肿瘤的最新基因研究

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关。Virgilio等用 southern 杂交和免疫荧光杂交技术对 26个头颈部 鳞状细胞癌细胞株进行研究, 结果表明一半以上的头颈部肿瘤患者存 在FHIT基因的异常转录。Otterson等认为,EB病毒致癌的途径可能是病 毒整合到FAR3B区域, 而FHIT 包含了FAR3B 区域, 故推测 EBV 致癌 可能主要通过FHIT基因的改变。FHIT基因的改变主要表现为异常转录, 但研究发现并不是所有的异常转录都会导致基因异常, 其具体作用机 制及预测癌变发生的价值还有待进一步研究。Pavelic等用分子基因和 免疫组化方法研究了FHIT的缺失和头颈部鳞癌及肺癌的关系, 结果表 明, 头颈部鳞癌和肺癌患者FHIT缺失, 并有细胞增生和 p21waf1的阴 性表达,同时FHIT蛋白阳性肺癌患者的平均生存率明显高于阴性的患 者。Kisielewski等通过RT-PCR对29个头颈癌组织块 和9个头颈癌细胞系FHIT基因的转录产物进行研究表明, 7∕9的肿瘤细 胞系在蛋白水平上表现出FHIT 表达异常。 Gonzalez用免疫组化方法检测了口腔鳞癌和邻近的正常鳞 状上皮中FHIT蛋白的表达, 发现正常鳞状上皮组织中 J,KF 蛋白的表达为强阳性,FHIT蛋白的表达水平只在恶性肿瘤的 细胞中缺失或降低。大量研究表明, 检测肿瘤基因标记物有助于早期 诊断及治疗头颈部肿瘤, 提高肿瘤患者的生存率。尽管目前还没有公 认的、 明确的肿瘤基因标记物, 但随着分子生物学的进展,肿瘤基因 标记物在头颈部肿瘤诊断和治疗中的作用将越来越重要, 为人类最终 攻克癌症做出贡献。 p53; 抑癌基因; 肿瘤免疫 p53是迄今被发现的与肿瘤发生、 发展关系最为密切的抑癌基 因, p53基因的突变见于人类50%以上的肿瘤[1]。正常的p53蛋白通 过诱导细胞周期阻滞和细胞凋亡等途径对细胞增殖发挥负调控作用, 并 促进细胞分化, 同时p53对于维持遗传物质的稳定性发挥极其重要的作 用。由于点突变、 基因片段缺失和p53蛋白失活等导致的p53功能缺陷, 可以通过多种分子机制引起细胞过度增殖和遗传物质的改变, 以及逃避 机体对癌变细胞的免疫监控作用, 最终导致肿瘤的发生[2]。同时, 在 肿瘤细胞中异常表达的p53, 尤其是突变型p53蛋白可以诱导机体产生细 胞和体液免疫反应[3]。因此, 通过检测p53基因结构和功能的改变, 以及体内p53特异性T细胞的活化和抗体产生, 可以为肿瘤的早期诊断提 供依据, 而p53抗原肽或野生型p53的应用, 将有助于激发抗肿瘤免疫反 应和纠正肿瘤细胞的恶性表型, 从而为肿瘤的免疫治疗带来新的希望。
1.原癌基因 原癌基因是存在于正常细胞内的基因, 是人类细胞遗传密码的一部 分, 编码生长因子、 生长因子受体及蛋白激酶 (尤其是络氨酸激 酶) , GTP结合蛋白、 核内蛋白质 (一般是DNA结合蛋白) 、 甲状 腺素/类固醇激素受体等, 可调控细胞生长、增殖和分化。原癌基因由 于基因突变、 扩增和重组等因素被激活后, 就可导致细胞具有恶性转 化的能力, 转变为癌基因。现已发现多种癌基因与头颈部肿瘤有关, 有关ras、c-myc和bcl-2等的研究已很多, 在此就不赘述, 仅将近年 研究的一些新热点作一综述。 1.1 真核生物蛋白合成始动因子4E 真核生物蛋白合成始 动因子4E(protein eukaryotic initiation factor,) 被认为是原 癌基因及有价值的肿瘤标志。在蛋白质翻译的初始阶段,elf4E参与从 “mRNAs 池” 中选择某一mRNAs与其5'三磷酸 7-甲基鸟苷 (m 7Gppp) 帽子结合, 形成起始复合体, 使蛋白质合成得以进行。当 elf4E较高表达时, 包含长的 G-C丰富的5'非翻译区 (5'UTRs) 的 “weak mRNAs” 被较好的表达, 此类“weak mRNAs” 包括原癌基 因、 生长因子、 生长促进因子等,其基因产物中重要的有调节细胞周 期的蛋白质、DNA包装蛋白、 血管内皮生长因子等, 可使细胞生长加 速, 并产生形态上的改变。elf4E再进一步增加, 使控制细胞周期的 关键因子不成比例的增加, 细胞可能经历畸形有丝分裂和 (或) 凋 亡,导致基因不稳定, 并导致细胞癌变。 