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癌基因，抑癌基因與細胞周期機制的銜接 zhangsulin 【關(guān)鍵詞】癌基因，抑癌基因，細胞周期，調(diào)控因子 正文 人體由大約30萬億細胞組成，種類可達600種之多，卻都能各司其職，并相互合作完成著復(fù)雜的功能，維系著整體的統(tǒng)一性。眾多細胞這種協(xié)調(diào)和密切合作是借助相互信號傳遞而實現(xiàn)的；且這種相互合作，維持著正常結(jié)構(gòu)和功能。腫瘤的發(fā)生則起源于一個原始細胞，這個原始細胞在惡性轉(zhuǎn)化以前，首先是某個負責傳遞生長信號的基因發(fā)生了突變，使該細胞脫離正常生長調(diào)控系統(tǒng)，變成不受增殖調(diào)控的細胞。當突變在細胞中進一步積累，影響到控制DNA修復(fù)和復(fù)制時，遺傳信息便喪失其穩(wěn)定性，導(dǎo)致細胞的惡性轉(zhuǎn)化。因此，從本質(zhì)上說，腫瘤的產(chǎn)生是喪失細胞調(diào)控機能的結(jié)果。而正常細胞的增殖則是接收外源生長信號刺激后按嚴格的時空順序進行，其增殖周期受到精確調(diào)控。生長信號的異常和細胞周期調(diào)控的異常將導(dǎo)致細胞增殖異常，最終產(chǎn)生惡性克隆。 1．細胞周期及周期調(diào)控 細胞周期分為G0/G1（Gap phase）、S（DNA Synthesis）、G2、M（Mitosis）等幾個周期。G0/G1期細胞暫不增殖，不同分化的細胞發(fā)揮著各自的功能。各種外源生長因子刺激后，信號由細胞外傳導(dǎo)到細胞核內(nèi)，順序啟動與DNA復(fù)制和細胞增殖有關(guān)的基因群，細胞開始DNA的合成進入S期，之后歷經(jīng)S、G2、M期，進行DNA的正確復(fù)制及姊妹染色體的均衡分配，分裂而成的子代細胞進入G0/G1期生長、分化、成熟、完成一次周期循環(huán)。 正常細胞的增殖按精確而協(xié)調(diào)的時空順序進行，受到諸多調(diào)控因子復(fù)雜而精確的控制。這些調(diào)控因子組成了細胞周期的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，它們之間存在著錯綜復(fù)雜的相互關(guān)系，各種調(diào)控途徑尚未完全闡明。但現(xiàn)在已明確其中核心作用的因子為“周期蛋白-依賴周期蛋白的激酶（cyclin-cdks）”復(fù)合物。 cyclin-cdks復(fù)合物的主要作用是推動細胞周期進程，促使細胞通過各周期的調(diào)控點（checkpoint），完成順序的時期轉(zhuǎn)換。細胞周期中兩個主要的調(diào)控點涉及G1-S，G2-M期轉(zhuǎn)換，第一個稱周期起始點（Start point），位于G1期末，此時DNA合成開始，不久進入S期，一旦細胞完成G1-S轉(zhuǎn)換，承諾DNA合成，余下的周期時間無需生長信號就可順序發(fā)生，直至完成有絲分裂，因此G1-S的周期起始點是細胞增殖最關(guān)鍵的限制點。第二個為M期進入點，細胞由G2期進入M期，開始有絲分裂。 在cyclin-cdks中，cdks為催化亞基，cyclin為調(diào)節(jié)亞基，cdks屬ser/Thr蛋白激酶，與cyclin結(jié)合后獨具細胞周期特有的蛋白激酶活性，作用于多種與細胞增殖、分裂相關(guān)的蛋白質(zhì)。Cdks在裂殖酵母中為cdc2基因編碼的p34-cdc2蛋白，在哺乳動物細胞中則分離到與cdc2相關(guān)的一系列cdks家族成員cdks-6。cdks的含量在細胞周期中是恒定的，但其活性在發(fā)生周期性的變化，這是靠調(diào)節(jié)亞基cyclin在各時期周期性的積累和分解來實現(xiàn)的。