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编号:10264317
基因表达与肿瘤细胞凋亡、耐药性和转移潜能
http://www.100md.com 《放射学实践》 1999年第4期
     作者:肖恩华 胡国栋

    单位:430030 武汉,同济医科大学附属同济医院放射科

    关键词:

    放射学实践990426 肿瘤细胞凋亡、耐药性和转移潜能与肿瘤的临床治疗、患者的预后密切相关。它们受一系列基因表达的调控,基因表达的增减决定着肿瘤细胞凋亡与增殖的比例,对药物化疗是否敏感以及对转移潜能的高低。因此,要评价介入治疗对肿瘤细胞凋亡、耐药性和转移潜能的影响,可从研究介入治疗对相关基因表达的影响入手。本文就相关基因表达与肿瘤细胞凋亡、耐药性和转移潜能的关系做一综述。

    基因正常和异常表达[1]

    基因(gene)是指一段DNA顺序,其编码的蛋白质可产生或影响某种表型。原癌基因(protooncogene)指一类能控制细胞生长的基因,正常情况下,其表达受到严密调控,只能调控细胞增殖,不具致癌活性。在一些因素刺激下,通过基因突变、基因扩增、基因重排、基因修饰等途径,激活原癌基因,使之具有致癌活性。抑癌基因(tumor suppressor gene)又称抗癌基因(anti-oncogene)是一类可抑制细胞生长并具有潜在抑癌作用的基因。但当发生点突变、基因缺失或异常表达时,可促进肿瘤的发生发展。肿瘤转移抑制基因是一类特殊类型的抑癌基因,与肿瘤转移有关。基因均通过其表达蛋白而发挥作用。
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    基因表达与细胞凋亡

    细胞凋亡(apoptosis)是不同于细胞坏死的另一种细胞死亡方式[2],亦即所谓“程序性死亡”是由基因调控的细胞主动消亡的过程,有许多基因参与这一过程。

    P53基因 是一种抑癌基因,编码相对分子质量为53000的核磷酸蛋白。野生型P53是细胞生长的负调节基因,当细胞DNA受损时,使细胞生长停止于G1期,待DNA损伤被修复后再进入细胞周期,如果修复不成,则启动细胞凋亡消除受损细胞。突变型P53则丧失这种监控能力,在DNA受损情况下,抑制凋亡,促使细胞异常增殖,导致肿瘤预后差[3,4]。突变型P53较野生型稳定,存在时间长,用免疫组化或其他方法检测到的常是突变型P53蛋白,或是野生型和mdm2结合的蛋白[5]

    ras基因 是一种原癌基因,编码相对分子质量为21000的蛋白质,当被激活时,表达增高,抑制凋亡发生,促进细胞增殖。免疫组化可同时检测到其突变型和野生型表达蛋白,需进一步行mRNA水平检测才能鉴别[6]
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    Bcl-基因家族 属原癌基因,包括促进细胞凋亡的基因,如Bax、Bad、Bak、Bclxs等,以及抑制细胞凋亡的基因,如bcl-2、bcl-xl、Mcl-1、AL和Bag。Bax可形成同聚体(Bax/Bax),促进细胞凋亡;也可与Bcl-2形成杂二聚体(Bax/Bcl-2),二者的比值影响细胞凋亡率。Bcl-2丝氨酸-70的部位磷酸化可使其灭活,细胞凋亡增加[7]

    c-myc基因 属原癌基因,它编码的蛋白质本身是一种转录调节因子,具有双重作用,存在某些生长因子(如胰岛素生长因子-1、IL-2等)促进细胞增殖,不存在生长因子时,促进细胞凋亡[8]

    Fas基因 属原癌基因,编码一种细胞表面的跨膜蛋白质即Fas抗原(又称死亡受体,APO-1,CD95)与其配体结合,促进细胞凋亡[9]

    其他原癌基因 如c-fos,c-jun,c-erb B2,IGF-Ⅱ等,抑癌基因如Rb基因,P16基因,直接或间接地参与调节细胞凋亡。
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    基因表达与肿瘤耐药性

    肿瘤耐药性,尤其是多药耐药性(multiple drug resistance,MDR)是成功化疗的主要障碍之一,MDR是指癌细胞对许多结构不相关的化疗药物交叉抵抗的现象,与多种基因表达有关。

