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编号:10213369
DCC基因与大肠癌研究进展
http://www.100md.com 《中国现代医学杂志》 2000年第4期
     作者:徐美东 姚礼庆

    单位:上海医科大学附属中山医院普外科 200032

    关键词:

    中国现代医学杂志000414 大肠癌的发生发展是一个涉及多种基因改变和多阶段致癌的复杂过程,包括癌基因的激活、抑癌基因的失活和缺如、错配修复基因的突变等等。其中抑癌基因的异常在大肠癌的发生发展中起重要作用,其失活或缺失可导致细胞去调节性生长和克隆性扩张及获得浸润或转移潜能[1,2]。结直肠癌缺失基因(Deleted in Colorectal Carcinoma,DCC)作为90年代发现的肿瘤抑制基因,其与大肠癌的相关性研究正在不断深入,现将其研究进展综述如下。

    1 DCC基因和DCC蛋白

    1.1 DCC基因结构及功能
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    DCC基因是Fearon[2]等研究结直肠肿瘤于1990年首先确定并命名的,定位于人染色体18q21.3。据Vogelstein[1]等报道,结直肠癌染色体缺失最常发生在17p和18q,发生率均在70%以上,其中17p等位基因缺失丢掉了p53基因,那么18q缺失是否意味着因此也丢掉了一种抑癌基因?一般18q缺失部位在18q21-qter,Fearon[2]等用探针p15~65作Southern杂交将其准确定位于18q21.3,在这部位进行cDNA克隆并筛选,对所筛选克隆进行序列分析,发现所有克隆均包含一转录体的重叠部分,该转录体内有单一开放阅读框架,于是把编码这一转录体的基因称作DCC基因。最初报告该基因全长300~400 kb,至少含有28个外显子。Cho[3]等从基因文库中分离出含所有已知编码序列的噬菌体克隆,克隆出其完整cDNA全长1.4 Mb,含转录起始部位、信号肽及编码跨膜蛋白的基因位点,同时证实了DCC基因第29个外显子的存在,确定了每个内外显子的边界序列。
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    Tanaka[4]等利用细胞显微注射技术把含有正常DCC基因的18号染色体导入到DCC,表达明显减少,并且有一个等位基因丢失的CokFU和SW480结肠癌细胞株中,则这些细胞恢复了DCC的表达能力,细胞形态发生了明显变化,从梭型变成扁平型,且在体外能有效抑制肿瘤细胞的生长速度、集落形成及裸鼠体内的致瘤能力。Narayanan[5]等选择自然转化可能性很低的Rat-1纤维母细胞,将构建的DCC基因特异反义RNA转导入其中后,细胞生长速度明显加快,呈非锚定性生长,并在裸鼠模型中可诱发癌变。Klingelhutz[6]等把DCC基因导入已有恶性转化的上皮细胞,则可逆转其恶性表现。这些均在细胞分子生物学水平上证实了DCC基因的肿瘤抑制作用。

    1.2 DCC蛋白结构及功能

    DCC基因编码的蛋白质是跨膜蛋白,由1447个氨基酸组成,分子量为190 kD。起始氨基酸为蛋氨酸,接着的25个氨基酸具有膜相关蛋白信号序列典型的疏水成份,续后的氨基酸序列含有6个与免疫球蛋白C2功能区样同源的区域,以及4个纤维连接蛋白Ⅲ型样重复结构,与神经细胞粘附分子(N-CAM)及其它相关细胞表面糖白的氨基酸序列相似,具有同源性[3,7,8]。Keino-Masu[9]等研究发现DCC蛋白可能是一种介导神经轴突发育的Netrin-1受体或受体的一部分。DCC蛋白在绝大多数正常上皮细胞组织中均能表达,在脑组织中表达最丰富,结肠粘膜次之。但在肿瘤组织包括大肠癌、食管癌、胃癌、子宫内膜癌、卵巢癌、前列腺癌及神经母细胞瘤中表达明显减少或缺失均有报道[7,10]
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    最近Mehlen[11]等研究表明,DCC基因表达产物(即DCC蛋白)在配体缺乏环境中,如转移或肿瘤生长速度超出局部血供时,具有肿瘤抑制蛋白的功能,可以诱导细胞凋亡,但在配体Netrin-1存在时,DCC蛋白则具有抗细胞凋亡作用,这说明依赖性受体,特别是DCC蛋白,可以作为肿瘤转移或局部浸润性生长的抑制因子,而DCC功能的丧失可以增加配体缺乏环境中的细胞生存。

