑只在與化療或放療聯(lián)合時才會發(fā)揮抗癌效應(yīng)，但Wang等［33］發(fā)現(xiàn)通過人工激活Chk1就足以殺死癌細胞，這使Chk1抑制劑單劑治療腫瘤成為可能。目前已有SAR020106、CCT-244747、S-024、S-144、D-501036、V-158411和LY2606368等Chk1抑制劑單劑抗腫瘤的研究報道，唯獨LY2606368有待進入Ⅲ期臨床試驗［29］。

4　小結(jié)與展望

綜上所述，Chk1可激活并導(dǎo)致細胞周期阻滯引起DNA損傷修復(fù)，以此維持細胞基因組的穩(wěn)定性和完整性，然而其過度表達可能是一些惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展的重要機制之一。因此，通過動物模型和腫瘤高危人群DNA損傷反應(yīng)來探討和深入研究Chk1及其抑制劑，為今后治療腫瘤和抑制腫瘤發(fā)生提供了新的思路，同時在腫瘤靶向特異性治療新技術(shù)及新藥物的開發(fā)方面有廣闊的應(yīng)用前景。

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