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:H-Ras、K-Ras 和N-Ras, 介導生長因子、細胞因子和多種細胞外信號的信息通路, 對細胞的增殖、分化、凋亡等多種生理過程。ras 基因點突變,導致Ras 蛋白異常活化,激活下游信號分子, 造成細胞生長失控而無限制地增殖, 進而引起腫瘤。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，控制細胞增殖、細胞程序性死亡、細胞運動、炎癥反應以及血管生成等。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)生的根本原因是機體在基因水平上失去了對細胞生長的正常調(diào)控作用。到目前為止, 人類已經(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。其中抑癌基因p53 與原癌基因Ras 是在腫瘤發(fā)生過程中突變率較高的兩個基因。它們在腫瘤發(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,屬細胞內(nèi)信號傳導蛋白類原癌基因。人類大多數(shù)細胞中都表達ras 基因,尤其在不成熟細胞和某些末期分化細胞中有高水平表達,且其表達具有組織特異性:H - ras 主要表達于表皮和骨骼肌腺。,K- ras 主要表達于大腸和胸腺,N - ras 主要表達

3、于男性胚胎時期的胸,三種ras 基因結(jié)構(gòu)相似,都含有4 個編碼的外顯子和一個5末端不表達的外顯子,編碼由189個氨基酸組成的結(jié)構(gòu)相似的蛋白,分子量為21KD ,通稱p21Ras 蛋白。1.1 ras基因的調(diào)控機制正常情況下，ras 有活化和非活化2 種形式。與GTP結(jié)合時,為有活性狀態(tài); 而與GDP 結(jié)合時, 為無活性狀態(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 鳥嘌呤核苷酸交換因（RasGEFs) 兩類分子調(diào)控。RasGAPs具有GTP酶活性, 能水解 GTP成GDP進而使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)生點突變或異常擴增,致Ras 蛋白異常活化,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 蛋白在信息傳遞后仍不失活,激活下游信號分子, 造成細胞生長失控而無限制地增殖, 進而引起腫瘤。正常的Ras 信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)包括:Ras 活化、Ras 蛋白生成及信號轉(zhuǎn)導、Ras 下游效應分子。在其上游有依賴Grb - Sos 的Ras 激活通路,下游靶點有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。其中Ras/MAPK信號轉(zhuǎn)導通路是一個典型的核內(nèi)激活轉(zhuǎn)錄因子的級聯(lián)反應通路。目前廣泛流行且被普遍接受的Ras/MAPK轉(zhuǎn)導通路的模式途

5、徑是: 表皮生長因子( epidermal growth factor ,EGF) 表皮生長因子受體(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 細胞生長。Ras/MAPK信號轉(zhuǎn)導通路中的某一信號分子的異常改變均可能影響該信號通路的調(diào)控功能。Ras 在該通路中的主要功能是將生長因子與Raf - MKK - MAPK 細胞信號轉(zhuǎn)導相偶聯(lián),誘發(fā)早期反應基因的表達。研究表明,Ras/ MAPK 信號轉(zhuǎn)導途徑失控與腫瘤細胞的惡性增殖、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)的人類腫瘤如胰腺癌、甲狀腺癌、結(jié)腸直腸癌、非小細胞肺癌和急性髓細胞白血病等10 余種,而且ras 突變位點多集中在第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% 非小細胞肺癌有K-ras 突變；30% 急性髓細胞白血病和肝癌有N-ras 突變。而在腎癌中, 只有10%發(fā)生ras 突變?？梢? 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、肝癌等實體

7、瘤和急性髓細胞白血病中。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)生過程中抑癌基因p53 與原癌基因Ras 之間存在復雜的相互協(xié)同作用。根據(jù)目前的文獻報道, p53 與Ras 之間的協(xié)同作用可以分為3 種：第一, p53 對Ras 的調(diào)節(jié)作用；第二, Ras對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 蛋白在細胞內(nèi)的含量維持在一個較低水平, 當細胞發(fā)生DNA 損傷或者原癌基因突變激活時, p53 會接到上游應激信號, 在細胞內(nèi)的含量隨

8、即升高, 引發(fā)下游一系列的應激反應,如通過p53/p21/Rb 的細胞周期調(diào)控通路阻滯細胞周期, 促使損傷細胞的修復；通過p53/Bax 凋亡調(diào)控通路促進異常細胞的凋亡, 另外p53 的應激還涉及到維持基因組穩(wěn)定、細胞自噬、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)的腫瘤當中都發(fā)生了p53 信號通路的失活, 在所有惡性腫瘤中, p53 基因的突變率超過了50%, 而且突變位點多位于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 獲得了一些類似癌基因的功能, 促進腫瘤的形成及轉(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Ras 的調(diào)控 在正常的生理條件下, p53 通過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 在細胞中的含量都會穩(wěn)定一個動態(tài)平衡的水平。首先，BTG2與p53 蛋白和H-RasV12 結(jié)合, 從而形成一個復雜的復合體p53-BTG2-H-RasV12, 導致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子區(qū)DNA 結(jié)合, 從而來抑制這些與癌癥相關(guān)基因的表達。另外，由于炎癥反應調(diào)控因子NF-B 的激活可以通過增強細胞增殖、轉(zhuǎn)移、逃逸以及血管生成來啟動腫瘤的發(fā)生。癌基因Ras 可以通過腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(TRAF6)導致NF-B 的過表達,說明NF-B是Ras的下游靶件。WT-p53通過糖酵解途徑抑制NF-B 的激活，從而調(diào)控 Ras基因。同時，因為GTP是Ras激活所必須的輔助因子，在發(fā)生DNA 損傷的情況下, p53 誘導的microRNA-34a 的表達通過對GTP 合成限速酶IMPDH 的調(diào)控, 使Ras信號盡量維持在較低水平, 避免了異常細胞的過度增殖。2.