1.2转录信号传导子与激活子 转录信号传导子与激活子 (signal transducers and activators of transcription,Stats) 是一组具有高度同源性的、 影响细胞增殖、 分化、 凋亡的一组潜在 转录因子, 有超过40种的细胞外肽物质可与细胞表面的特异性受体结 合, 从而引发细胞浆中Stats活化, 介导多种细胞因子和生长因子的 信号向细胞核传导。迄今为止, 在哺乳动物 中发现Stats家族包括 7个成员, 即Stat1- Stat4、Stat5A、Stat5B、 Stat6。目前研究较多的是Stat3和Stat5。Stats在头颈部肿瘤中的研究 仅是开端。Leong等研究了头颈部鳞癌中Stat5的表达及其与 EGFR和 TGFα 的关系, 结果显示Stat5 有2种亚型即Stat5a和Stat5b, 与正 常组织相比表达明显增多, 并且EGFR和TGFα引起表皮增生依赖于 Stat5b 的激活而不是Stat5a。Madusa 等在研究应用维生素 A、5-FU 和放疗(FAR) 联合治疗头颈部鳞癌时发现在鳞癌细胞中Stat3处于激 活状态, 抑制其活性可以提高FAR的治疗效果。 2抑癌基因
方面, p53作为转录因子, 可以直接启动免疫细胞中一些基因的表达, 从 而对这些细胞的增殖和功能发挥调节作用。 2.1 p53蛋白的免疫原性 在正常细胞中, 由于Mdm2结合引发 的高效泛素化降解作用, p53蛋白的含量非常低, 而且主要分布于细胞核 中。尽管在T淋巴细胞发育的阴性选择过程中, 胸腺中表达的p53蛋白可 以介导p53反应性CD8+ T细胞的克隆删除, 但由于p53表达和暴露有限, 加之p53蛋白通常并不呈现在一些实质组织细胞表面, 因此这种删除是 不彻底的。在肿瘤细胞中, 由于野生型或者突变型p53的过量表达, 尤其 是在细胞质中浓度的增加, 使少量坏死肿瘤细胞释放的p53能够被抗原 提呈细胞摄取、 加工并提呈给T细胞, 使p53特异性T细胞活化, 激发机 体抗肿瘤免疫反应。研究显示, 来源于野生型和突变型p53蛋白的特定 肽段均可以诱导正常或荷瘤小鼠体内MHC II限制的CD4+ T细胞活化, 而 包含突变氨基酸残基的肽段通常显示出更强的诱导T细胞活化的能力。 在肿瘤发生、 发展的不同阶段, 活化的p53特异性CD4+ T细胞可以分泌 IL2、 IFNγ等Th1类细胞因子, 进一步激发抗肿瘤免疫反应, 也可能 产生IL4、 IL5、 IL10等Th2类细胞因子, 介导免疫耐受, 从而产生 完全不同的效应。但只有在少数情况下, 这类针对p53的免疫反应可以 有效地抑制肿瘤的生长, 甚至导致肿瘤彻底消失[10]。 除了激发细胞免疫, 野生型和突变型p53蛋白也能够诱导机体产生 自身抗体。Schlichtholz等[11]在30%的乳腺癌患者体内检测到了p53 抗体, 而在结肠癌患者中这个比例约为26%。这些抗体主要针对包含 p53突变位点的抗原肽段。同时, 尽管p53抗体的产生在乳腺癌和一些消 化系肿瘤中似乎与晚期肿瘤以及患者低存活期相关, 但在大多数肿瘤中, 它与肿瘤大小、 分期并没有相关性。 2.2 p53的两类抗原表位 在野生型或者突变型p53蛋白中, 存 在两类抗原表位: 一类为优势表位(dominant epitope), 它们在T细胞 发育的阴性选择阶段或者成熟的外周免疫器官中充分暴露, 被加工提呈 后引起相应T细胞克隆删除或者活性抑制, 使机体对这类抗原产生免疫耐 受。另一类为隐蔽表位(cryptic epitope), 含有这类表位的肽段由于在 发育中的胸腺和正常外周组织中不被充分暴露、 不能被抗原提呈细胞 加工, 或者在与结合相同MHC分子的优势表位的竞争中处于劣势等原因, 不能有效地被提呈给相应的T细胞克隆, 因而不能诱导中枢或者外周免疫 耐受。在特定生理状况下或特定组织(如肿瘤)中, 当这类抗原表位大 量存在或者被有效地加工提呈时, 就可能诱发针对这种抗原的免疫反
1 p53基因及其生物学功能概述 人类p53基因定位于染色体17p13.1, 全长16 000~20 000 bp, 由11 个外显子和10个内含子组成, 编码由393个氨基酸残基组成、 相对分子 质量(Mr)为53 000的蛋白。野生型p53蛋白是一种定位于细胞核中的 转录因子, 其活性形式为四聚体, 自N端起依次为转录活化区、 DNA结 合区、 四聚体化区和C端调节区。p53活性受到磷酸化、 乙酰化等调 节, 第15位和37位丝氨酸的磷酸化, 以及第373和382位赖氨酸的乙酰化 都可以显著提高p53蛋白的转录激活能力[4]。