    2 DCC基因失活机制

    抑癌基因的作用方式是隐性的,单个等位基因缺失时,另一相应基因能维持细胞的正常表型,所以必须其两个等位基因均失活,才能导致该基因的功能丧失,显示其促癌作用[8]。Knudson“二次打击”模式可以用于解释DCC基因在结直肠癌发生发展中的作用。DCC基因失活的分子生物学基础与等位基因缺失、插入、点突变以及基因甲基化有关[2]。具体失活机制可以是来自亲代的两条野生型等位基因先后发现突变或缺失,也可是细胞时一个野生型等位基因缺失,而留存一个发生突变的等位基因。DCC等位基因的纯合缺失仅见少数报道[2],多数研究表明,DCC等位基因的杂合性丢失(Loss Of Heterozygosity,LOH)发生率较高,一般在66%~75%之间[2,12,13],仅有个别不到20%的报道[8]。对留存等位基因的遗传学分析,发现少数突变存在过去有过报道[2],但不能全部解释DCC蛋白的缺失。新近Kong[14]等利用PCR/RT-PCR SSCP分析神经母细胞瘤DCC基因区的29个外显子中的25个,发现4种误义突变和1种无义突变,即1例出现176密码子AAC→AGC突变、2例出现1105密码子ACC→ATC突变、大部分细胞株及肿瘤组织的201密码子有CGA→GGA突变以及951密码子有TTT→TTG突变,9例出现118密码子GAG→GAA的无义突变。Schmitt[8]等研究表明DCC基因第3外显子的201密码突变为CGA→GGA,且与DCC蛋白表达缺失密切相关。同时发现,3例大肠癌病人有2例其外周淋巴细胞的DCC基因为纯合野生型201密码子,而癌旁正常大肠粘膜已是1个野生型对1个突变型的杂合子,癌组织则2个野生型密码均已丢失,这就提示第一个野生型201密码丢失是正常粘膜恶性转化前的改变,而在恶性转化过程中又丢失了另一个野生型201密码子。这对DCC基因失活与大肠癌发生的关系很有意义,但更为全面和具体的机制有待于进一步研究。
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    3 DCC基因失活与大肠癌

    3.1 DCC基因失活与大肠癌的早期诊断

    Vogelstein[1]等报道,在结直肠粘膜上皮由正常转化为上皮增生和腺瘤,并演进到癌变的过程中,有47%的进展期腺瘤(腺体或细胞呈中、重度不典型增生)和73%的结直肠癌细胞中可检出染色体18q有LOH,但在早中期腺瘤(<1.0 cm)很少见。而在90%的有18qLOH的病人中,缺失区包含了DCC基因位点[4,8]。Hedrick[7]等研究表明,在增殖性息肉上皮细胞DCC蛋白表达十分明显,而在被认为是结直肠癌前体的具有不典型增生的晚期腺瘤,未见有明显的DCC表达。而Goi[10]等用Western blotting法检测结肠癌、癌旁组织及腺瘤中的DCC蛋白表达情况,则发现癌组织中DCC蛋白明显减少或缺失,在腺瘤组织中DCC蛋白有明显表达,与正常组织几乎相同,提示DCC基因缺失或失活是结肠腺瘤向癌转变的一个促发因素。最近,Saito[15]等用单克隆抗体mAbDCC127-22进行免疫组化研究,发现癌旁正常组织中有很强的DCC表达,腺瘤中表达减少,而癌组织中表达更少或缺失。说明DCC基因失活发生在腺瘤向癌变进展过程中,是癌变的早期变化。当大肠腺瘤中出现DCC基因失活时预示着癌变,对大肠癌早期诊断和治疗很有价值。
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    3.2 DCC基因失活与大肠癌的转移和复发