    多药耐药基因 主要与MDR1基因有关,它编码一种相对分子质量为170000的跨膜糖蛋白即P-糖蛋白,MDR1过表达,P-糖蛋白增高是引起MDR的主要原因之一,引起MDR的机制是它作为一种细胞膜ATP依赖外排泵,将带正电荷的药物逆浓度梯度排出,减少细胞内抗癌药物浓度而导致MDR[10]

    多药耐药相关基因 编码多药耐药相关蛋白(multidrug resistance-associated protein,MRP)也是一种跨膜糖蛋白,其相对分子量为190 000,有4种类型,已知MRP1增高是引起MDR的主要原因之一,它也是一种ATP依赖泵,能将带负电荷的药物分子泵出细胞,带正电荷的化疗药则需要与硫酸盐、葡萄糖醛酸,谷胱苷肽等结合,方能排出胞外[11]
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    肺耐药相关基因 编码肺耐药相关蛋白(lung resistance-associated protein,LRP)是一种相对分子量为110 000的穹窿蛋白(vault protein),穹窿是一种细胞器。LRP在缺乏P-糖蛋白的耐药中起作用,具体耐药机制尚不清,可能与穹窿介导药物核浆转运有关,使药物从核到胞浆重新分布而产生耐药。此外还与化疗药被包裹在隔离囊内而不能发挥作用有关[12]

    谷胱苷肽和谷胱苷肽酶基因 分别编码谷胱苷肽(GSH)及谷胱苷肽酶(GST)。GSH可与化疗药结合,从而阻止化疗药作用于肿瘤细胞,GST可催化GSH与化疗药物结合,两者含量增多,能保护肿瘤细胞免受抗癌药的攻击而产生耐药[13]

    凋亡相关基因 许多抗癌药是通过诱导细胞凋亡发挥抗肿瘤作用,从这个意义上讲,凋亡抑制则可导致耐药,促进凋亡则增加药敏。MDR1基因的启动子是P53与Ras基因的反作用靶分子,野生型P53能抑制MDR1基因表达,使P-糖蛋白减少,突变型P53增强MDR1基因表达使P-糖蛋白增多,而且野生型P53本身可启动凋亡机制,又正调节Bax基因、负调节Bcl-2基因,保持细胞对凋亡刺激的敏感性[14]。此外,其他与凋亡相关的基因也不同程度地与耐药有关。
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    DNA拓扑异构酶基因 编码DNA拓扑异构酶(topo),它是许多化疗药的作用靶点。通过它,化疗药与DNA形成所谓的“可分割复合物”,该基因表达下降,或活性下降,可分割复合物形成减少而产生耐药性[15]。许多化疗是通过这种DNA损伤而达到抗肿瘤目的,如果防止DNA损伤或促成DNA修复的基因过表达,也可表现为不同程度耐药。

    基因表达与肿瘤转移潜能

    肿瘤转移是癌症患者死亡的主要原因之一,肿瘤细胞从原发灶脱离,侵袭基底膜、经血管或淋巴管到达他处形成转移灶,是一个多基因参与的复杂过程。

    nm23基因 是一个肿瘤转移抑制基因,已克隆的基因有二个即nm23-H1,nm23-H2,分别编码二磷酸核苷激酶(NDPK)的A、B两个亚单位,相对分子量分别为19000和17000,它通过影响细胞内微管、微丝等细胞骨架系统的聚合/解聚和G蛋白介导的信号传导,参与细胞周期的调控,调节癌细胞的转移潜能。mn23-H1与转移潜能关系更密切。不同种类的肿瘤mn23基因对转移潜能的影响似乎不同,在结直肠癌、乳腺癌、肝癌、恶性黑色素瘤、食管癌、膀胱癌、卵巢癌等肿瘤中,nm23表达与转移潜能呈负相关,高表达,转移少,生存期长。但在神经母细胞瘤、胰腺癌、淋巴瘤、白血病,nm23高表达与肿瘤转移程度呈正相关[16],当nm23基因突变或等位基因缺失,则不表达或低表达,用免疫组化等常不能检测到蛋白质。
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    ras基因家族 有H-ras、K-ras和N-ras三个相关基因,但编码的蛋白质一样,都具有GTP(三磷酸鸟苷)水解酶的活性,ras/P21与GTP结合为活性形式,与GDP(二磷酸鸟苷)结合为无活性形式。ras/P2l通过多种途径影响肿瘤的转移潜能,如影响细胞表面粘附分子和基质溶解蛋白酶的表达,促进肿瘤细胞与基质的粘附和基质成分的降解,并可使血管内皮生长因子表达增加,促进肿瘤血管形成,促进肿瘤细胞生长。ras突变型比野生型更影响肿瘤的转移潜能[17,19]

