肿瘤相关基因

第5节　肿瘤相关基因

肿瘤起源于细胞增殖和分化调控的失常，或细胞与它的周围组织关系紊乱。前者表现为细胞持续增殖，不能及时分化和凋亡（apoptosis），于是形成肿瘤；后者表现为肿瘤细胞浸入周围正常组织和发生转移。癌的生成涉及多种基因和基因以外的变化，单独一种基因的突变不足以致癌，多种基因变化的积累才能引起控制细胞生长和分化的机制紊乱，使细胞的增生失控而癌变。在这些基因的变化中，最常发生的两类基因的异常变化是癌基因（oncogene）和抑癌基因（cancer suppressor gene）（也称肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene）或抗癌基因（anti－oncogene））的变化。近些年来，DNA错配修复基因的有关理论从另一角度阐述了细胞DNA修复功能的丧失而促进肿瘤的发生。

一、癌基因

癌基因是指能在体外引起细胞转化、在体内诱发肿瘤的基因。在正常情况下，这些基因处于静止或低表达的状态，不仅对细胞无害，而且对维持细胞的正常功能具有重要作用。当其受到致癌因素作用被活化并发生异常时，则可导致细胞癌变。来自病毒的称为病毒癌基因（v－onc），来自细胞的称为细胞癌基因（c－onc）或原癌基因（proto－oncogene），它们具有转化的潜能，可被激活成为癌基因。病毒侵袭细胞时，c－onc基因转录的RNA与病毒基因组RNA整合，形成v－onc。20世纪80年代建立了鉴定人细胞癌基因的有效方法——DNA转染法检测。用这种方法以及分析人癌细胞中染色体断裂点处的序列和人癌细胞中被大量扩增的序列等方法，迄今已鉴定了200多种人c－onc基因，是v－onc基因数量的好几倍。

（一）原癌基因的功能和分类

已知的原癌基因有200多种，其中许多已定位于不同的染色体区带。这些基因与细胞的生长、增殖等基本功能有关。它们编码生长因子、生长因子受体和蛋白激酶，从而在生长信号的传递和细胞分裂中发挥作用，或者编码DNA结合蛋白而参与基因的表达或复制的调控。因此，可以按原癌基因产物的性质以及亚细胞定位将其分为若干类型。如以SIS为代表的生长因子类，以KIT为代表的生长因子受体类，以SRC基因家族为代表的酪氨酸激酶类，以RAS家族为代表的G蛋白类，以MYC为代表的核蛋白类，等等。原癌基因具有正常的生理功能，它参与正常细胞的发育分化过程。在通常情况下，其表达受到严格的控制，当其发生突变或被异常激活时，产生的癌蛋白在性质或数量上出现异常，就可能导致细胞发生恶性转化。

（二）原癌基因的激活

原癌基因可以通过多种方式被激活而过度表达。

1.病毒诱导

反转录病毒感染细胞后，其基因组所携带的长末端重复序列（long terminal repeat，LTR）内含较强的启动子和增强子，插入c－onc附近或内部，使之激活。如不含v－onc的鸡肉瘤病毒DNA，在体外重组加上启动子后插入宿主细胞的c－onc位点，可导致白血病发生。

2.基因扩增

已在许多肿瘤和已转化的细胞系中发现了细胞原癌基因的多个拷贝，这是原癌基因扩增的结果。基因扩增（gene amplification）是基因组中个别基因在特殊条件下复制多次使拷贝数增加，而其他基因无增加的现象。基因扩增在大多数情况下随后出现基因的过度表达（over－expression）。正常细胞基因扩增是基因表达调控的一种方式，也可以是细胞对环境因子作用的应激反应。病理条件下，基因扩增是致病因素引起的遗传学异常改变，或是基因组不稳定的结果。

基因扩增是人类肿瘤中癌基因过度表达的主要机制，它参与人类肿瘤的发生和演进。在肿瘤细胞尤其是胚胎神经组织肿瘤细胞中，有时见到的双微体（double minutes）和染色体上的均染区（homogenously staining region），就是原癌基因DNA片段扩增的两种表现形式。据初步统计，在10多种人类常见肿瘤中，发现20多种与癌相关的基因扩增，其中临床意义比较明确的有乳腺癌、神经母细胞瘤、卵巢癌、小细胞肺癌和头颈部鳞癌等，其基因扩增与肿瘤的侵袭性行为和患者的不良预后相关。在另一些肿瘤如肝癌、胃癌、肉瘤和子宫内膜癌等肿瘤中，基因扩增发生在肿瘤的病理发生和演进过程中。表10－6列出了MYC等家族成员在某些肿瘤或肿瘤细胞系中被扩增。

表10－6　人肿瘤中细胞原癌基因扩增举例

3.染色体重排

已在许多血液系统恶性肿瘤和实体瘤中鉴定出由于染色体重排（chromosome rearrange－ment）导致的原癌基因激活。染色体重排后可形成新的融合基因（fusion gene），产生异常的融合蛋白而使细胞转化。例如，慢性粒细胞白血病中常见的9号染色体和22号染色体相互易位，形成了一种结构与功能异常的融合基因BCR－ABL1。因此，原癌基因ABL1激活是由于染色体重排而形成了融合基因，最终导致其编码的蛋白由P145变为P210。P145的酪氨酸蛋白激酶活性较低，且受生长因子受体系统调节；P210的酪氨酸蛋白激酶活性较高，且不受生长因子受体系统调节，促成细胞的恶性转化。据此研制的药物STI－571（商品名Gleevec）能抑制P210的激酶活性，诱导慢性粒细胞白血病细胞凋亡，是近年来治疗慢性粒细胞白血病的重大突破。类似的例子还有在急性早幼粒细胞白血病（APL）中发现的染色体重排等。