    多数研究表明,DCC基因失活程度与大肠癌的浸润程度及转移成正相关。Itoh[16]等在测定DCC基因的mRNA表达时发现,DCC基因的mRNA表达缺失或降低程度在大肠癌晚期重于早期,伴有肝转移者,发生DCC表达缺失频率更多,Kato[13]等在对伴肝转移的大肠癌病人的DCC基因缺失和Ki-ras基因突变的对比研究中,也发现DCC基因LOH可作为判断大肠癌潜在肝转移的可靠指标。Ookawa[12]等对55例结直肠癌肝转移灶、40例原发癌检查发现,在肝转移癌中DCC基因的LOH或重排达100%,原发灶中分别为59%和75%,且发现在同一患者的原发癌中无18q的LOH或重排,而转移癌中有。最近,Goi[10]和Saito[15]等采用免疫组化的方法检测大肠癌DCC蛋白表达情况,结果表明,伴有肝转移或有局部血管浸润组,DCC蛋白表达明显减少或缺失显著低于无转移或无浸润组。这些均说明 DCC基因在远处转移潜能的获得中起重要作用。亦有少数报道不支持这个观点,Shibata[17]等采用Western blotting法检测大肠癌中DCC蛋白的表达情况时,发现DCC蛋白的表达与否和肝转移没有相关性。Gotley[18]等在对DCC基因的mRNA表达水平进行测定时,认为DCC mRNA缺失或降低与潜在的淋巴结转移密切相关。Saito[15]等的研究同时也发现,DCC蛋白表达阴性的Ⅱ期或Ⅲ期大肠癌组的复发率显著高于DCC蛋白表达阳性组,表明DCC基因失活程度与大肠的复发亦成正相关。
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    3.3 DCC基因失活与大肠癌的进展和预后

    关于DCC基因失活与大肠癌进展及预后的关系是近期争论的焦点。多数研究认为DCC基因失活及DCC蛋白表达降低或缺失与大肠癌的进展及预后密切相关,以不同的检测方法,包括对DCC基因的LOH率、DCCmRNA及DCC蛋白表达缺失率的测定,均得到验证[8,10,12,15,16]。Jen[19]等研究表明,18q的LOH对Ⅱ期大肠癌病人有显著的预后价值,18q有LOH的Ⅱ期大肠癌病人预后与Ⅲ期一样差,而18q无LOH的,其5年生存率接近Ⅰ期的病人;但Ⅲ期的病人18q的LOH对预后没有影响。DCC蛋白表达缺失的Ⅱ期和Ⅲ期 大肠癌病人5年生存率明显减少,其中Ⅱ期病人DCC蛋白阳性者为94.3%,阴性者为61.6%;Ⅲ期阳性者为59.3%,阴性者为33.2%,均有显著性差异。说明DCC基因产物表达缺失是Ⅱ期和Ⅲ期大肠癌病人的一个独立的预后指标,特别是对Ⅱ期病人,对其是否需要采取辅助化疗具有重要指导意义。但Carethers等[20]在对70例Ⅱ期大肠癌病人18q的LOH情况进行测定时,结果发现是否有18q LOH与病人生存率无显著差别。而Martínel-López[21]等用“微卫星标记”测定18q21区的LOH,认为18q21区LOH可以作为Ⅱ期大肠癌病人的预后因子,但伴主要角色的是DPC4的LOH而非DCC。最近Saito[15]等的研究表明,随着大肠癌病期的进展,DCC蛋白阳性率则由66.7%逐渐降至20%,其中DCC蛋白阳性者5年生存率为91.0%,阴性者为58.8%,有显著性差异,并且运用Cox回归模型进行多变量分析,认为DCC蛋白的表达可以作为一个独立的预后因素。Sun[22]等则认为,仅在二倍体或低S期分数(SPF)的大肠癌中DCC蛋白表达缺失具有预后价值,提示DCC蛋白表达缺失只在大肠癌TNM分期早期(细胞为二倍体或复制较慢)有预后意义。总之,DCC基因失活及DCC蛋白表达缺失是否可以作为一个独立的预后因素用于指导临床治疗工作。尚需要进一步的临床及实验研究验证。
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    DCC基因是目前发现的最长的人肿瘤抑制基因,尤其在结直肠肿瘤的发生发展中具有重要意义,其失活和表达异常与大肠癌的诊断、治疗、转移及预后关系密切。但DCC基因的失活机制、DCC蛋白的功能及其诱导细胞分化的机制还有待于进一步探索。

    参 考 文 献

    1,Vogelstein B,Fearon ER,Hamilto SR,et al.Genetic alterations during Colorectal tumor devdlopment.N Engl J Med,1988;319:525~530