【fig1】 cyclin在裂殖酵母中主要有兩類，一類為G1-cyclin，另一類為M-cyclin。當細胞有絲分裂結(jié)束．由M期進人G期后，M-cyclin降解。p34失活，隨后G1-cyclin逐步合成積累，與p34p結(jié)合形成復(fù)合物并使之激活，推動細胞通過周期起始點,進人S期；在細胞從S期進人G2期過程中、G1期cyclin降解，P34失活，之后M-cyclin又逐步合成積累，與失活態(tài)pp34結(jié)合形成MPF（M期促發(fā)因子），在G2期末使pp34恢復(fù)活性，推動細胞通過M期進人點，完成細胞的有絲分裂。在M期，要保證復(fù)制后的染色體能夠正確分到兩個子細胞，需要紡錘體組裝。存在紡錘體組裝調(diào)控點（checkpoint）?？赡苌婕癕AD1，2，3基因。對M期精細調(diào)控研究發(fā)現(xiàn)，M期也有象MAPkinase,ninc kinase,MPM2 kinase,CaM dependent kinase,PP1,PP2等一系列酶參與。其中許多激酶受到MPF調(diào)控。MPF作用底物Cyclin B ，調(diào)節(jié)P34活性；P53，影響亞細胞定位；C-Abl,調(diào)節(jié)細胞；GTP-結(jié)合蛋白，細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運阻斷。 在哺乳動物細胞中cyclin包括A,B,C,D,E五類家族成員,其中C、D、E 為候選的G1-cyclin，B類為候選的M-cyclin．A類似乎具有在E類降解后取而代之的功效，與G2/M期轉(zhuǎn)換相關(guān)。每類cyclin有各自相應(yīng)的cdks，如cyclinDI多與cdk4形成復(fù)合物。【fig2】圍繞細胞周期各時期過渡調(diào)控的大量研究表明；從功能上講，諸多調(diào)控因子包括p53、Rb、pl6等抑癌基因均是位于細胞周期的調(diào)控點上，特別是在G1-S轉(zhuǎn)換的周期起始點，通過cyclin-cdks來影響細胞周期進程的。 2．抑癌基因與細胞周期 抑癌基因主要有一下功能： （1） 誘導(dǎo)始末分化。 （2） 維持基因穩(wěn)定。 （3） 觸發(fā)衰老，誘導(dǎo)細胞程序性死亡。 （4） 調(diào)節(jié)細胞生長。 1） 負性生長因素的信號傳導(dǎo)。 2） 調(diào)節(jié)基因：TP、Tr。 （5） 抑制蛋白酶活性。 （6） 改變DNA甲基化酶活性。 （7） 調(diào)節(jié)組織相容性抗原。 （8） 調(diào)節(jié)血管生成。 （9） 促進細胞間聯(lián)系。 其產(chǎn)物在正常情況下抑制細胞生長，對生長、分化、增殖過程起負調(diào)節(jié)作用功能喪失導(dǎo)致細胞惡性轉(zhuǎn)化。 2.1 Rb基因：Rb基因編碼的pRb蛋白活性，是通過cyclin-cdks對pRb的周期性磷酸化和去磷酸化作用來調(diào)節(jié)的。cyclin-cdks可使p110-Rb高度磷酸化而喪失與其它因子結(jié)合的能力。在G0-G1期pRb處于去（低）磷酸化狀態(tài)，具抑癌活性，可與某些因子如轉(zhuǎn)錄因子E2F結(jié)合。游離的E2F是一類基本的轉(zhuǎn)錄因子，其識別序列廣泛存在于一些與DNA復(fù)制和細胞增殖相關(guān)基因的非編碼區(qū)。這些基因包括組蛋白及非組蛋白、cyclinE、cyclinA、IGF、IGFR、TGF-α、癌基因C-myc、C-erbB-2、C-jun、C-sis等及Rb本身。這樣pRb可通過結(jié)合E2F而阻止上述基因的啟動，使細胞停滯在G0-G1期。