Ras基因調(diào)控異常與腫瘤的關(guān)系以及與p35的協(xié)同作用

1、Ras基因調(diào)控異常與腫瘤的關(guān)系以及與p35的協(xié)同作用摘要：與腫瘤相關(guān)的Ras 原癌基因家族主要分為3 類(lèi):H-Ras、K-Ras 和N-Ras, 介導(dǎo)生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子和多種細(xì)胞外信號(hào)的信息通路, 對(duì)細(xì)胞的增殖、分化、凋亡等多種生理過(guò)程。ras 基因點(diǎn)突變,導(dǎo)致Ras 蛋白異?；罨?激活下游信號(hào)分子, 造成細(xì)胞生長(zhǎng)失控而無(wú)限制地增殖, 進(jìn)而引起腫瘤。腫瘤發(fā)生是抑癌基因失活和原癌基因激活共同作用的結(jié)果。其中p53 基因是最重要的抑癌基因，它和Ras基因協(xié)同作用，控制細(xì)胞增殖、細(xì)胞程序性死亡、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、炎癥反應(yīng)以及血管生成等。關(guān)鍵字：ras基因 腫瘤 P53基因 協(xié)同作用腫瘤在本質(zhì)上是基因病，腫瘤

2、發(fā)生的根本原因是機(jī)體在基因水平上失去了對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的正常調(diào)控作用。到目前為止, 人類(lèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多與腫瘤發(fā)生相關(guān)的基因, 包括抑癌基因和原癌基因兩大類(lèi)。其中抑癌基因p53 與原癌基因Ras 是在腫瘤發(fā)生過(guò)程中突變率較高的兩個(gè)基因。它們?cè)谀[瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移上具有協(xié)同作用。1 ras基因ras 基因家族成員有H - ras、K- ras 和N - ras 三種,屬細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)蛋白類(lèi)原癌基因。人類(lèi)大多數(shù)細(xì)胞中都表達(dá)ras 基因,尤其在不成熟細(xì)胞和某些末期分化細(xì)胞中有高水平表達(dá),且其表達(dá)具有組織特異性:H - ras 主要表達(dá)于表皮和骨骼肌腺。,K- ras 主要表達(dá)于大腸和胸腺,N - ras 主要表達(dá)

3、于男性胚胎時(shí)期的胸,三種ras 基因結(jié)構(gòu)相似,都含有4 個(gè)編碼的外顯子和一個(gè)5末端不表達(dá)的外顯子,編碼由189個(gè)氨基酸組成的結(jié)構(gòu)相似的蛋白,分子量為21KD ,通稱(chēng)p21Ras 蛋白。1.1 ras基因的調(diào)控機(jī)制正常情況下，ras 有活化和非活化2 種形式。與GTP結(jié)合時(shí),為有活性狀態(tài); 而與GDP 結(jié)合時(shí), 為無(wú)活性狀態(tài)。兩種活性狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換, 主要由RasGTP 酶活化蛋白和Ras 鳥(niǎo)嘌呤核苷酸交換因（RasGEFs) 兩類(lèi)分子調(diào)控。RasGAPs具有GTP酶活性, 能水解 GTP成GDP進(jìn)而使Ras 蛋白失活;而RasGEFs 作用正好與此相反, 可使Ras 蛋白處于活性狀態(tài)。一旦基因

4、發(fā)生點(diǎn)突變或異常擴(kuò)增,致Ras 蛋白異?；罨?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 蛋白在信息傳遞后仍不失活,激活下游信號(hào)分子, 造成細(xì)胞生長(zhǎng)失控而無(wú)限制地增殖, 進(jìn)而引起腫瘤。正常的Ras 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)包括:Ras 活化、Ras 蛋白生成及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、Ras 下游效應(yīng)分子。在其上游有依賴(lài)Grb - Sos 的Ras 激活通路,下游靶點(diǎn)有Ras/ MAPK(絲裂原活化蛋白激酶) 通路、Rho/ Rac 通路及一些潛在的靶點(diǎn)。其中Ras/MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是一個(gè)典型的核內(nèi)激活轉(zhuǎn)錄因子的級(jí)聯(lián)反應(yīng)通路。目前廣泛流行且被普遍接受的Ras/MAPK轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的模式途

