癌基因与抑癌基因

第三章癌基因与抑癌基因肿瘤的发生是由于细胞增殖和分化失常所导致的恶性生长现象。在正常情况下，细胞的增殖受到多种因素的调控，调控失衡可能引起异常的增殖和持续的分裂。癌症发生与发展过程中涉及的两类基因：癌基因，抑癌基因；两类基因产生的效应相互拮抗，维持平衡，对正常细胞的生长、增殖和衰亡进行精确调控。这些基因发生突变或表达变化引起细胞增殖失控导致肿瘤的发生。癌基因原癌基因：与细胞增殖分化相关的正常基因，表达产物参与细胞增殖、分化等重要的生理调节过程的细胞中重要基因。在正常情况下这些基因处于静止或低表达状态。特点广泛存在于自然界，在进化上高度保守是调节细胞生长、发育和分化的重要蛋白在结构上与病毒癌基因相近正常情况下表达水平很低在一定条件下可被激活成癌基因原癌基因表达的特点：正常细胞中原癌基因的表达水平一般较低，而且是受生长调节的，其表达具有时相和空间性主要有三个特点：①具有分化阶段特异性；②细胞类型特异性；③细胞周期特异性。癌基因：当细胞受到各种生物、理化等因素的作用，原癌基因通过突变、重组等发生结构改变或表达水平的异常，成为促进细胞转化的癌基因，引起肿瘤发生。癌基因特点：可以通过其表达产物在体外引起正常细胞转换，在体内引起肿瘤，也称为转化基因。癌基因表达产物的特点与细胞原癌基因正常表达产物相似，产生相同或相似、但却具有更强的效应，导致细胞恶性转化；某些重要的调控元件缺失，其作用不受正常调控系统的控制；发挥作用不依赖于生长因子或其他信号分子。癌基因包括病毒癌基因和细胞癌基因A.病毒癌基因（virusoncogene,v-onc）

首先鸡肉瘤病毒中发现：1911年Rous发现鸡肉瘤无细胞滤液能诱发鸡新的肉瘤。之后Rous肉瘤病毒（RousSarcomaVirus,RSV）被发现

，1970年，第一个癌基因

src

的发现。肉瘤病毒基因组是单链RNA，6~9kb。基因组结构见图。

目前发现的病毒癌基因有30多种，而且认为他们最初来自细胞癌基因。逆转录病毒基因组结构简图

正常的非转化病毒

LTRgag(pro)polenvLTR

长末端重复序列

变异的转化病毒

LTRgag(pro)polenvsrc

外膜糖蛋白SU和跨膜蛋白TM基质蛋白，衣壳蛋白，核酸结合蛋白逆转录酶和整合酶蛋白酶

病毒癌基因Src基因表达p60src蛋白，使多个靶蛋白磷酸化

B细胞癌基因（cellularoncogene,c-onc）：100多种通过分子杂交和细胞转染实验等技术发现细胞癌基因。目前发现的细胞癌基因有100多种，其中部分在病毒中存在。

