抑癌基因與癌基因的最新研究進(jìn)展

李海麗，邵馳浩，周若宇，張永進(jìn)，李　翠，羅　瑛

(昆明理工大學(xué) 醫(yī)學(xué)院 衰老與腫瘤分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室， 云南 昆明 650500)

腫瘤的發(fā)生及發(fā)展是一個(gè)逐級(jí)進(jìn)行的復(fù)雜生物學(xué)過(guò)程，機(jī)體內(nèi)原癌基因的激活和抑癌基因的失活是腫瘤發(fā)生的本質(zhì)原因。抑癌基因是一類可抑制細(xì)胞增殖從而潛在抑制癌變作用的基因。正常情況下，抑癌基因通過(guò)抑制細(xì)胞周期，或促進(jìn)細(xì)胞凋亡來(lái)達(dá)到監(jiān)控細(xì)胞內(nèi)增殖信號(hào)，防止細(xì)胞異常增殖來(lái)達(dá)到抑癌的功能。這種作用可能是通過(guò)轉(zhuǎn)錄調(diào)控來(lái)達(dá)成，如TP53基因；也可能通過(guò)直接調(diào)控細(xì)胞周期的進(jìn)程，如p21基因和p16INK4a基因；也可能通過(guò)調(diào)控p53蛋白的穩(wěn)定性，如p14ARF基因；也可能通過(guò)抑制癌基因的活性，如Rb和 PTEN基因。相反，癌基因的功能則是通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞增殖，阻止細(xì)胞凋亡來(lái)達(dá)到使腫瘤逃逸周期抑制，從而使細(xì)胞失控生長(zhǎng)，如MDM2。這種作用可能通過(guò)直接轉(zhuǎn)錄激活生長(zhǎng)信號(hào)通路或是直接促進(jìn)細(xì)胞周期，或是通過(guò)降解抑癌基因來(lái)促進(jìn)細(xì)胞的增殖。

1　抑癌基因p53

P53是一個(gè)抑癌基因，也是一個(gè)重要的轉(zhuǎn)錄因子。正常情況下， 野生型p53(wtp53)會(huì)與其靶基因HDM2/MDM2形成負(fù)反饋機(jī)制，因此wtp53蛋白在機(jī)體內(nèi)的表達(dá)水平比較低。在人類的惡性腫瘤中普遍存在p53的突變[1]，突變的p53(mutp53)會(huì)喪失野生的p53(wtp53)所具有的維持基因組穩(wěn)定性的抑癌基因特性，這稱為突變p53的“功能缺失”(loss of function)；同時(shí)，mutp53獲得類似癌基因的特性，這稱為突變p53的“功能獲得”(gain of function)。mutp53在人類的急性骨髓白血病、角化棘皮瘤和鱗狀細(xì)胞癌中以癌基因的形式高表達(dá)，在骨髓增生異常綜合征的患者中，60%的患者伴隨有抑癌基因p53點(diǎn)突變[2- 3]。mutp53 R175H和mutp53 R273H就完全失去了wtp53蛋白的抑癌功能，在很多臨床腫瘤樣本中高表達(dá)，表現(xiàn)為促癌作用[4- 5]。Mutp53也可以與癌基因或原癌基因協(xié)同作用表現(xiàn)促癌作用。在小鼠體內(nèi)，突變p53N236S與癌基因Ras協(xié)同作用也具有明顯的促癌作用[6]。那么當(dāng)p53是野生型的狀態(tài)下，是否也會(huì)表現(xiàn)出促癌的作用呢？氧化偶氮甲烷(azoxymethane，AOM)模型，是一種能強(qiáng)力誘發(fā)大腸癌的藥物動(dòng)物模型。在AOM模型中，ARF- p53通路的激活，會(huì)使得MDM2完全處于抑制狀態(tài)(圖1)，若wtp53的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)沒(méi)有完全被激活，其下游的凋亡程序就不會(huì)啟動(dòng)。在AOM誘導(dǎo)的結(jié)腸癌細(xì)胞AJ02-NM0中，MDM2被抑制表達(dá)，MDM2對(duì)其的負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用導(dǎo)致wtp53卻具有促癌的作用[7]。這個(gè)模型顛覆了以往wtp53是抑癌基因的觀點(diǎn)，同時(shí)為臨床靶向p53治療腫瘤提供重要的理論依據(jù)。