5、徑是: 表皮生長(zhǎng)因子( epidermal growth factor ,EGF) 表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor ,EGFR) Ras 絲氨酸激酶Raf Raf 激酶磷酸化MAPK激酶(MAPK kinase ,MKK) MAPK 細(xì)胞生長(zhǎng)。Ras/MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的某一信號(hào)分子的異常改變均可能影響該信號(hào)通路的調(diào)控功能。Ras 在該通路中的主要功能是將生長(zhǎng)因子與Raf - MKK - MAPK 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相偶聯(lián),誘發(fā)早期反應(yīng)基因的表達(dá)。研究表明,Ras/ MAPK 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑失控與腫瘤細(xì)胞的惡性增殖、異常分化、凋亡受抑、血管形成等

6、密切相關(guān)。1.2 ras基因突變與腫瘤的關(guān)系目前, 已經(jīng)明確與ras 突變有關(guān)的人類(lèi)腫瘤如胰腺癌、甲狀腺癌、結(jié)腸直腸癌、非小細(xì)胞肺癌和急性髓細(xì)胞白血病等10 余種,而且ras 突變位點(diǎn)多集中在第12, 13, 59 和61 位氨基酸。其中90% 胰腺癌有K-ras 突變；60% 未分化甲狀腺乳頭狀瘤有H-ras ,K-ras 及N-ras 突變；44% 結(jié)腸直腸癌有K-ras 突變；33% 非小細(xì)胞肺癌有K-ras 突變；30% 急性髓細(xì)胞白血病和肝癌有N-ras 突變。而在腎癌中, 只有10%發(fā)生ras 突變?？梢?jiàn), ras 突變最常發(fā)生在胰腺癌、未分化甲狀腺乳頭狀瘤、結(jié)腸直腸癌、肝癌等實(shí)體

7、瘤和急性髓細(xì)胞白血病中。2 p53 與Ras在腫瘤發(fā)生中的協(xié)同作用研究發(fā)現(xiàn), 腫瘤發(fā)生過(guò)程中抑癌基因p53 與原癌基因Ras 之間存在復(fù)雜的相互協(xié)同作用。根據(jù)目前的文獻(xiàn)報(bào)道, p53 與Ras 之間的協(xié)同作用可以分為3 種：第一, p53 對(duì)Ras 的調(diào)節(jié)作用；第二, Ras對(duì)p53 的調(diào)節(jié)作用； 第三, p53 和Ras 共同調(diào)控某些與腫瘤發(fā)生相關(guān)的關(guān)鍵基因。 2.1 p53基因 p53 基因是最重要的抑癌基因, 其編碼產(chǎn)物是核轉(zhuǎn)錄因子。正常條件下, p53 蛋白在細(xì)胞內(nèi)的含量維持在一個(gè)較低水平, 當(dāng)細(xì)胞發(fā)生DNA 損傷或者原癌基因突變激活時(shí), p53 會(huì)接到上游應(yīng)激信號(hào), 在細(xì)胞內(nèi)的含量隨

8、即升高, 引發(fā)下游一系列的應(yīng)激反應(yīng),如通過(guò)p53/p21/Rb 的細(xì)胞周期調(diào)控通路阻滯細(xì)胞周期, 促使損傷細(xì)胞的修復(fù)；通過(guò)p53/Bax 凋亡調(diào)控通路促進(jìn)異常細(xì)胞的凋亡, 另外p53 的應(yīng)激還涉及到維持基因組穩(wěn)定、細(xì)胞自噬、抑制腫瘤血管生成、調(diào)節(jié)代謝、調(diào)控生殖等。絕大多數(shù)的腫瘤當(dāng)中都發(fā)生了p53 信號(hào)通路的失活, 在所有惡性腫瘤中, p53 基因的突變率超過(guò)了50%, 而且突變位點(diǎn)多位于DNA 結(jié)合區(qū)。p53 突變引起的異?，F(xiàn)象包括：原有的正常功能(如抑癌作用)缺失；突變p53 獲得了一些類(lèi)似癌基因的功能, 促進(jìn)腫瘤的形成及轉(zhuǎn)移等, 即突變p53 獲得性功能等。2.2 p53 與Ras 之間的