    2,Fearon ER,Cho KR,Nigro JM.Identification of a chromosome 18q gene that is altered in colorectal cancers.Science,1990;247:49~56
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    3,Cho KR,Oliner JD,Simons JW,et al.The DCC gene:structural analysis and mutations in colorectal carcinomas.Genomics,1994;19:525~531

    4,Tanaka K,Oshimura M,Kikuchi R,et al.Suppression of tumorigenesity in human colon carcioma cells by introduction of normal chromosome5 or 18.Nature,1991;349:340~342

    5,Narayanan R,Lawlor KG,Schaapveld RQJ,et al.Antisense RNA to the putative tumor suppressor gene DCC transforms Rat-1 fibrosis.Oncogene,1992;7:553~561
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    6,Klingelhutz AZ,Hedrick L,Cho KR,et al.The DCC gene suppresses the malignant phenotype of transformed human epithelial cells.Oncogene,1995;10:1581~1586

    7,Hedrick L,Cho KR,Fdaron ER,et al.The DCC gene product in cellular differetiation and colorectal tumorigenesis.Genes Dev,1994;8:1174~1183

    8,Schmitt CA,Thaler KR,Witting BM,et al.Detection of the DCC gene product in normal and malignant colorectal tissues and its relation to a codon 201 mutation.British Journal of Cancer,1998;77:588~594
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    9,Keino-Masu K,Masu M,Hinck L,et al.Deleted in colorectal cancers(DCC) encodes a netrin receptor.Cell,1996;87:175~185

    10,Goi T,Yamaguchi A,Nakagawara G,et al.Reduced expression of deleted colorectal carcinoma(DCC) protein in established colon cancer.British Journal of Cancer,1998;77:466~471

    11,Mehlen P,Rabizadeh S,Snipas SJ,et al.The DCC gene product induces apoptosis by a mechanism requiring recptor proteolysis.Nature,1998;395:801~804
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    12,Ookawa K,Sakamoto M,Hirohashi S,et al.Concordant p53 and DCC alteration and alletic losses on chromosome 13q and 14q associated with liver metastases of colorectal carcinoma.Int J Cancer,1993;53:382~387

    13,Kato M,Ito Y,Kobayashi S,et al.Detection of the DCC and Ki-ras gene alterations in colorectal carcinoma tissue as prognostic markers for liver metastatic recurrence.Cancer,1996;77:1729~1735

    14,Kong XT,Choi SH,Inoue A,et al.Expression and mutational analysis of DCC DPC4,and MADR2/JV18-1 genes in neuroblastoma.Cancer Res,1997;57:3772~3778
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    15,Saito M,Yamaguchi A,Goi T,et al.Expression of DCC Protein in colorectal tumors and its relationship to tumor progression and metastasis.Oncology,1999;56:134~141

    16,Itoh F,Hinoda Y,Ohe M,et al.Decreased expression of DCC mRNA in human colorectal cancer.Int J Cancer,1993;53:260~263

    17,Shibata D,Michael AR,Lavin P,et al.The DCC Protein and prognosis in colorectal cancer.New Engl J Med,1996;335:1727~1732
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    18,Gotley DC Reeder JA,Fawcett J,et al.The deleted in colon cancer(DCC) gene is consistently expressed in colorectal cancers and metastases.Oncogene,1996;13:787~561

    19,Jen J,Kim H,Piantadois S,et al.Allelic loss of chromosome 18q and prognosis in colorectal cancer.N Engl J Med,1994;331:312~221

    20,Carethers JM,Hawn MT,Greenson JK,et al.Prognostic significance of allelic loss at chromosome 18q21 for stage Ⅱ colorectal cancer.Gastroenterology,1998;114:1188~1195
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    21,Martínel-López E,Abad A,Monzó M,et al.Allelic loss on chromosome 18q as a prognostic marer in stage Ⅱ colorectal cancer.Gastroenterology,1998;114:1180~1187

    22,Sun XF,Sabine R,Zhang H,et al.Expression of the deleted in colorectal cancer gene is related to prognosis in DNA diploid and low proliferative colorectal adenocarcinoma.Journal of Clinical Oncology,1999;17:1745~1750

    收稿2000-01-28, 百拇医药