转录因子e.g.,Myc(myc)6蛋白激酶类细胞周期调控蛋白e.g.,CyclinD(bcl1)细胞凋亡调控蛋白e.g.,Bcl2(bcl2)54321Src(src)Ras(ras)Raf(raf)CyclinCdk生长因子受体类e.g.,EGFreceptor(erbB)生长因子类e.g.,PDGF(sis)癌基因主要激活方式1、突变引起蛋白结构和功能的变化2、基因扩增导致拷贝数增加3、染色体易位使癌基因转录水平升高或其表达蛋白结构异常4、病毒基因插入诱导癌基因转录5、DNA的去甲基化提高基因的转录水平突变引起蛋白结构和功能的变化基因突变是癌基因激活的一种主要方式；包括点突变和缺失突变，结果是导致其编码的蛋白功能改变。点突变：基因的核苷酸序列发生变化；缺失突变：基因的核苷酸发生丢失；H-ras基因，点突变使基因编码的第十二位甘氨酸残基变成缬氨酸残基。Ras基因Ras编码的蛋白是一个小分子G蛋白，具有GTP酶活性，在多种信号通路中具有分子开关作用；Ras癌蛋白的三个突变位点（第12,13,61位氨基酸残基）都位于Ras蛋白的GTP酶活性区域，他们的突变使Ras蛋白的GTP酶活性降低或丧失。Ras蛋白是一种很重要的信号转导蛋白，点突变后使其可以持续地传递生长信号，导致细胞恶性生长和癌变。30%左右的各种类型来源的肿瘤细胞都带RAS基因的点突变（表皮生长因子受体EGFR）多种肿瘤中存在EGFR基因变异，包括第21号外显子区域的点突变（L858R)及第19号外显子的缺失突变突变造成EGFR激酶活性的升高及下游信号通路的激活，进而促进细胞的增殖与转移。针对相关突变的酪氨酸激酶抑制剂如吉非替尼，厄洛替尼已成临床重要的靶向药物，针对含此突变的肿瘤尤其是非小细胞肺癌的治疗中，收到了较好效果。基因扩增导致拷贝数增加（geneamplification）原癌基因是单拷贝基因，可通过特殊的复制方式增加基因的拷贝数几十至几百倍。从而使基因的表达增加几十至几百倍。在某些造血系统恶性肿瘤中，癌基因扩增是一个极常见的特征，如前髓细胞性白血病细胞系和这类病人的白血病细胞中，c-myc扩增8~32倍。基因扩增后可形成双微体或均染区双微体（DMS）和均染区（HSR）在肿瘤细胞中出现的频率比正常细胞高1000倍；①双微体（doubleminutesDMS），无着丝粒，成对分布于细胞中的微小染色体；②整合到线性染色体DNA内形成均匀染色区(homogenouslystainedregion，HSR)；在具有DMS或HSR的直肠癌患者中c-mycmRNA含量是正常人的30倍。基因扩增基因扩增导致拷贝数增加Myc是一种常见的癌基因，拷贝数增加引起表达水平的升高是myc功能异常的重要原因。肿瘤细胞中，myc的拷贝数要远远超过正常细胞中的拷贝数。在约30%的儿童神经母细胞瘤组织中能检测到N-myc基因拷贝数增加所引起的蛋白表达水平的增加。Myc蛋白具有促进细胞增殖的作用，当myc蛋白过表达时，细胞生长就会失去控制。Myc基因在恶性早幼粒细胞白血病、乳腺癌、膀胱癌、前列腺癌、大肠癌、食管癌等多种肿瘤细胞中存在扩增现象。Her2/neu基因Her2/neu是表皮生长因子受体（EGFR）家族的成员之一，对细胞生长、分化及凋亡其重要调节作用。该家族包括：EGFR(HER1或erbB1)、HER2（neu或erbB2)、HER3(erbB3)、HER4（erbB4)四大成员在大多数人类肿瘤中，HER2/neu原癌基因的激活方式是基因扩增。最开始在乳腺中发现HER2存在扩增现象，后来在肺癌、膀胱癌、结肠癌等多种肿瘤中发现HER2扩增；目前以HER2为靶点的单克隆抗体药物赫赛汀或HER2的激酶活性抑制剂拉帕替尼用于治疗HER2扩增的肿瘤，尤其是乳腺癌的重要靶向药物，具有良好的临床效果。拉帕替尼(gsk)染色体易位使癌基因转录水平升高或其表达蛋白结构异常染色体易位（translocation）：染色体片段位置发生改变。是指某一染色体片段与另一段染色体片段融合在一起的基因重排现象，可导致原来无活性的原癌基因被移至强启动子或增强子附近而活化。染色体易位在血液肿瘤和淋巴瘤中最为常见。目前已发现近400种不同染色体易位现象；染色体易位使癌基因转录水平升高伯基特淋巴瘤（Burkitt’slymphoma)在中非和东非的儿童中比较常见，与疟原虫和EBV（Epstein-Barrvirus)感染有关。肿瘤细胞中8号染色体上的myc原癌基因与14号染色体上的免疫球蛋白基因产生融合，使myc基因与强转录活性的免疫蛋白启动子排列在一起，导致myc基因转录水平升高，产生大量myc蛋白。驱动淋巴细胞恶性增殖，引发肿瘤。染色体易位使癌基因表达蛋白结构异常慢性髓细胞白血病(chronicmyelogenousleukemia,CML)是我国慢性白血病的主要病种，约占慢性白血病的70%。超过95%的患者发生染色体易位，第9号染色体和第22号染色体的长臂断裂，二个断裂的染色体随之平行交叉易位，形成一个异常的染色体，由于这种异常染色体首先由美国费城的学者发现，故国际上以费城的英文名前二个字母Ph命名，称为Ph染色体。染色体易位融合形成融合基因，基因bcr-abl编码产生一种新的融合蛋白bcr-abl，该融合蛋白具有酪氨酸激酶活性。可活化Ras、pi3k、AKT等不同信号通路，促进细胞的持续增殖，最后导致癌变；这种易位几乎都发生在血细胞起源的恶性肿瘤（白血病，淋巴瘤）中。检测该染色体易位成为临床血液系统恶性肿瘤诊疗中的一种常用方法。病毒基因插入诱导癌基因的转录长末端重复序列（LTR）：反转录病毒的基因组的两端各有一个长末端重复序列(5‘—LTR和3’—LTR)，不编码蛋白质，但含有启动子，增强子等调控元件，LTR可转移到细胞原癌基因邻近处，使这些原癌基因在LTR强启动子和增强子的作用下被激活，而不受细胞本身信号通路的正常调控，进而处于不可控制的高表达状态，将正常细胞转化为癌细胞。如c-myc基因。DNA的去甲基化（demethylationofDNA）致癌物质的作用下，使原癌基因的甲基化程度降低而导致肿瘤发生，这是因为致癌物质降低甲基化酶的活性。