9、協(xié)同作用p53 是突變率最高的抑癌基因, Ras 是突變率最高的原癌基因。多種腫瘤的發(fā)生是抑癌基因p53 突變失活和原癌基因Ras 突變激活共同作用的結(jié)果。2.2.1 p53 對(duì)Ras 的調(diào)控 在正常的生理?xiàng)l件下, p53 通過(guò)ATF3、BTG2、NF-B以及microRNA-34a 等使Ras-GTP 的含量維持在正常水平, p53 和Ras 在細(xì)胞中的含量都會(huì)穩(wěn)定一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的水平。首先，BTG2與p53 蛋白和H-RasV12 結(jié)合, 從而形成一個(gè)復(fù)雜的復(fù)合體p53-BTG2-H-RasV12, 導(dǎo)致H-RasV12 更多的與GDP 結(jié)合而處于非激活狀態(tài); 而ATF3 則是與Ras 下游

10、的一些目的基因的啟動(dòng)子區(qū)DNA 結(jié)合, 從而來(lái)抑制這些與癌癥相關(guān)基因的表達(dá)。另外，由于炎癥反應(yīng)調(diào)控因子NF-B 的激活可以通過(guò)增強(qiáng)細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移、逃逸以及血管生成來(lái)啟動(dòng)腫瘤的發(fā)生。癌基因Ras 可以通過(guò)腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(TRAF6)導(dǎo)致NF-B 的過(guò)表達(dá),說(shuō)明NF-B是Ras的下游靶件。WT-p53通過(guò)糖酵解途徑抑制NF-B 的激活，從而調(diào)控 Ras基因。同時(shí)，因?yàn)镚TP是Ras激活所必須的輔助因子，在發(fā)生DNA 損傷的情況下, p53 誘導(dǎo)的microRNA-34a 的表達(dá)通過(guò)對(duì)GTP 合成限速酶IMPDH 的調(diào)控, 使Ras信號(hào)盡量維持在較低水平, 避免了異常細(xì)胞的過(guò)度增殖。2.

11、2.2 Ras 對(duì)p53 的調(diào)控首先，癌基因Ras 可以通過(guò)誘導(dǎo)p14ARF 的表達(dá)抑制HDM2,從而增強(qiáng)p53 的穩(wěn)定性。因此, 原癌基因Ras 的突變激活會(huì)誘導(dǎo)p53 介導(dǎo)的細(xì)胞衰老和細(xì)胞凋亡。另外Ras-Raf-MEK-ERK 信號(hào)可以通過(guò)經(jīng)典的cyclin D1 /Cdk4-Rb-E2F 通路和轉(zhuǎn)錄因子Dmp1來(lái)激活A(yù)RF,從而加強(qiáng)p53 對(duì)癌基因信號(hào)的應(yīng)激效應(yīng)。同時(shí)，癌基因K-Ras 可以通過(guò)誘導(dǎo)Snail 的表達(dá)來(lái)抑制p53 的功能。Snail 基因編碼產(chǎn)物是具有鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子, 在細(xì)胞水平調(diào)節(jié)細(xì)胞間的黏附, 其過(guò)度表達(dá)會(huì)導(dǎo)致上皮細(xì)胞-間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)換(EMT)并且可以增強(qiáng)細(xì)胞的

12、抗凋亡能力，從而引起腫瘤的發(fā)生發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移。激活的K-Ras 誘導(dǎo)ATR 的表達(dá), 進(jìn)而使Snail 大量表達(dá),Snail 與p53 的結(jié)合域相結(jié)合從而抑制了p53 的功能。所以K-Ras 可以從p53 的監(jiān)控下逃逸出來(lái), 避免了由p53 引發(fā)的細(xì)胞衰老和凋亡, 從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。另外,對(duì)于腫瘤發(fā)生過(guò)程中Ras 和p53 突變的先后順序,有學(xué)者提出, 癌基因如Ras 的激活通過(guò)DNA 的過(guò)度復(fù)制激活了DNA 損傷調(diào)控反應(yīng)(DNA damagecheckpoint response, DDR), 從而引發(fā)癌基因誘導(dǎo)的細(xì)胞衰老(Oncogene-induced senescence, OIS