    P53基因 有研究显示P53可调节thrombospondin-1(一种血管生成抑制剂),可抑制血管生成,P53突变后还可诱导血管内皮生长因子表达。但也有研究显示P53基因表达与血管生成无显著性相关[18]。P53基因调节细胞分化和凋亡的平衡,并调节细胞周期,突变型P53与DNA异倍体形成相关,与侵袭转移也密切相关,野生型P53患者较突变型患者中位生存期长[3,4]
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    金属蛋白酶基因和金属蛋白酶组织抑制基因 分别编码金属蛋白酶(MMP)和金属蛋白酶组织抑制剂(TIMP)。MMP可分为基质降解酶,Ⅳ型胶原酶,间质胶原酶等,均以酶原的形式分泌,通过ras基因激活,降解基质的主要成分如Ⅳ型胶原、层粘连蛋白、纤维连接蛋白等,促进肿瘤浸润转移,而TIMP则抑制MMP对基底膜及基质成分的降解,抑制肿瘤的浸润转移[19,24]

    细胞粘附分子基因 表达的细胞粘附分子包括钙粘蛋白、选择素、免疫球蛋白超基因家族、整合素及CD44。钙粘蛋白(cadherin)包括E-cad、P-cad、N-cad三类,最近又发现了许多新的类型如H-cad等,结构上包括三部分,胞内区与连环蛋白(Catenins)(细胞骨架蛋白)相互作用,胞外区以Ca依赖方式与邻近细胞相互作用,还有跨膜区。E-cad,catenins与肌动蛋白等构成粘附连接,钙粘蛋白表达增高,癌细胞间连结紧密,使癌细胞不易脱落转移。选择素(selectin)在决定转移的癌细胞识别靶器官的过程中发挥作用。免疫球蛋白超基因家族包括CEA、DCC、ICAM-1、ICAM-2、ICAM-3、PECAM等,均与肿瘤侵袭转移相关。CEA即癌胚抗原,有作者发现它能增强低侵袭能力细胞的侵袭能力。DCC是一种肿瘤抑制基因,它的缺失可导致肿瘤侵袭能力增强。ICAM-1即细胞间粘附分子-1,随肿瘤的进展可表达升高,高浓度的ICAM-1又可抑制宿主的免疫反应。整合素(integrin)是一组二价阳离子依赖性的细胞表面糖蛋白,介导细胞之间,细胞与基质之间的粘附反应。在细胞生长、分化、连接和维持极性方面起重要作用。在进展期肿瘤常表达下降。CD44是一种跨膜透明酸质受体,介导细胞与透明质酸粘附并调节细胞的移动能力,其变异体如CD44V6等在肿瘤的生长和转移中作用更大[20,21,22]
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    血管内皮生长因子基因 编码血管内皮生长因子(VEGF),促进肿瘤血管内皮细胞的增殖和迁移,形成新的肿瘤血管,促进肿瘤的生长和转移[23]

    层粘连蛋白基因、纤维连接蛋白基因、胶原蛋白基因 编码相应的蛋白质,为基底膜的主要成分,可诱导癌细胞与基底膜的粘附,癌细胞与基质的粘附,是癌细胞浸润转移所必须的。从这一角度上讲,这些蛋白表达减少可抑制肿瘤转移,而且这些蛋白质表达减少使癌细胞赖以生存的环境破坏,癌细胞生长受影响。癌细胞浸润转移又常导致这些蛋白质的溶解[24]

    总之,肿瘤细胞凋亡、耐药性、转移潜能的基因调控是相当复杂的过程,各基因之间又存在相互影响,从基因水平研究治疗对肿癌生物学行为的影响,有助于从深层次了解介入治疗的作用机制,客观评价介入治疗的效果。

    作者简介:肖恩华 博士研究生,现广州中山医科大学肿瘤医院肝胆科博士后(510060)
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    参考文献

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    (1999-01-25 收稿), 百拇医药