當細胞接受生長信號等刺激后，G1期特異的cyclin積累，與cdks結(jié)合并使之具催化活性，催化pRb高度磷酸化而喪失結(jié)合E2F的能力，釋放出游離的E2F，啟動與增殖相關(guān)的基因群，促進細胞通過Start點完成G1—S期轉(zhuǎn)換，以后自GI期末-S期-G2末期，pRb保持高度磷酸化的失活狀態(tài)，在M期及G0-G1期，pRb在磷酸化酶的作用下脫磷酸化而恢復(fù)活性，再次結(jié)合E2F等因子，使細胞進入穩(wěn)定的G0期或延長G1期（G1 arresting、G1期停滯）。Rb與p21、CDK4及TGF-β之間存在相互調(diào)節(jié)，腺病毒E1A、SV40、大T抗原、HPVE7蛋白可與Rb蛋白結(jié)合并使其失活，同時發(fā)現(xiàn)細胞中也存在某些與上述DNA病毒蛋白在功能核結(jié)構(gòu)上類似的蛋白也可與低磷酸化的Rb結(jié)合，說明Rb參與和調(diào)節(jié)細胞由G1向S期過渡行使功能，而DNA病毒蛋白與Rb蛋白形成復(fù)合物可使細胞擺脫Rb的負調(diào)節(jié)控制，使細胞表型發(fā)生變化，可為病毒致癌機制之一?！緁ig3】 2.2 p53基因和WAP/CIP基因（wildtype p53 activated factor/cdks inhabiting protein）：p53基因所編碼的野生型p53蛋白（p53RT）和積累，也可介導(dǎo)G1期停滯。這是通過由WAF/CIP編碼的p21作用于cyclin-cdks來實現(xiàn)的，當DNA損傷時，p53RT通過翻譯后機制積累，然后結(jié)合于WAF/CIP上游非編碼區(qū)的兩個p53RT特異組合序列上，并以其N端一轉(zhuǎn)錄活性很強的氨基酸區(qū)段，反式激活WAF/CIP1轉(zhuǎn)錄，表達p21蛋白。P21則通過抑制多種cyclin-cdks或/和PCNA的活性，直接在S期前或S期阻止DNA的復(fù)制，以使受損DNA有足夠時間得到修復(fù)。若修復(fù)失敗，p53可通過某些機制誘發(fā)細胞凋亡，以確保基因組的遺傳穩(wěn)定。P53基因突變后編碼產(chǎn)生的突變型p53蛋白（p53RT）,則不能在DNA受到損傷時監(jiān)測基因組的完整，導(dǎo)致DNA復(fù)制出錯誤的拷貝并分配到子細胞中去，這必然容易產(chǎn)生存在基因突變和染色體畸變的惡性克隆。近年來研究發(fā)現(xiàn),TP53家族成員P63,P73與P53有復(fù)雜緊密的相互作用網(wǎng)絡(luò),且有與P53相似作用。P63與上皮干細胞自新和動態(tài)平衡有關(guān), P73與神經(jīng)發(fā)生,自然免疫反應(yīng)有關(guān)?！緁ig4，5，6】 2.3 PTEN基因：PTEN通過抑制其磷酸化而負向調(diào)節(jié)AKT活性，因此PTEN抑制PI3-kinase/Akt 信號途徑，而PI3-K可磷酸Rb，從而釋放E2F轉(zhuǎn)錄因子，對細胞生長很重要，PTEN的作用有一下四點：1）在損傷修復(fù)時，阻滯細胞周期從G1－>S期。2）通過阻滯Akt活性，升高Bad和Caspase-9活性，從而促進凋亡。3）通過阻滯Akt介導(dǎo)的VEGF基因轉(zhuǎn)錄，而防止損傷修復(fù)所需的由缺氧導(dǎo)致的血管形成。4）抑制Akt介導(dǎo)的細胞遷移，所以PTEN可抑制腫瘤生長與轉(zhuǎn)移?！緁ig7，8，9】 2.4 VHL基因：VHL蛋白為SKP1-Cdc53/cull-F-box(SCF)樣蛋白復(fù)合體的一個調(diào)節(jié)亞基，為泛素化蛋白水解的特異性蛋白。PVHL可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子HIF-1和HLF-2的水解，可阻滯VEGF及其它由缺氧誘導(dǎo)的mRNAs的轉(zhuǎn)錄。