Ras基因调控异常与肿瘤的关系以及与p35的协同作用

1、Ras基因调控异常与肿瘤的关系以及与p35的协同作用摘要：与肿瘤相关的Ras 原癌基因家族主要分为3 类:H-Ras、K-Ras 和N-Ras, 介导生长因子、细胞因子和多种细胞外信号的信息通路, 对细胞的增殖、分化、凋亡等多种生理过程。ras 基因点突变,导致Ras 蛋白异常活化,激活下游信号分子, 造成细胞生长失控而无限制地增殖, 进而引起肿瘤。肿瘤发生是抑癌基因失活和原癌基因激活共同作用的结果。其中p53 基因是最重要的抑癌基因，它和Ras基因协同作用，控制细胞增殖、细胞程序性死亡、细胞运动、炎症反应以及血管生成等。关键字：ras基因 肿瘤 P53基因 协同作用肿瘤在本质上是基因病，肿瘤

2、发生的根本原因是机体在基因水平上失去了对细胞生长的正常调控作用。到目前为止, 人类已经发现了许多与肿瘤发生相关的基因, 包括抑癌基因和原癌基因两大类。其中抑癌基因p53 与原癌基因Ras 是在肿瘤发生过程中突变率较高的两个基因。它们在肿瘤发生和转移上具有协同作用。1 ras基因ras 基因家族成员有H - ras、K- ras 和N - ras 三种,属细胞内信号传导蛋白类原癌基因。人类大多数细胞中都表达ras 基因,尤其在不成熟细胞和某些末期分化细胞中有高水平表达,且其表达具有组织特异性:H - ras 主要表达于表皮和骨骼肌腺。,K- ras 主要表达于大肠和胸腺,N - ras 主要表达

3、于男性胚胎时期的胸,三种ras 基因结构相似,都含有4 个编码的外显子和一个5末端不表达的外显子,编码由189个氨基酸组成的结构相似的蛋白,分子量为21KD ,通称p21Ras 蛋白。1.1 ras基因的调控机制正常情况下，ras 有活化和非活化2 种形式。与GTP结合时,为有活性状态; 而与GDP 结合时, 为无活性状态。两种活性状态之间的转换, 主要由RasGTP 酶活化蛋白和Ras 鸟嘌呤核苷酸交换因（RasGEFs) 两类分子调控。RasGAPs具有GTP酶活性, 能水解 GTP成GDP进而使Ras 蛋白失活;而RasGEFs 作用正好与此相反, 可使Ras 蛋白处于活性状态。一旦基因

4、发生点突变或异常扩增,致Ras 蛋白异常活化,降低了Ras 蛋白GTP 酶活性,不能迅速分解GTP ,使正常非活化的Ras 蛋白在信息传递后仍不失活,激活下游信号分子, 造成细胞生长失控而无限制地增殖, 进而引起肿瘤。正常的Ras 信号转导系统包括:Ras 活化、Ras 蛋白生成及信号转导、Ras 下游效应分子。在其上游有依赖Grb - Sos 的Ras 激活通路,下游靶点有Ras/ MAPK(丝裂原活化蛋白激酶) 通路、Rho/ Rac 通路及一些潜在的靶点。其中Ras/MAPK信号转导通路是一个典型的核内激活转录因子的级联反应通路。目前广泛流行且被普遍接受的Ras/MAPK转导通路的模式途

5、径是: 表皮生长因子( epidermal growth factor ,EGF) 表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor ,EGFR) Ras 丝氨酸激酶Raf Raf 激酶磷酸化MAPK激酶(MAPK kinase ,MKK) MAPK 细胞生长。Ras/MAPK信号转导通路中的某一信号分子的异常改变均可能影响该信号通路的调控功能。Ras 在该通路中的主要功能是将生长因子与Raf - MKK - MAPK 细胞信号转导相偶联,诱发早期反应基因的表达。研究表明,Ras/ MAPK 信号转导途径失控与肿瘤细胞的恶性增殖、异常分化、凋亡受抑、血管形成等