另外, 癌基因产物 Mdm2与p53结合后, 能够诱导后者发生p53发生泛素化降解, 也成为细 胞内p53功能调节的重要方式[5]。当细胞面临DNA损伤、 纺锤丝断 裂、 癌基因异常激活、 缺氧, 细胞内dNTP不足等不利因素时, 在上游 信号分子的作用下, p53表达上调, 或细胞原有的p53通过磷酸化而活化, 使p53的胞质含量、 稳定性及转录活性均显著增加[2, 5]。 活化的p53蛋白通过调控其靶基因的表达以及下游信号传递, 引起 多种生物学效应, 主要包括: (1)细胞周期阻滞。p53活化后, 可以启动 细胞周期负调控相关基因p21waf 1/cip 1, 1433σ和cyclin G等的 转录表达。以p21waf 1/ cip 1为例, 该蛋白可以通过抑制细胞周期素/细 胞周期素依赖性激酶复合体的活化, 使细胞周期停滞于G1期。(2) DNA损伤修复。细胞周期的停滞使损伤的DNA分子有机会得以修复。 在电离辐射的诱导下, p53 蛋白通过与gadd 45基因内含子中一段序列结 合, 上调该基因的表达, 而gadd 45 通过激活cdc 2 基因促进基因组DNA 修复。(3)细胞凋亡。在特定情况下, 如DNA严重损伤或修复失败时, 活化的p53作为转录因子, 可以直接启动细胞凋亡相关基因bax、 gml、 p2xm、 killer/dr 5和pag 608等的表达, 促进细胞凋亡[6, 7]。 p53对于维持细胞、 组织乃至生物个体的功能和代谢具有至关重要 的作用。除了维持细胞基因组的稳定性、 防止癌变外, p53对于糖代 谢、 能量的产生, 以及细胞老化等生理过程都具有重要的调节作用[8, 9]。 2 p53与机体免疫反应 p53与机体免疫系统的功能和免疫反应关系密切, 表现在: 一方面 p53, 尤其是突变型p53可以作为肿瘤相关抗原激发机体免疫反应; 另一
抑癌基因存在于正常细胞中, 具有与癌基因相拮抗的作用, 抑制肿瘤 的形成和生长。抑癌基因失活时, 则会失去对癌基因的监控, 使细胞 异常增殖与分化, 导致肿瘤发生。目前 P27、P16、 FHIT等抑癌基因 与头颈部肿瘤关系正成为新的 研究热点。 2.1 P27 P27 是近年发现的抑癌基因, 它是由 Polyak 和Toyoshima 2个研究小组分别采用反向遗传学途径和酵母相互作用筛 选克隆发现的。它编码的蛋白对cyclin-CDKs具有广泛的抑制活性, 属 于细胞周期抑制蛋白kip类, 与 P27、p57功能相似。P27是进化高度保守的蛋白质, 其氨基酸序列保守 性为90%,P27基因的突变罕见于人类, 仅见个别密码子的多态性表 现。P27蛋白水平在多数肿瘤中均异常下 降。Fan等用免疫组化染色对109例喉鳞癌患者进行了回顾性研究, 结 果表明, 肿瘤的大小、 临床分期和淋巴结转移与 P27的表达有关,P27是预测喉鳞癌预后的有用指标, 并可帮助医生选 择扩大治疗范围的病例。Saegusa等采用免疫组化染色方法检测了鼻窦 肿瘤中P27的表达, 结果P27平均计数从正常到恶性病变依次减少, 各 类型间的计数差别有显著意义, 提示P27表达的降低与鼻窦肿瘤的增殖 有关, 也与鳞癌的角化程度有关, 表明P27对于降低细胞的增殖活性 起着重要的作用。Hager等的研究表明, 在头颈部鳞癌中应用1, 25(OH)2Vit D3 抑制 G0\G1期的转换可以诱导P21和P27 的表达, 从 而控制鳞癌细胞的增殖。这项研究也提示了P27的表达可以抑制细胞的 增殖活性。 2. P16基因全长 8.5KB, 由 3个外显子和 2个内显子 组成。P16又称为细胞周期素依赖性激酶4抑制剂, 其产物 P16蛋白可与cyclinD1 竞争性结合CDK4, 直接作用于cyclinD\Rb\ CDK4的反馈途径, 调节Rb 蛋白磷酸化作用, 从而抑制细胞增殖。初 步的研究表明,P16基因在机体许多部位的肿瘤中有突变, 很可能是在 肿瘤发生过程中起重要作用的肿瘤抑制基因。P16 蛋白缺乏是头颈部鳞 癌中常见的分子异常, 可能是癌变的早期事件, 与其发病机制密切相 关。 3,FHIT 1996年 Ohta等从上皮癌细胞系 3p14.2 区域克隆出的一个候选 基因, 是新的抑癌基因, 在人类多种肿瘤组织或细胞系中, 此基因 呈现高频率的纯合性缺失或异常转录。FHIT功能缺失、 异常可能导致 了细胞生长与生长抑制信 号调控失衡, 从而细胞生长失控形成肿瘤, 它与许多肿瘤的发生有
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