從而抑制細胞周期。 2.5 P16基因：其編碼CDK4的抑制蛋白。P16與cyclin D競爭與CDK4結(jié)合，當P16與CDK4結(jié)合后能特異性抑制CDK4活性。低磷酸化或非磷酸化的Rb可阻止細胞由G1進入S期，而CDK4可使Rb磷酸化，CDK4受抑制，使之不能解除Rb對轉(zhuǎn)錄因子的抑制，從而抑制細胞增殖，阻止細胞生長，且Rb，P16，cyclin D，CDK共同組成了反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 2.6 P15基因：P15主要功能可通過CDK4和CDK6結(jié)合，抑制CDK4-cyclin D和CDK6-cyclin D，從而抑制細胞增殖。P15的轉(zhuǎn)錄可被TGF-β誘導(dǎo)，提示P15使細胞停止在G1期的生長抑制作用可能通過接觸抑制，作為細胞生長抑制信號的效應(yīng)因子而起作用。（有一類CDK抑制因子家族P16INK4，P15INK4B，P18INK4C和P19INK4D，它們特異性抑制cyclin D/CDK4，cyclin D/CDK6，TGFβ誘導(dǎo)的細胞阻滯在G1期，起源于P15INK4B轉(zhuǎn)錄量的增加，后者可與cyclin D/CDK4，cyclin D/CDK6復(fù)合體結(jié)合，取代復(fù)合體中的P27KIP1，使P27KIP1結(jié)合并抑制cyclin E/CDK2復(fù)合體。TGFβ抑制生長的作用歸因于對上述兩種cyclin/CDk復(fù)合體的共同抑制。） 2.7 FHIT基因：人類FHIT蛋白是一典型的AP3A水解酶（5’，5’-pl，p3-triphosphate hydrolase），催化Ap3A的水解反應(yīng)，使Ap3A水平下降。FHIT基因突變導(dǎo)致AP3A水解酶活性喪失，從而導(dǎo)致AP3A或類似復(fù)合物水平升高并促使腫瘤發(fā)生，F(xiàn)HIT蛋白還具有去除mRNA帽類似體的作用。 2.8 BRCA1， BRCA2結(jié)構(gòu)完全不同，但在生物學(xué)功能，腫瘤發(fā)生機制等方面有很多相似之處，如都有DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，可作為轉(zhuǎn)錄因子對相應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄起調(diào)控作用，還可與Rad51蛋白相互作用，在DNA損傷修復(fù)過程中發(fā)揮功能。BRCA1可抑制中心體復(fù)制，與一些蛋白共同調(diào)節(jié)中心體復(fù)制，如BRCA2, CDK2-CyclinA, CDK2-CyclinE, GADD45, P21, P53和Rb。 2.9 DCC：DCC基因編碼分子量為190KD的跨膜磷酸化蛋白，可能為一種信號傳遞受體。DCC基因的DNA序列與已知的細胞粘合分子和其它有關(guān)的細胞表面糖蛋白相似，參與維持細胞間的相互作用，而細胞間粘著和聯(lián)系的破壞是惡性轉(zhuǎn)化的重要條件。 2.10 APC：APC基因編碼產(chǎn)物含2843個氨基酸，與眾多癌基因，抑癌基因及cyclin，CDK有相互調(diào)節(jié)作用?！緁ig10】 2.11 MCC基因：MCC基因編碼產(chǎn)物含有829個氨基酸，部分序列和G1蛋白結(jié)合的一種受體相似。 2.12 WT1基因：WT1蛋白含有245個氨基酸，為含有4個鋅指區(qū)的一種轉(zhuǎn)錄因子，與轉(zhuǎn)錄因子的早期生長應(yīng)答成分（early growth response-1，EGR1）家族同源，這兩種蛋白與DNA結(jié)合的序列也一樣。