遗传不稳定性与人类肿瘤

文章编号:100021336(2000)0120041202遗传不稳定性与人类肿瘤

丁　一,　童坦君

(北京医科大学生化与分子生物学系,北京100083)

关键词:肿瘤;突变;染色体;基因

中图分类号:Q319+.1 文献标识码:A

收稿日期:1999207206

作者简介:丁一(1963～),男,副教授;童坦君(1934～),男,教授,硕士。

人类在进化历程中,突变可自然发生。保守的估计,自人类与黑猩猩区分的那一刻起,人类每代每个二倍体基因组平均发生4.2个氨基酸的突变(amino 2acid 2altering )。虽然这些突变至少有38%为自然选择所去除,但每代二倍体细胞中每个基因组仍可保留1.6个新突变[1]。已经证实,肿瘤细胞中存在许多生长调控基因(growth 2controlling gene )的突变。这些突变可分为4类:①DNA 序列改变;②染色体数改变;③染色体易位;④基因扩增。这4种突变通常发生于一定类型的肿瘤,在正常细胞中难以见到。但是肿瘤中突变的存在并不说明其遗传不稳定性高于正常细胞。生长调控基因的突变率在正常细胞和肿瘤细胞相同,所不同的是肿瘤细胞周围异常的体液、基质和细胞间相互作用。在这种异常的环境下,具有突变的细胞被选择性克隆扩增,使这些细胞的数量超过其姐妹细胞。而正常细胞的同样突变,由于无克隆扩增,以致为数以万计的无突变的姐妹细胞所掩盖而无法见到。

1.DNA 序列的不稳定性

DNA 序列的不稳定性包括碱基置换和

核苷酸的缺失或插入。这些突变来自DNA 聚合或修复机制的缺陷。肿瘤细胞中尚未发

现与DNA 聚合酶相关的缺陷型,但是两个主

要的修复系统,核苷酸切除修复(nucleotide 2excision repair ,NER )和错配修复(mismatch re 2pair ,M MR )系统的缺陷却多有报道。

很早就在原核细胞中发现了M MR ,但最近才发现M MR 与肿瘤发生相关。M MR 基因超家族属于管家基因(house keeping gene ),它们可查出并纠正DNA 复制及DNA 损伤过程中未配对或错配对的碱基,保证复制和重组的精确性。已发现人类6个M MR 基因;3个为细菌MutS 同源物,hMSH2、hMSH6(G T BP )和hMSH3;3个为细菌MutL 同源物,hM LH1、hPMS 1和hPMS2[2]。近年研究表明,肿瘤细胞的M MR 缺陷与其所表现的微卫星不稳定性(microsatellite instability ,MI )有关。微卫星是遍布人类基因组的短小重复序列,每一重复序列为1～6个bp ,重复次数不超过60次,片段长度通常小于350bp 。M MR 如完全失活,可引起肿瘤病人的MI 表型。比较同样生长状态的M MR 健全型(M MR proficient )和缺陷型(M MR deficient )的大肠癌细胞系,两者的突变率明显不同,M MR 健全型的MI 与正常细胞的相似[3]。

NER 负责修复外源性突变剂引起的突变。具有NER 缺陷的病人易患皮肤癌,紫外线照射引起的人类DNA 损伤可能是由NER 校正的。与M MR 不同的是,NER 的失活不足以引起DNA 序列大量的,与NER 相关的不稳定性(NER 2related instability ,NI )。该不稳定性的产生还需诱变因素紫外线的参与。2.染色体数的不稳定性

在人类恶性肿瘤中以MI 和NI 为代表的

DNA 序列不稳定性比较少见;整个染色体的获得或丢失引起染色体数的变更最为常见。染色体不稳定性(chrom os omal instability ,CI )和MI 之间呈反相关。M MR 缺陷型肿瘤常为2倍体,其CI 发生率属正常水平;而M MR 健全型肿瘤通常为非整倍体,其CI 发生率增高[4]。MI 和CI 均发生于肿瘤的早期。随着肿瘤的

进展,这些不稳定性引发的突变进一步增加。由MI细胞和CI细胞融合产生的杂交体细胞,表现CI而不表现MI。因为CI细胞中的野生型M MR基因互补于MI细胞(含缺陷型M MR),恢复了杂交体细胞的M MR功能[5]。