6、密切相关。1.2 ras基因突变与肿瘤的关系目前, 已经明确与ras 突变有关的人类肿瘤如胰腺癌、甲状腺癌、结肠直肠癌、非小细胞肺癌和急性髓细胞白血病等10 余种,而且ras 突变位点多集中在第12, 13, 59 和61 位氨基酸。其中90% 胰腺癌有K-ras 突变；60% 未分化甲状腺乳头状瘤有H-ras ,K-ras 及N-ras 突变；44% 结肠直肠癌有K-ras 突变；33% 非小细胞肺癌有K-ras 突变；30% 急性髓细胞白血病和肝癌有N-ras 突变。而在肾癌中, 只有10%发生ras 突变。可见, ras 突变最常发生在胰腺癌、未分化甲状腺乳头状瘤、结肠直肠癌、肝癌等实体

7、瘤和急性髓细胞白血病中。2 p53 与Ras在肿瘤发生中的协同作用研究发现, 肿瘤发生过程中抑癌基因p53 与原癌基因Ras 之间存在复杂的相互协同作用。根据目前的文献报道, p53 与Ras 之间的协同作用可以分为3 种：第一, p53 对Ras 的调节作用；第二, Ras对p53 的调节作用； 第三, p53 和Ras 共同调控某些与肿瘤发生相关的关键基因。 2.1 p53基因 p53 基因是最重要的抑癌基因, 其编码产物是核转录因子。正常条件下, p53 蛋白在细胞内的含量维持在一个较低水平, 当细胞发生DNA 损伤或者原癌基因突变激活时, p53 会接到上游应激信号, 在细胞内的含量随

8、即升高, 引发下游一系列的应激反应,如通过p53/p21/Rb 的细胞周期调控通路阻滞细胞周期, 促使损伤细胞的修复；通过p53/Bax 凋亡调控通路促进异常细胞的凋亡, 另外p53 的应激还涉及到维持基因组稳定、细胞自噬、抑制肿瘤血管生成、调节代谢、调控生殖等。绝大多数的肿瘤当中都发生了p53 信号通路的失活, 在所有恶性肿瘤中, p53 基因的突变率超过了50%, 而且突变位点多位于DNA 结合区。p53 突变引起的异常现象包括：原有的正常功能(如抑癌作用)缺失；突变p53 获得了一些类似癌基因的功能, 促进肿瘤的形成及转移等, 即突变p53 获得性功能等。2.2 p53 与Ras 之间的

9、协同作用p53 是突变率最高的抑癌基因, Ras 是突变率最高的原癌基因。多种肿瘤的发生是抑癌基因p53 突变失活和原癌基因Ras 突变激活共同作用的结果。2.2.1 p53 对Ras 的调控 在正常的生理条件下, p53 通过ATF3、BTG2、NF-B以及microRNA-34a 等使Ras-GTP 的含量维持在正常水平, p53 和Ras 在细胞中的含量都会稳定一个动态平衡的水平。首先，BTG2与p53 蛋白和H-RasV12 结合, 从而形成一个复杂的复合体p53-BTG2-H-RasV12, 导致H-RasV12 更多的与GDP 结合而处于非激活状态; 而ATF3 则是与Ras 下游

10、的一些目的基因的启动子区DNA 结合, 从而来抑制这些与癌症相关基因的表达。另外，由于炎症反应调控因子NF-B 的激活可以通过增强细胞增殖、转移、逃逸以及血管生成来启动肿瘤的发生。癌基因Ras 可以通过肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)导致NF-B 的过表达,说明NF-B是Ras的下游靶件。WT-p53通过糖酵解途径抑制NF-B 的激活，从而调控 Ras基因。同时，因为GTP是Ras激活所必须的辅助因子，在发生DNA 损伤的情况下, p53 诱导的microRNA-34a 的表达通过对GTP 合成限速酶IMPDH 的调控, 使Ras信号尽量维持在较低水平, 避免了异常细胞的过度增殖。2.