DNA的甲基化主要发生在GC富集区中的C上，许多基因的启动子中含有一个GC岛，其甲基化程度愈高，基因表达水平愈低，反之，甲基化程度愈低，基因表达水平愈高。在许多肿瘤细胞中发现癌基因（如c-myc、c-ras等）的低甲基化和抑癌基因（如Rb、p16等）的高甲基化。GCGCGCGCGCGCGCGCGCGCGCG-G-mC-G-mC--mC-G-mC-G-基因GC岛+1癌基因的功能与肿瘤的发生发展癌基因如何通过编码的蛋白质最终使细胞发生恶变？癌基因的表达产物广泛作用于生命活动的各个环节，发挥作用的形式多种多样。可作为信号通路中的不同组分参与细胞信号传导，尤其是促细胞增殖，运动等信号通路的传导。这些原癌基因表达产物功能发生异常，将导致细胞生长和运动等的异常，最终引起肿瘤的发生发展。原癌基因产物参与重要信号通路的组成原癌基因参与了许多重要信号通路的组成，这些信号通路对调节细胞增殖，分化和凋亡具有十分重要作用是维持正常生命活动不可缺少的只有当这些原癌基因产物发生突变或原癌基因非正常高表达而导致其处于失控的高活性状态时，才能促进癌症的发生。癌基因产物通过不同机制导致肿瘤发生发展癌基因产物促进细胞增殖抗细胞凋亡

促进肿瘤转移癌基因产物促进细胞增殖酪氨酸激酶受体信号通路是促进细胞增殖的主要信号通路，几乎所有生长因子均通过该通路发挥作用。各类生长因子（表皮生长因子，血管内皮细胞生长因子，肝细胞生长因子）等均通过相应的酪氨酸激酶受体结合，是后者形成二聚体活化，并通过ras活化下游的MAPK信号通路，最后通过转录因子Myc,jun对不同基因的转录调节，进而促进细胞增殖

