抑癌基因

癌基因与抑癌基因

    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（oncogenes）及抑癌基因（cancer suppressor genes,也称肿瘤抑制基因，tumor suppressor genes,或抗癌基因，ante-oncogenes）的变化。

二、 抑 癌 基 因

    细胞癌基因的活化仅代表参与肿瘤发生的基因变化之一，另一种变化是抑癌基因的失活。抑癌基因正常时起抑制细胞增殖和肿瘤发生的作用。许多肿瘤均发现抑癌基因的两个等位基因缺失或失活，失去细胞增生的阴性调节因素，从而对肿瘤细胞的转化和异常增生起作用。由于其这种隐性的性质，它们也被称为隐性癌基因，而且不像显性癌基因那样容易被检出。

    抑癌基因的发现和鉴定

    在70年代广泛研究癌基因之前，通过体细胞杂交、流行病统计学及细胞遗传学分析已指出，存在能抑制细胞转化的基因表型。关于肿瘤细胞的增生能被某种基因产物抑制的概念，首先来自体细胞杂交试验。Harris于1969年发现，正常细胞与肿瘤细胞融合所产生的杂交细胞不再具有致瘤性，提示从正常细胞来的某种基因起抑制肿瘤发生的作用。而当融合细胞丧失了含有这种特殊基因座的染色体时，则可以重现其致瘤性，从而证明该染色体携带抑癌基因。

    位于染体13q14的Rb基因是第一个被发现和鉴定的抑癌基因，它是在研究少见的儿童视网膜母细胞瘤中发现的。Knud-son通过流行病调查发现，这类肿瘤中的40％具家族性，有遗传倾向，多发生在婴儿，肿瘤常呈双侧性多个发生，如早期栓出并作外科手术切除，患者长大后仍有发生骨肉瘤等危险。其余60％为散发性，无家族史，发生于幼儿，常力一侧单个肿瘤，比较少邮。Knudson根据统计分析，提出“两次打击”假说来解释这两种类型的肿瘤的发生。在家族性病例中，首次“打击”（突变）发生在种系细胞中，从亲代遗传一份有缺陷的Rb拷贝的缺陷本身并不足以激发肿瘤的发生。发生在体细胞的第二次“打击”（突变），导致丧失了剩下的那份正常的Rb等位基因。而在散发性病例中，两次“打击”均发生在同一体细胞（视网膜母细胞）内，使两份正常的Rb等位基因均突变而失活。这种机会一般较少（1/30000）。细胞遗传学研究发现，在某些视网膜母细胞瘤患者的细胞中有染色体13p14的缺失，提示缺失Rb基因可能导致肿瘤的发生。利用Southern印迹技术栓测限制性片断长度多态性（RFLP）可以检测等位基因正常杂合性丧失（loss kf heterozygosity,LOH）。基因转移实验也证明引入正掌的Rb基因到培养的视网膜母细胞瘤或骨肉瘤细胞，可逆转其致瘤性。这些充分证明Rb基因是一种抑癌基因。虽然Rb基因是在少见的儿童视网膜母细胞瘤中被发现和鉴定的，但后来也在成人的某些常见肿瘤，如膀胱癌、乳腺癌及肺癌中发现它丧失或失活。

    此后相断发现和鉴定了许多其他抑癌基因，它们对许多不同的人类癌症的发生起作用（见表2-3）。其中有些被确定为少见的遗传性癌症的原因，有些骨在常见的非遗传性成人的癌症中呈缺失或突变。大多数抑癌基因既参与遗传性癌，也参与非遗传性癌的发生。有些抑制癌基因的突变是导致人类肿瘤发生的最常见的分子改变。如第二个被鉴定的抑癌基因p53在大多数的人类癌症如白血病、淋巴瘤、肉瘤、脑瘤、乳腺癌、胃肠道癌及肺癌等癌症中常呈失活现象。p53的突变可见于高达50％以上的人癌中，它是人类恶性肿瘤中最常见的基因改变。遗传性Li-Fraumeni癌症综合征的家首长成员中见有种系细胞中的p53突变。患者年轻时就可发生骨肉瘤，其亲属可发生肾上腺皮质癌、乳腺癌及脑肿瘤等许多类型的恶性肿瘤。p53的突变可发生肾上腺皮质癌、乳腺癌及脑肿瘤等许多类型的恶性肿瘤。p53基因的产物调节细胞周期和细胞凋亡。致突变因子引起的DNA破坏，迅速诱导p53，它的激活依赖周期素激酶（cdk）抑制物p21的转录。p53产行能阻断细胞周期于G₁期，并结合增殖细胞核抗原（PCNA）而抑制DNA复制，使破坏的DNA在复制之前有修复的时间。如果不能，它还可能引起细胞凋亡，清除携带有突变的细胞。而有突变的p53产物则丧失了DNA破坏后细胞周期停顿的能力，导致突变频率的增加及细胞基因组的不稳定性。这种基因组的不稳定性是癌细胞的一种常见特征，它在肿瘤进展中可对癌基因和抑癌基因进一步改变的积累起作用。缺乏p53的肿瘤细胞不能凋亡，维持了肿瘤细胞的生存，也增加了对化疗药物和放射治疗的耐药性和抵抗性。p53失活对肿瘤细胞生存的这些作用，解释了人类恶性肿瘤中高频率的p53突变。