11、2.2 Ras 对p53 的调控首先，癌基因Ras 可以通过诱导p14ARF 的表达抑制HDM2,从而增强p53 的稳定性。因此, 原癌基因Ras 的突变激活会诱导p53 介导的细胞衰老和细胞凋亡。另外Ras-Raf-MEK-ERK 信号可以通过经典的cyclin D1 /Cdk4-Rb-E2F 通路和转录因子Dmp1来激活ARF,从而加强p53 对癌基因信号的应激效应。同时，癌基因K-Ras 可以通过诱导Snail 的表达来抑制p53 的功能。Snail 基因编码产物是具有锌指结构的转录因子, 在细胞水平调节细胞间的黏附, 其过度表达会导致上皮细胞-间充质细胞转换(EMT)并且可以增强细胞的

12、抗凋亡能力，从而引起肿瘤的发生发展、侵袭和转移。激活的K-Ras 诱导ATR 的表达, 进而使Snail 大量表达,Snail 与p53 的结合域相结合从而抑制了p53 的功能。所以K-Ras 可以从p53 的监控下逃逸出来, 避免了由p53 引发的细胞衰老和凋亡, 从而导致肿瘤的发生。另外,对于肿瘤发生过程中Ras 和p53 突变的先后顺序,有学者提出, 癌基因如Ras 的激活通过DNA 的过度复制激活了DNA 损伤调控反应(DNA damagecheckpoint response, DDR), 从而引发癌基因诱导的细胞衰老(Oncogene-induced senescence, OIS

13、)。但是癌基因Ras 长期的持续性激活又会引发DDR 选择性失活, 可能成为抑癌基因p53 突变的筛选压力, 导致癌基因诱导的细胞衰老程序(OIS)受阻并最终导致肿瘤形成。2.2.3 Ras 和p53 对一些关键基因的共调控作用2.2.3.1 突变的p53、Ras 共同调节RhoARhoA 是Ras 超家族的成员之一, 其编码产物是小G蛋白。RhoA 是细胞运动性的主要调节因子之一, 与肿瘤细胞的转移密切相关。正常p53可以使RhoA 的负调控因子RhoGAP 磷酸化而被激活, 使激活的RhoA 维持在一个稳定的水平, 当p53 功能缺失, RhoGAP 就不能被激活, 导致RhoA的持续激活

14、, 增强了细胞的浸润和迁移能。同时ras蛋白中的H-RasG12V 可以吸引RhoA 至细胞膜, 从而促使其被其他蛋白分子激活。2.2.3.2 p53、K-Ras 共同调节组织因子TF组织因子(Tissue factor, TF)是一种不存在于血浆而分布于各种不同组织细胞中的凝血因子, 它是血液凝固的生理性起始因子,这种跨膜蛋白主要负责启动外源性凝血, 修复血管壁的缺损, 从而达到止血目的。另外研究还发现TF 在肿瘤发生过程中也具有重要作用, 它可以促进肿瘤营养所需的血管再生, 促进肿瘤细胞的转移。K-Ras 激活和p53 的功能缺失可以共同上调TF的表达量, 增强TF 的活力。在肿瘤发生前期

15、, K-Ras 激活导致TF 的过表达, 随着肿瘤的发展, p53 功能的缺失进一步促进了TF 的表达,二者在肿瘤发展的过程中协同作用, 使TF 的表达逐步增强。这就使肿瘤细胞通过血管再生获得周围组织的营养而持续增殖。3.结语：Ras 基因是肿瘤中突变率较高的原癌基因, 其突变率在某些肿瘤中高达30%-90%，大约30%的人类肿瘤被报道有Ras基因的突变, 尤其在胰腺癌、肺癌、结肠癌、甲状腺癌、肝癌和血癌等恶性肿瘤中。Ras 基因编码的Ras 蛋白作为一种分子开关以软脂酸共价键形式固定于细胞膜内表面,其在功能上与G蛋白相似。了解其信号转导通路和调控机制对治疗癌症的医学研究具有重要意义。正常情况

16、下, p53 与Ras 协同作用调控, 使各自处于维持机体稳态的最佳水平。任何一方发生基因异常(突变或缺失)或表达量的改变, 通过直接或间接的调控作用, 最终会造成另一方的基因异常或表达的改变。所以对Ras和p53协同作用调控的研究具有更全面和深刻的研究意义。为治疗由着两种基因的突变而引发的癌症提供指导意见。文献：1 张慧, 陈洪.Ras 基因及其调节异常与肿瘤发生的研究进展M.中华肿瘤防治杂志, 2010, 17( 12) : 950- 953.2 单宝珍,刘丽娜. K - ras 基因与结直肠腺癌关系研究进展J. 医学与哲学(临床决策论坛版), 2010 ,31(3): 19-23.3 魏

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