染色体重排也可改变基因的调节。原癌基因通过易位插到强力的启动子或增强子附近也可导致激活。Burkitt淋巴瘤的t（8；14）即MYC原癌基因由8号染色体易位到14号染色体的免疫球蛋白重链基因附近，易位使MYC置于免疫球蛋白重链基因的启动子控制下。免疫球蛋白基因是很活跃的基因，为了抵抗进入体内的各种抗原，它不断编码各种抗体蛋白，其启动子特别活跃，因而易位的MYC基因转录活性明显增高。增多的myc蛋白质使一些控制生长的基因活化，最终导致细胞恶变。

4.点突变

体细胞内的原癌基因可以因点突变而成为癌基因，产生异常的基因产物；也可由于点突变使基因摆脱正常的调控而过度表达。现在知道，原癌基因RAS家族的常见激活方式是点突变，且突变位置集中在几个密码子上（表10－7）。HRAS1、KRAS2、NRAS三个基因家族成员在基因结构上非常相近，它们的蛋白产物都含189个氨基酸，分子量为21kD，所以它们的蛋白质产物都是P21。从表10－7可看出它们的点突变集中在第12位、第13位、第61位密码子，上述位置的氨基酸可能是P21与其效应物GTPase激活蛋白（GAP）结合的部位。GAP能刺激P21的GTPase活性，促进其由GTP形式（激活）转变为GDP形式（失活）。突变后，P21对GAP的敏感性消失，使P21处于持续激活的状态，导致细胞生长失控。因此，上述位置对维持P21的三维构象及其功能是至关重要的。

表10－7　原癌基因RAS家族的点突变

恶性肿瘤的发生往往伴有数种癌基因的激活，它们分别作用于细胞的不同部位和（或）肿瘤发生的不同阶段。不同的癌基因可能在癌变的某个阶段起作用，图10－5说明了多个癌基因在癌发生过程中的协同作用。

图10－5　多个癌基因在癌发生中的协同作用

二、肿瘤抑制基因

肿瘤抑制基因又称为抑癌基因或抗癌基因（anti－oncogenes）。它们的功能是抑制细胞的生长和促进细胞的分化。当两个等位基因都因突变或缺失而丧失功能，即处于纯合失活状态时，细胞就会因正常抑制的解除而发生恶性转化。到目前为止已发现30多种肿瘤抑制基因，这个数目还在增多。许多学者将肿瘤抑制基因分成两组：把关基因（gatekeeper）和管护基因（caretaker）。把关基因这一组肿瘤抑制基因关系到细胞周期、细胞凋亡和DNA复制的调控，它们通过抑制细胞增殖或促进细胞凋亡，直接控制肿瘤的发生和演进，它们的失能是癌变遗传学途径的事件，是癌的限速因子。管护基因这一组肿瘤抑制基因关系到DNA修复和维护基因组的完整性。它们的失能并不直接作用于癌变遗传学途径，而是导致遗传学的不稳定，通过增加把关基因、原癌基因等癌相关基因的突变速率，进而促进肿瘤的发生和演进。这一组基因的产物具有识别、切除和修复DNA错配和各类损伤等能力，以维护基因组的完整性，故可将它们称为管护基因。

视网膜母细胞瘤的RB1基因是一个典型的例子。利用对家族进行遗传学分析及对大量肿瘤进行杂合性丢失（loss of heterozygosity，LOH）研究的优势，研究人员于1986年克隆了RB1基因，这是首次成功应用定位克隆方法的实例之一。RB1基因定位于13号染色体1区4带，全长约200kb，有27个外显子，编码的蛋白P105含928个氨基酸。该蛋白是一种磷酸化蛋白，约85%的RB1蛋白存在于细胞核内，约10%在质膜上。RB1蛋白在60%以上已研究过的人类肿瘤中失活，其失活可通过多种不同的机制实现，包括基因突变导致直接丧失功能蛋白、RB1蛋白磷酸化，或者RB1蛋白与DNA肿瘤病毒的癌蛋白结合。研究较深入的几种肿瘤抑制基因如表10－8所示。

表10－8　肿瘤抑制基因及其产物

恶性肿瘤的转移是一个多因子相互协调的多阶段过程。肿瘤细胞从原发部位脱落，经淋巴或血流而扩散到另一器官中发生转移肿瘤（癌）。研究发现，存在促进转移的转移基因（me－tastatic gene）和抑制转移的基因（metastasis suppressor gene）。一些编码细胞表面受体的基因可能与瘤细胞的转移有关。例如，整联蛋白（integrin）是一类细胞表面的膜受体糖蛋白，可将细胞外基质（ECM）与细胞骨架结合起来，影响细胞与ECM的黏附和细胞的信号传导，在肿瘤的侵袭转移中发挥作用。这些受体基因的突变和失去功能将有利于瘤细胞的转移。在抑癌基因的研究中，学者发现有的基因能抑制肿瘤细胞的转移，这些基因称为肿瘤转移抑制基因（tumor metastasis suppressor gene）。例如，在人和小鼠中已发现NM23基因的表达与乳腺癌等肿瘤的转移密切相关。NM23的基因产物可能在微管的聚合和分散、信号传导和（或）G蛋白的调节中起作用。NM23基因作为一个肿瘤转移抑制基因，其功能仍有待于深入研究。