    表2-3列出在人类肿瘤中已发现和鉴定的抑制癌基因。新 抑癌基因正在不断涌现，如与乳腺癌发生有密切关系的BRCA1和BRCA2，与胰腺癌有关的DPC4，与肾细胞癌有关的VHL等抑癌基因已被发现；还有与肝癌有关的M6P/IGF2r基因，位于染色体3p14.2上的FHIT基因等也是抑癌基因的假选者。

表2-3  人类有肿瘤中已发现和鉴定的抑癌基因

三、 癌基因与抑癌基因的特性比较和相互作用

    癌基因与抑制癌基因这两类似乎是作用于矛盾的基因之间的精细平衡控制着细胞的生长，它们在癌生成中的相互作用充分说明了自然界中阴阳两个对立面之间相生相克、相辅相成的辩证统一法则。表2-4列出癌基因与抑癌基因特性的比较。

表2-4  癌基因与抑癌基特性的比较

    始自20世世80年代后期，癌症的研究开始注意癌基因和抑癌基因产物的相互作用，并提出每种生长调节基因通过反馈机制调节其他基因的概念。

    DNA肿瘤病毒的癌基因蛋白质灭活Rb和p53抑癌基因蛋白质

    多种DNA肿瘤病毒基因编码的蛋白质可结合和（或）灭活宿主的抑癌基因蛋白质Rb和P53，导致细胞分裂和增殖失控：如猿猴40（SV40）病毒的大T抗原、腺病毒的E1A和E1B及乳头状瘤病毒的E6和E7等基因蛋白质，它们的转化作用都是通过干扰Rb和P53的活性而使细胞周期的调节改变所致。

    mdn2及p53自家调节反馈途径

    mdn2癌基因编码的一种相对分子质量为90000-95000蛋白质，能与p53形成复合物，抑制其反式激活功能，故mdn2能抑制野生型p53的抑制转化能力，导致细胞转化。

    P53蛋白质在转录水平上正调节mdn2基因，促进其转录，而mdn2蛋白质相反能结合和灭活P53蛋白质，形成自我调节反馈途径。反馈途径的异常改变，如mdn2的扩增或mdn2的活性改变，都会引起细胞生长的失控。在人的软组织肉瘤、乳腺癌及胶质曾发现mdn2的过度表达，支持mdn2的扩增，灭活P53而导致细胞转化。

    c-myc和Rb的复合作用

    c-myc癌基因蛋白质可结合Rb蛋白质C-端的35个氨基酸，并与SV40大T抗原、腺病毒E1A及乳头状瘤病毒E7等蛋白质相竞争，表明它们结合Rb的重叠区域，且在病毒进化中是保守的。在Rb磷酸化时，E2F转录因子被释放，可使c-myc活化，于是穹与Rb结合。而Rb磷酸化不足时，结合E2F，阻止c-myc在G₁期的表达。这种相互作用的效应类似于mdm2及p53的自我反馈调节环。

    Waf1/cip1抑癌基因调节Cdks（依赖周期素的蛋白质激酶）

    Waf1/cip1基因编码的一种相对分子质量为21000蛋白质（P21），是细胞周期的阴性调节因素。它能结合和灭活周期素和CdKs复合物，阻止细甩周期的进行，许多前癌基因蛋白质和抑癌基因蛋白质（如P53和Rb）都能被CdKs磷酸化。Rb蛋白质被CdKs磷酸化而失活，失去抑制肿瘤的能力。Waf1/cip1蛋白质通过抑制CdKs的活性而抑制Rb的磷酸化，从而对生长停顿起作用。p53正调节Waf1/cip1，p53的失活可导致Waf1/cip1表达的缺失，使CdKs的活性失控，从而导致细胞周期的失控。

    NF1抑癌基因民ras癌基因的相互作用

    NF1基因蛋白质对ras蛋白质呈类似于GAP(GTP酶活化蛋白质)的特性，能促进GTP酶的活性。

    从研究癌基因与抑癌基因的相互作用中，已获得相当多对转化的分子基础的了解。细胞的生长是推动细胞周期进行的基因产物与抑制其进行的基因产物之间微妙平衡的结果。任何一种产生的异常表达，如一种癌基因基因的过度表达，或一种抑制癌基因的失活，都可能导致细胞生长的失控。癌的生成是一个涉及多种癌基因活化和抑癌基因失活的多步骤累积变化的过程。当对调节癌基因和抑癌基因的知识增多时，用药物或基因治疗干预的可能怀也将增加。应用病毒基因载体来替代抑癌基因的功能，或在不能外科切除的癌肿瘤患者中表达癌基因的反义构件以使肿瘤消退或抑制，并可与全身化相结合，从而延长患者的生命。更多地研究基因和抑癌基因的相到作用，对合理发展新癌症治疗策略至关重要。