2　抑癌基因pten

Pten(phosphatase and tensinhomolog deleted in chromosome10)于1997年開(kāi)始作為一種抑癌基因出現(xiàn)在研究者的視野中，其結(jié)構(gòu)包括磷酸酶區(qū)域、與脂質(zhì)結(jié)合的C2區(qū)域和羧基端區(qū)域。其中pten的氨基端區(qū)域所包含的酪氨酸磷酸酶，使其具有脂質(zhì)磷酸酶和蛋白磷酸酶得雙重活性；而pten結(jié)構(gòu)的C2區(qū)域的突變會(huì)下調(diào)pten與膜的親和能力；pten的羧基端區(qū)域是腫瘤的易突變區(qū)。在人類多種惡性腫瘤中均會(huì)出現(xiàn)pten缺失、突變或是被抑制[9]。那么pten的突變給臨床腫瘤治療帶來(lái)那些影響呢？在惡性子宮肌瘤、星形細(xì)胞瘤(PMAs)及乳腺癌中，pten占有很高的突變率[10- 11]。Pten結(jié)構(gòu)中羧基端的突變，會(huì)使腫瘤細(xì)胞發(fā)生惡性增殖，因此有研究者提出可以根據(jù)pten突變的區(qū)域來(lái)分析腫瘤的分期。其在腫瘤中的突變及失調(diào)也提示了pten蛋白可能存在轉(zhuǎn)錄及翻譯后水平的調(diào)控機(jī)制。pten蛋白在細(xì)胞中主要是通過(guò)磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol3 kinase，P13K)/蛋白激酶B(AKT)信號(hào)通路調(diào)控細(xì)胞周期、衰老、凋亡及分化等多種生理過(guò)程。當(dāng)pten蛋白失去磷酸酶的活性時(shí)，就會(huì)失去對(duì)AKT信號(hào)途徑的抑制作用，AKT會(huì)大量聚集，過(guò)度活化的AKT導(dǎo)致癌細(xì)胞遷移、增殖及周圍血管的大量生成，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的存活。這就提示了pten在腫瘤抑制信號(hào)通路中的抑癌作用還需要繼續(xù)探索。

3　抑癌基因INK4a/ARF

細(xì)胞周期依賴性激酶抑制劑(cyclin-dependent kinase inhibitors，CKI)的INK4a家族所編碼的基因被公認(rèn)為是重要的抑癌基因[12]，分別是：p16INK4a和p14ARF(小鼠中是p19ARF)。與p16INK4a不同的是p14ARF能夠和p53負(fù)調(diào)節(jié)因子 MDM2 (murine double minute 2)結(jié)合，抑制MDM2的表達(dá)。當(dāng)ARF被誘導(dǎo)過(guò)表達(dá)時(shí)，MDM2會(huì)受限于細(xì)胞核中，p53就會(huì)在核質(zhì)中大量聚集，進(jìn)而引起細(xì)胞周期阻滯，凋亡及衰老[13](圖1)。特異蛋白- 1(specificity protein 1，AP- 1)在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化及Ras信號(hào)通路方面具有重要的作用。當(dāng)細(xì)胞周期發(fā)生阻滯，AP- 1二聚體會(huì)激活p14/p19ARF轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用，p14ARF會(huì)依賴于p53/p21信號(hào)通路來(lái)行使其抑癌功能。在HCT116細(xì)胞中敲除p21Cip1/WAF- 1和14- 3- 3δ時(shí)，會(huì)引起細(xì)胞周期阻滯及凋亡，反而p14ARF表達(dá)量升高，表現(xiàn)為p14ARF促癌作用[14]。p16INK4a通過(guò)調(diào)控細(xì)胞周期依賴激酶CDK4/6及cyclin D復(fù)合物的活性，在細(xì)胞周期中也扮演著重要的角色。p16INK4a的變異及表觀遺傳的畸變均會(huì)引起腫瘤的發(fā)生[12]。因此在腫瘤的發(fā)生過(guò)程中，常會(huì)出現(xiàn)p16INK4a和p14ARF的變異、丟失、甲基化或是上游信號(hào)通路調(diào)控異常[15- 16]，使得p16INK4a和p14ARF在腫瘤發(fā)生及進(jìn)展過(guò)程中起到促進(jìn)作用。