酪氨酸激酶受体信号通路在任何功能环节异常导致的过度活化，均能促进细胞的异常增殖许多癌基因产物均参与了该通路的组成，并处于持续活化状态，如ERB2持续活化的RTK激活下游信号通路，如PI3K,MAPK信号通路。上述分子（ERB2，EGFR,RAS)也成为肿瘤靶向药物的重要靶点。癌基因产物抗细胞凋亡Bcl-2(B淋巴细胞瘤/白血病-2基因）是一个癌基因是一个重要的抗凋亡基因编码一个线粒体膜蛋白，能抑制多种因素引起的细胞凋亡。Bcl-2最初在B淋巴瘤中发现，过表达Bcl-2的B细胞淋巴瘤能抵抗凋亡Bcl-2在多种肿瘤中高表达，如前列腺癌，乳腺癌，结肠癌。Bcl-2是肿瘤治疗的重要靶点癌基因产物促进肿瘤转移侵袭转移是导致肿瘤患者死亡的重要原因，不少癌基因可通过不同途径参与肿瘤的侵袭与转移，如Bcl-2,VEGF(血管内皮生长因子）Bcl-2可以和VEGF相互作用，影响肿瘤组织的血管生成；高表达Bcl-2能增强肿瘤的转移潜能，抑制Bcl-2的寡义核苷酸能抑制血管肿瘤生成，从而抑制肿瘤转移。MDM2基因：在多种人类肿瘤中发生突变，与许多肿瘤的发生发展和浸润转移有关，在骨肉瘤中，扩增现象更为普遍。MDM2能与P53结合并能与通过泛素化降解P53癌基因在肿瘤诊断治疗中的作用有助于对肿瘤的诊断有助于对肿瘤预后的判断和病情监测有助于研发靶向性的抗肿瘤药物有助于指导临床靶向药物的使用有助于对肿瘤的诊断癌基因参与了肿瘤的发生发展，对癌基因的监测有助于肿瘤的诊断,如RAS基因在很多肿瘤中存在突变，胰腺癌是ras基因突变率很高的肿瘤；K-ras基因发生在胰腺癌早期，对血浆DNA的检测有利于胰腺癌的诊断大肠癌的粪便，肺癌患者的痰标本都可以用于ras基因的检测注：这些检测属于研究阶段，必须结合临床指标综合考虑。对肿瘤预后的判断和病情监测多种癌基因与肿瘤的转移和复发相关，对癌基因检测有助于某些肿瘤的预后判断和病情监测HER2过表达能增加乳腺癌的侵袭性，乳腺癌患者存在HER2基因的扩增和过表达，容易复发，预后性差。研究发现：单个细胞中如HER2基因拷贝数超过5个，则与肿瘤患者生存率降低有关。HER2表达正常的患者半数生存期为6-7年，高患者只有3年。临床上通过FISH手段检测HER2基因拷贝数或免疫组化检测蛋白含量，用于判断乳腺癌患者预后和病情检测。HER2状态检测助于指导临床用药：表达水平与肿瘤患者对放化疗的敏感性有关，HER2过表达的肿瘤细胞经常表现出对放化疗的耐受。有助于研发靶向性的抗肿瘤药物传统的化疗药物缺乏肿瘤细胞特异性，在肿瘤治疗的同时，容易造成对正常细胞的伤害。针对肿瘤细胞中特异存在的癌基因产物进行靶向治疗则可能从根本上解决这个问题。抗肿瘤药物靶点的癌基因主要分四类：酪氨酸激酶（bcr-abl,c-kit、erbB、egfr)，促血管生成相关分子(VEGF,PDGF,VEGFR,TGF)，细胞周期相关激酶(CDK)，其他重要信号通路分子(MMP,mTOR,AKT)等针对癌基因及其编码蛋白的靶向药物已成为抗肿瘤药物研发及未来肿瘤药物治疗的主要方向和手段治疗慢性髓细胞白血病(CML)药物伊马替尼（imatinib，诺华)成为治疗CML的理想药物，取得很好的临床治疗疗效HER2的人源化抗体曲妥单抗（赫赛汀，heceptin）首个用于临床的分子靶向药物，1998年被FDA批准用于HER2基因扩增的转移性乳腺癌的治疗针对表皮生长因子受体EGFR突变的靶向药物吉非替尼针对EGFR突变的非小细胞肺癌治疗有良好的效果近期，针对C-MET及ALK为靶点的新药克里唑替尼逐渐走向临床，开始用于Alk阳性的非小细胞肺癌及儿童相关肿瘤。针对RAF,VEGFR,PDGFR,C-KIT,FLT-3等多个位点的靶向药物索拉菲尼开始用于或是用于晚期肝癌，肾癌，黑色素瘤及肺癌等的治疗肿瘤的发展涉及多个癌基因的激活或多条信号通路的活化，因此，多个靶向药物的联合使用势必成为未来肿瘤治疗的重要策略有助于指导临床靶向药物的使用大部分携带表皮生长因子受体EGFR突变的非小细胞肺癌对靶细胞药物吉非替尼治疗有效，但如果下游存在RAS突变，而被激活，其疗效会非常有限甚至无效。靶向药物在符合临床适应症患者治疗一般初期效果最好，使用一段时间后几乎均会产生耐药，原因：由于癌基因发生新的突变或其他通路被激活。（举例）总结癌基因的研究与靶向治疗间的关联是一个交替进行的动态过程。靶向治疗源于对癌基因的相关研究，而靶向治疗中出现的耐药现象又会促使人们对癌基因及相关研究，以不断提高靶向治疗的临床疗效。第二节抑癌基因抑癌基因：肿瘤抑制基因，其编码的蛋白能抑制细胞增殖或促进细胞凋亡，这类基因的失活或丢失能促进肿瘤的形成；研究发现，抑癌基因的失活在肿瘤形成过程中起着非常重要的作用。抑癌基因的作用往往是隐性的，癌基因的作用往往是显性的。抑癌基因表达产物：主要包括跨膜受体，胞质调节因子，结构蛋白，转录因子，转录调节因子，细胞周期因子，DNA损伤修复因子等。抑癌基因失活机制抑癌基因失活会导致细胞转化和肿瘤发生失活方式多样，可以通过多种失活方式共同作用突变，杂合性缺失，启动子区域甲基化最为常见在肿瘤形成过程中，抑癌基因倾向于发生杂合性缺失。Rb和p53是目前相对研究最为透彻的两个抑癌基因Rb编码蛋白主要通过影响细胞周期来发挥作用P53编码蛋白既可以影响细胞周期，又可以影响细胞凋亡Rb基因（Retinoblastoma---视网膜母细胞瘤易感基因）视网膜母细胞瘤：在婴幼儿眼病中，是性质最严重、危害性最大的一种恶性肿瘤，发生于视网膜核层，具有家族遗传倾向，多发生于5岁以下，可单眼、双眼先后或同时罹患，本病易发生颅内及远处转移，常危及患儿生命，因此早期发现、早期诊断及早期治疗是提高治愈率、降低死亡率的关键。Rb的生理作用Rb基因是视网膜母细胞瘤的致病基因，位于13q14。Rb蛋白：P107和P110。两种形式：磷酸化Rb和非磷酸化Rb（活性形式）