11、2.2 Ras 對p53 的調(diào)控首先，癌基因Ras 可以通過誘導p14ARF 的表達抑制HDM2,從而增強p53 的穩(wěn)定性。因此, 原癌基因Ras 的突變激活會誘導p53 介導的細胞衰老和細胞凋亡。另外Ras-Raf-MEK-ERK 信號可以通過經(jīng)典的cyclin D1 /Cdk4-Rb-E2F 通路和轉(zhuǎn)錄因子Dmp1來激活ARF,從而加強p53 對癌基因信號的應激效應。同時，癌基因K-Ras 可以通過誘導Snail 的表達來抑制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, 在細胞水平調(diào)節(jié)細胞間的黏附, 其過度表達會導致上皮細胞-間充質(zhì)細胞轉(zhuǎn)換(EMT)并且可以增強細胞的

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ATR 的表達, 進而使Snail 大量表達,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, 避免了由p53 引發(fā)的細胞衰老和凋亡, 從而導致腫瘤的發(fā)生。另外,對于腫瘤發(fā)生過程中Ras 和p53 突變的先后順序,有學者提出, 癌基因如Ras 的激活通過DNA 的過度復制激活了DNA 損傷調(diào)控反應(DNA damagecheckpoint response, DDR), 從而引發(fā)癌基因誘導的細胞衰老(Oncogene-induced senescence, OIS

13、)。但是癌基因Ras 長期的持續(xù)性激活又會引發(fā)DDR 選擇性失活, 可能成為抑癌基因p53 突變的篩選壓力, 導致癌基因誘導的細胞衰老程序(OIS)受阻并最終導致腫瘤形成。2.2.3 Ras 和p53 對一些關(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 是細胞運動性的主要調(diào)節(jié)因子之一, 與腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。正常p53可以使RhoA 的負調(diào)控因子RhoGAP 磷酸化而被激活, 使激活的RhoA 維持在一個穩(wěn)定的水平, 當p53 功能缺失, RhoGAP 就不能被激活, 導致RhoA的持續(xù)激活

14、, 增強了細胞的浸潤和遷移能。同時ras蛋白中的H-RasG12V 可以吸引RhoA 至細胞膜, 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責啟動外源性凝血, 修復血管壁的缺損, 從而達到止血目的。另外研究還發(fā)現(xiàn)TF 在腫瘤發(fā)生過程中也具有重要作用, 它可以促進腫瘤營養(yǎng)所需的血管再生, 促進腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移。K-Ras 激活和p53 的功能缺失可以共同上調(diào)TF的表達量, 增強TF 的活力。在腫瘤發(fā)生前期

15、, K-Ras 激活導致TF 的過表達, 隨著腫瘤的發(fā)展, p53 功能的缺失進一步促進了TF 的表達,二者在腫瘤發(fā)展的過程中協(xié)同作用, 使TF 的表達逐步增強。這就使腫瘤細胞通過血管再生獲得周圍組織的營養(yǎng)而持續(xù)增殖。3.結(jié)語：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30%-90%，大約30%的人類腫瘤被報道有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關(guān)以軟脂酸共價鍵形式固定于細胞膜內(nèi)表面,其在功能上與G蛋白相似。了解其信號轉(zhuǎn)導通路和調(diào)控機制對治療癌癥的醫(yī)學研究具有重要意義。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)或表達量的改變, 通過直接或間接的調(diào)控作用, 最終會造成另一方的基因異?；虮磉_的改變。所以對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)的癌癥提供指導意見。文獻：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)系研究進展J. 醫(yī)學與哲學(臨床決策論壇版), 2010 ,31(3): 19-23.3 魏

17、永永, 侯靜等. p53 與Ras 協(xié)同及其在腫瘤發(fā)生中的作用J. 遺傳, 2012, 34(12): 15131521 .4 陸思千, 賈舒婷, 羅瑛. 突變p53 功能研究新進展與個性化的腫瘤治療新策略J. 遺傳, 2011, 33(6): 539548.5汪鑫,聶紹發(fā),等. 大腸癌中P21 基因表達的研究J.九江醫(yī)學,2003 ,18 (2) :63 - 65. 6 趙行宇,呂士杰,沈楠. RAS蛋白的信號轉(zhuǎn)導途徑J. 吉林醫(yī)藥學院學報，2005,26(3)：246-258.7 P. Crespoa and J. Leo´nb. Ras proteins in the control of the cell cycle and cell differentiationJ. CMLS,Cell.Mol.Life Sci.57(2000) 161316368 Kwang-Nym Cho and Kee-ln Lee. Chemistry and Biology of