4　抑癌基因Rb

Rb(retinoblastoma)基因是最早發(fā)現(xiàn)于視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(retinoblastoma，Rb)的一種抑癌基因， 其產(chǎn)物Rb蛋白位于細(xì)胞核中，存在磷酸化和非磷酸化狀態(tài)。磷酸化的Rb蛋白基本失去功能，釋放與其結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子E2F1，E2F1會(huì)啟動(dòng)下游的蛋白表達(dá)，Rb/E2F1的調(diào)控處于細(xì)胞周期的重要環(huán)節(jié)，可以引起細(xì)胞周期的阻滯，反而非磷酸化的Rb蛋白相對(duì)活躍[17]。Rb蛋白還具有抑制細(xì)胞凋亡的功能，尤其在腫瘤細(xì)胞中，可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖，因此Rb蛋白對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用存在異議。在卵巢癌的腫瘤組織中Rb蛋白高表達(dá)。在喉癌中Rb基因的表達(dá)與其發(fā)病有很大的相關(guān)性，隨著喉癌惡性程度的增加，Rb基因突變率不斷增加，Rb基因的突變可能參與了喉癌的發(fā)生及惡化的過(guò)程[18]。在宮頸癌的發(fā)生的機(jī)制中，E7原癌基因可以促進(jìn)轉(zhuǎn)錄激活因子CBP與pRb的結(jié)合，導(dǎo)致細(xì)胞周期紊亂進(jìn)而發(fā)生癌變。在肉瘤細(xì)胞中，Rb-E2F1通路也表現(xiàn)為調(diào)控異常。在腎細(xì)胞癌及頭頸部癌中發(fā)現(xiàn)Rb蛋白的高度甲基化及突變[19]。因此，幾乎大多數(shù)的腫瘤中會(huì)出現(xiàn)Rb的缺失、甲基化、突變失去功能或通過(guò)改變其上游的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子而導(dǎo)致Rb蛋白表達(dá)量或活性的改變。在不同腫瘤背景下，Rb的狀態(tài)、功能及所涉及的通路均表現(xiàn)出不同的生物學(xué)意義。

圖1　p16INK4a/RB/E2F1 和 p14ARF/p53/MDM2 通路Fig 1　Schematic representation of the p16INK4a/RB/E2F1 and p14ARF/p53/MDM2 pathways

5　原癌基因MDM2

MDM2 (murine double minute 2)最早是從異常染色體上克隆出來(lái)的，這些染色體容易引起機(jī)體的異常增生及腫瘤的形成，因此MDM2也被認(rèn)為是癌基因。MDM2可以與p53的N-轉(zhuǎn)錄激活區(qū)結(jié)合，從而抑制p53對(duì)其下游基因的轉(zhuǎn)錄功能，這種結(jié)合就是MDM2與p53之間負(fù)反饋?zhàn)饔?圖1)。因此可以得出MDM2的促癌作用是需要抑癌基因p53的相互作用。但是這種負(fù)反饋機(jī)制并不是永恒的，即當(dāng)DNA發(fā)生損傷時(shí)會(huì)需要大量p53蛋白的表達(dá)，這個(gè)時(shí)候磷酸化的p53會(huì)逃脫掉與MDM2的結(jié)合，同時(shí)自身磷酸化的MDM2也會(huì)減弱與p53的結(jié)合作用，使得p53發(fā)揮修復(fù)DNA的作用即抑制腫瘤發(fā)生，MDM2也在一定程度上發(fā)揮了抑癌的功能[20]。MDM2敲除的小鼠，p53會(huì)大量的表達(dá)，導(dǎo)致小鼠胚胎無(wú)法存活；同時(shí)敲除MDM2和p53，小鼠卻呈現(xiàn)成瘤傾向[21]，這也說(shuō)明MDM2與p53之間負(fù)反饋機(jī)制的有償性。在人類的腫瘤中p14ARF才是MDM2的抑制劑[15]，在野生型p53及MDM2表達(dá)的腫瘤樣本中發(fā)現(xiàn)，ARF突變出現(xiàn)高表達(dá)，而p53并沒(méi)有明顯的抑制作用?？梢钥闯鯩DM2在腫瘤的形成過(guò)程中有兩條負(fù)反饋的通路參與，其中ARF占主要地位，尤其是當(dāng)p53發(fā)生異常時(shí)，ARF會(huì)抑制MDM2的作用，直接誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生，這種細(xì)胞背景下MDM2則表現(xiàn)為抑癌功能。

抑癌基因是生物體細(xì)胞中存在的保護(hù)機(jī)體免于癌變的基因, 該類基因若發(fā)生點(diǎn)突變、易位、重排等則會(huì)表現(xiàn)為癌基因的功能[22- 23]。抑癌基因的抑癌作用或癌基因的抗癌作用不是某個(gè)基因的行為，其是多個(gè)基因的協(xié)同作用，在卵巢癌上皮細(xì)胞癌中就表現(xiàn)出p14、p16和p53蛋白的高表達(dá)[24]，在鱗狀細(xì)胞癌中也表現(xiàn)出p16與KI67的協(xié)同促癌作用[25]。現(xiàn)在對(duì)抑癌基因的促癌功能或者癌基因的抑癌功能還不是很清楚，但這種轉(zhuǎn)換機(jī)制也可能是生物界長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果，即依賴細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境的變化及基因突變。隨著對(duì)癌基因與抑癌作用研究的不斷深入，相信癌基因或抑癌基因的轉(zhuǎn)換機(jī)制會(huì)給臨床治療腫瘤提供充實(shí)的理論依據(jù)。