EGRI在調(diào)節(jié)增殖周期中具有重要作用，與Myc和E2F等相似，能刺激細胞的增殖，WT1蛋白與DNA的特定序列結(jié)合后即抑制EGR1與DNA的結(jié)合，抑制EGR對轉(zhuǎn)錄的激活作用，通過EGR1發(fā)揮對細胞生長的抑制作用。WT1還對其它生長相關(guān)基因如IGF-II，PDGFA鏈等起轉(zhuǎn)錄抑制作用。WT1也能與P53結(jié)合形成復(fù)合物，在P53缺失時，WT1對EGR1具反向式激活作用而不是抑制，但當WT1與P53結(jié)合則增強P53的反式激活功能。 2.13 NF1，NF2基因：NF1基因編碼與GTP酶激活蛋白GAP序列同源，而GAP可修飾Ras基因產(chǎn)物P21的功能，NF1可與RasP21結(jié)合，激活GTP酶活性，下調(diào)P21蛋白活性，以此參與和P21有關(guān)的信號傳遞調(diào)節(jié)。NF2基因產(chǎn)物與細胞膜和細胞內(nèi)骨架連接有關(guān)，其功能喪失導(dǎo)致細胞內(nèi)骨架結(jié)構(gòu)紊亂而引起細胞異常增殖。 2.14 HNPCC基因：有四種基因hMSH2, hMSH1，hpMS1，hpMS2，其基因功能是識別和修復(fù)錯配的DNA，若功能喪失，則不能對轉(zhuǎn)換和顛換突變進行識別和修復(fù)，從而激活癌基因或使抑癌基因失活。 2.15 DPC4基因：DPC4蛋白的功能類似于Mad蛋白，在細胞信號傳遞方面具有重要作用，與TGF-β之間也存在相互調(diào)節(jié)關(guān)系。 2.16 nm23基因：目前認為nm23可能為具有NDPK功能的基因。nm23可通過與NDPK相似的途徑在調(diào)節(jié)細胞信號的傳遞、細胞分化過程中發(fā)揮作用。NDPK可能通過兩種途徑參與細胞調(diào)節(jié)：1）影響微管聚合以調(diào)節(jié)細胞運動。2）通過影響G1蛋白的信號傳遞發(fā)揮負調(diào)節(jié)作用。 2.17 TGFβ受體：TGFβII型受體基因，TGFβ被絲/蘇氨酸蛋白激酶觸發(fā)，其下游效應(yīng)分子為Smad家族。Smad為候選的腫瘤抑制基因，行使轉(zhuǎn)錄因子功能，調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄如P21。TGFβ是一種生長抑制因子，進而阻斷細胞周期。TGFβ可下調(diào)G1與G2期CDK與cyclin的活性與蛋白量，也能抑制Rb磷酸化，且CKI，P27是TGF-β介導(dǎo)的細胞周期控制的正負調(diào)節(jié)因子。癌基因EWS-FLT1，EWS-ERG或EWS-ETV1，能夠抑制TGF-βRII的轉(zhuǎn)錄。TGF-β對于不同細胞有不同的效應(yīng)。對成纖維母細胞等類型細胞，主要刺激細胞分裂，而對大多數(shù)上皮細胞，卻起抑制作用?！緁ig11】 2.18 ATM基因：ATM基因突變發(fā)生在細胞的G1/S、S與G2/M檢查點處，表明ATM是這三個環(huán)節(jié)的一個共同因素，而且，因P53應(yīng)答DNA損傷，源于ATM患者的突變細胞減少。在該檢查點，ATM位于P53的上游?！緁ig12】 2.19 CDKI另一組：包括P21WAF/CIP1，P27KIP1和P57KIP2，可抑制cyclin D/CDK4，cyclin D/CDK6，cyclin E/CDK2，cyclin A/CDK2活性，這些抑制蛋白還可通過一未知機制抑制CAK引發(fā)的CDK活化。任何CDK抑制因子都可以作為腫瘤抑制蛋白?！緁ig13】 2.20 Caveolin-1：可能一個抑癌基因，其表達的上調(diào)能夠介導(dǎo)接觸抑制，同時對P42/44MAP激酶級聯(lián)反應(yīng)進行負調(diào)控，抑制腫瘤的生長。 