Rb蛋白的作用：

A.非磷酸化Rb与转录因子E2F结合，抑制E2F活性，使细胞停留在G1期。B．Rb磷酸化磷酸化的Rb释放E2F促进DNA的合成细胞分裂增殖。E2F

是很强的转录因子，可促进许多参与S期的酶和蛋白质如DNA聚合酶、胸苷激酶、二氢叶酸还原酶等的表达，增强DNA的复制，促进细胞通过G1/S控制点Rb是调控细胞周期的重要分子Rb的磷酸化状态与细胞周期密切相关，其低磷酸化可抑制细胞G1期进程，而高磷酸化则失去抑制作用。Rb能够结合多种转录因子。研究发现，Rb在多种肿瘤中，有该蛋白的缺失或结构缺陷。Rb功能异常导致细胞周紊乱多种肿瘤存在Rb基因异常（膀胱癌，乳腺癌，肺癌等）Rb功能异常导致细胞周紊乱多种致癌因素通过影响Rb功能，引起细胞转化；如人乳头瘤病毒的感染是宫颈癌的主要致癌因素。一些肿瘤的病毒编码蛋白也能通过结合Rb，干扰Rb功能。Rb失活途径

病毒癌蛋白（SV40大T抗原，腺病毒EIA和人乳头瘤病毒E7等）和Rb结合，释放E2F，从而促进细胞的分裂增殖和转化。Rb基因的突变失活（点突变，缺失或GC岛的高甲基化等）使之失去结合E2F和抑制细胞增殖的能力。PRbE2FD-CDK4/6E2FE2F磷酸化的RbEGF,PDGFc—myc等Cyclin--D病毒癌蛋白与Rb结合参与S期DNA合成的蛋白质基因的表达细胞的过度增殖

和癌变Rb基因的突变P16突变的Rb蛋白p53p53是一种肿瘤抑制基因（tumorsuppressorgene）。在所有恶性肿瘤中，50%以上肿瘤会出现该基因的突变。p53的半衰期很短，大约20分钟作用，是一个高度不稳定蛋白，在细胞内合成后不久即被降解，很多因素如X射线，紫外线，引起DNA损伤的化疗药物，低氧等都能诱导p53表达。p53是一种转录因子（transcriptionalfactor），可以激活上百种基因表达，表达出的蛋白直接产于细胞周期调控和DNA损伤修复。同时参与细胞衰老、分化及凋亡调控。野生型P53蛋白的结构

基因17q13.111个外显子和10个内含子组成

蛋白质293aa53KD(53,000D)

含有3个功能区NH2---------------------------------------------------COOH转录激活区

DNA结合区

寡聚区结合：

结合：

结合：癌蛋白MDM-2SV40T抗原

损伤的DNA腺病毒EIA乳头瘤病毒