13、)。但是癌基因Ras 長(zhǎng)期的持續(xù)性激活又會(huì)引發(fā)DDR 選擇性失活, 可能成為抑癌基因p53 突變的篩選壓力, 導(dǎo)致癌基因誘導(dǎo)的細(xì)胞衰老程序(OIS)受阻并最終導(dǎo)致腫瘤形成。2.2.3 Ras 和p53 對(duì)一些關(guān)鍵基因的共調(diào)控作用2.2.3.1 突變的p53、Ras 共同調(diào)節(jié)RhoARhoA 是Ras 超家族的成員之一, 其編碼產(chǎn)物是小G蛋白。RhoA 是細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性的主要調(diào)節(jié)因子之一, 與腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。正常p53可以使RhoA 的負(fù)調(diào)控因子RhoGAP 磷酸化而被激活, 使激活的RhoA 維持在一個(gè)穩(wěn)定的水平, 當(dāng)p53 功能缺失, RhoGAP 就不能被激活, 導(dǎo)致RhoA的持續(xù)激活

14、, 增強(qiáng)了細(xì)胞的浸潤(rùn)和遷移能。同時(shí)ras蛋白中的H-RasG12V 可以吸引RhoA 至細(xì)胞膜, 從而促使其被其他蛋白分子激活。2.2.3.2 p53、K-Ras 共同調(diào)節(jié)組織因子TF組織因子(Tissue factor, TF)是一種不存在于血漿而分布于各種不同組織細(xì)胞中的凝血因子, 它是血液凝固的生理性起始因子,這種跨膜蛋白主要負(fù)責(zé)啟動(dòng)外源性凝血, 修復(fù)血管壁的缺損, 從而達(dá)到止血目的。另外研究還發(fā)現(xiàn)TF 在腫瘤發(fā)生過(guò)程中也具有重要作用, 它可以促進(jìn)腫瘤營(yíng)養(yǎng)所需的血管再生, 促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。K-Ras 激活和p53 的功能缺失可以共同上調(diào)TF的表達(dá)量, 增強(qiáng)TF 的活力。在腫瘤發(fā)生前期

15、, K-Ras 激活導(dǎo)致TF 的過(guò)表達(dá), 隨著腫瘤的發(fā)展, p53 功能的缺失進(jìn)一步促進(jìn)了TF 的表達(dá),二者在腫瘤發(fā)展的過(guò)程中協(xié)同作用, 使TF 的表達(dá)逐步增強(qiáng)。這就使腫瘤細(xì)胞通過(guò)血管再生獲得周?chē)M織的營(yíng)養(yǎng)而持續(xù)增殖。3.結(jié)語(yǔ)：Ras 基因是腫瘤中突變率較高的原癌基因, 其突變率在某些腫瘤中高達(dá)30%-90%，大約30%的人類(lèi)腫瘤被報(bào)道有Ras基因的突變, 尤其在胰腺癌、肺癌、結(jié)腸癌、甲狀腺癌、肝癌和血癌等惡性腫瘤中。Ras 基因編碼的Ras 蛋白作為一種分子開(kāi)關(guān)以軟脂酸共價(jià)鍵形式固定于細(xì)胞膜內(nèi)表面,其在功能上與G蛋白相似。了解其信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和調(diào)控機(jī)制對(duì)治療癌癥的醫(yī)學(xué)研究具有重要意義。正常情況

16、下, p53 與Ras 協(xié)同作用調(diào)控, 使各自處于維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)的最佳水平。任何一方發(fā)生基因異常(突變或缺失)或表達(dá)量的改變, 通過(guò)直接或間接的調(diào)控作用, 最終會(huì)造成另一方的基因異?；虮磉_(dá)的改變。所以對(duì)Ras和p53協(xié)同作用調(diào)控的研究具有更全面和深刻的研究意義。為治療由著兩種基因的突變而引發(fā)的癌癥提供指導(dǎo)意見(jiàn)。文獻(xiàn)：1 張慧, 陳洪.Ras 基因及其調(diào)節(jié)異常與腫瘤發(fā)生的研究進(jìn)展M.中華腫瘤防治雜志, 2010, 17( 12) : 950- 953.2 單寶珍,劉麗娜. K - ras 基因與結(jié)直腸腺癌關(guān)系研究進(jìn)展J. 醫(yī)學(xué)與哲學(xué)(臨床決策論壇版), 2010 ,31(3): 19-23.3 魏

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