某几个基因的突变即可导致MI,而CI 则涉及大量基因的变异。这些基因涉及染色体的凝集(condensation)、姐妹染色体粘着(cohesion)、着丝点结构和功能、中心体/微管形成和动力学,以及监测细胞周期正确进行的“检验点”(或关卡,checkpoint)基因等[6]。

引起CI的常见原因有多种:纺锤体组装“检验点”缺陷,该“检验点”保证有丝分裂时染色体在赤道板排列完成后其单体才彻底分开。而有此种缺陷的细胞,在染色体赤道板排列延迟(lagging)情况下仍完成有丝分裂,以致染色体分离异常。其次,在人类CI肿瘤中还检测到人类有丝分裂“检验点”基因结构或表达的异常[7]。再者,DNA损伤“检验点”缺陷亦可引起CI。该“检验点”可避免带有DNA损伤的细胞进入有丝分裂,而带有DNA 损伤的染色体有可能引起染色体异常分离。已有报道,涉及DNA损伤“检验点”的一些基因与人类肿瘤的发生有关[8]。最后,导致非整倍体发生的另一原因是中心体异常,多极纺锤体在人类原位癌中经常见到,结肠癌、乳腺癌、肺癌、前列腺癌和脑癌中都可见到中心体数异常[9]。

3.染色体易位

染色体易位表现为不同染色体的融合,以及单一染色体中正常情况下非相邻片段的融合。人类肿瘤中有两种类型的染色体易位。第一型为复杂型,见于多种实体瘤。复杂型易位可像CI一样由染色体片段的丢失或获得引起,也可由特定基因产物引起。复杂型易位发生在处于重组启动双链断裂(re2 combination2prom oting double2strand break,DS B)未修复状态,即进入有丝分裂的细胞。人类肿瘤中涉及这种易位不稳定性的基因包括修复DS B的基因和DNA损伤“检验点”基因。第二型为简单型,表现为在某些恶性肿瘤中癌基因的重排,通过重排将该癌基因定位于强启动子附近或与别的基因融合,导致该基因的活化。

4.基因扩增

基因扩增在分子水平上表现为多拷贝的扩增子(am plicon)。多种器官的晚期肿瘤亚群发生癌基因的扩增。这并非肿瘤细胞与正常细胞的基因扩增发生率不同所致,而是因为基因扩增后细胞的存活力不同。正常细胞中,一个扩增子的存在犹如DNA损伤的信号,会启动依赖p53的凋亡;而恶性肿瘤细胞常有野生型p53的缺失,在此情况下,具有扩增子的细胞仍然得以存活或分裂,并在后继的细胞分裂中累积新的扩增子。NI、MI和CI 发生于肿瘤形成早期,影响细胞中多个基因,并可引起后继的突变;而基因扩增通常发生于肿瘤发生的晚期,仅影响每个细胞的一个或几个基因。

几乎所有实体瘤均是遗传不稳定的。大部分病例,不稳定性发生于染色体水平,即整个染色体的丢失或获得(CI)。少数病例不稳定性发生于核苷酸水平(NI或MI),这是由于DNA修复缺陷所致。染色体易位和基因扩增也属于染色体异常,代表发生于肿瘤发展进程中附加性的遗传不稳定机制。遗传不稳定性是肿瘤演进和肿瘤异质性的启动者,它使肿瘤无一完全相同,即使同一肿瘤的细胞亦常各不相同,形成肿瘤的异质性。因而,对肿瘤发生中遗传不稳定性分子机制的研究,将为了解肿瘤发病机制开拓新视野。

参考文献

[1]　Eyre2W alker A et al.Nature,1999,397:344～347

[2]　ArzimanoglouⅡet al.Cancer,1998,82:1808～1820

[3]　Lengauer C et al.Nature,1998,396:643～649

[4]　Eagaure C et al.Nature,1997,386:623～627

[5]　K oi M et al.Cancer Res,1994,54:4380～4312

[6]　Paulovich AG et al.Cell,1997,88:315～321

[7]　Li Y et al.Science,1996,274:246～248

[8]　P otman G et al.Hum Mol G enet,1998,7:1555～1563

[9]　D oxsey S.Nature G enet,1998,20:104～106