2.21 LUCA15：是一個假定的腫瘤抑制基因，在ras轉(zhuǎn)化細胞中表達下調(diào)，說明是通過改變mRNA水平來調(diào)控細胞增生的。 2.22 抑癌基因間的相互作用，在正常細胞的生長、分化、增殖中，p53、WAF/CIP、Rb、P16等均通過cyclin-cdks這一中心環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要調(diào)控作用，它們之間相互作用、相互影響并的極有可能存在協(xié)同抑癌作用。在放射線所致DNA損傷時，p53-p21-cyc-cdks-pRB-E2F的調(diào)控作用已有部分實驗支持，另有實驗提示：Rb發(fā)生缺失所致的異常增殖克隆，可因p53的積累而被誘導(dǎo)凋亡。P53的作用似乎主要是在DNA損傷時對基因組的完善進行監(jiān)控，而Rb的作用更為廣泛、基本，已證實其對細胞的分化，胚胎發(fā)育是必不可少的。另據(jù)目前研究，尚提出了包括p53-p21-cyc-cdks-pRB-E2F-p16的負反饋調(diào)節(jié)環(huán)路：游離的E2F不僅啟動與增殖有關(guān)的基因群，還啟動MTS1基因表達p16，p16蛋白與cyclin競爭結(jié)合cdk4，與p16結(jié)合的cdk4不能磷酸化Rb，未磷酸化的Rb結(jié)合游離的E2F，以使細胞增殖得到精確的調(diào)控。【fig14】 3．癌基因與細胞周期 I）在闡述各種類型的癌基因之前，有必要提到信號傳導(dǎo)途徑。因為這些途徑中出現(xiàn)的異常將導(dǎo)致癌癥和許多疾病的發(fā)生。環(huán)境信號以細胞因子、小分子量激素、生長因子和鑲嵌于細胞膜的蛋白等形式存在，并通過以下兩種主要機制進入細胞。一種是胞膜上的特異性跨膜受體，它與相應(yīng)的配體結(jié)合后，將信號傳入胞內(nèi)；另一種是信號直接進入細胞內(nèi)后與特異性靶蛋白或受體分子接觸并結(jié)合。通過受體分子引發(fā)的酶活性或核苷酸結(jié)合形式的變化可啟動一系列生化反應(yīng)。這些生化反應(yīng)導(dǎo)致一系列蛋白激酶的激活，如Raf/MEK（MAP/EARK激酶）/MAP（絲裂原激活蛋白）激酶系列反應(yīng)，Raf是ras癌基因的一類直接效應(yīng)器，MAP為絲裂原激活蛋白，ERK為細胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶，還涉及磷脂酶C（PLC）磷酸肌醇3’-激酶（PI3K），Janus激酶（Janus Kinase，Jak）及信號伴隨物，信號傳導(dǎo)因子核轉(zhuǎn)錄活化因子（STAT）蛋白，包括環(huán)核苷，活化轉(zhuǎn)錄因子（ATF，如Fos和Jun癌基因有此功能），信號傳導(dǎo)的最終靶點是調(diào)節(jié)哺乳動物細胞的轉(zhuǎn)錄機制?！緁ig15，16，17，18】 當癌基因產(chǎn)物組成活化的配體、受體或下游元件時，它便能克服生長因子依賴性。多重平行的信號傳遞途徑被生長調(diào)節(jié)因子協(xié)同激活，其中包括RAS途徑、PI(3K)激酶途徑、磷脂酶C途徑，以及涉及到SRC家族蛋白及與STAT蛋白協(xié)同的Janus激酶（JAKs）途徑【fig35】。這些途徑的各控制點均能成為癌蛋白失調(diào)靶點，過度表達或者異位表達無結(jié)構(gòu)改變的蛋白，或者是其正?；パa鏈的轉(zhuǎn)譯突變，形成點突變或截短末端。通過引起信號傳遞失調(diào)，癌蛋白能使細胞分裂失控或無限生長。信號傳遞鏈中的許多成員能轉(zhuǎn)化細胞。這樣，生長因子及其受體、RAS和RAF均被鑒定為癌基因產(chǎn)物，當SHCs和MEK過度表達或者發(fā)生突變時，也具有轉(zhuǎn)化活性，大多數(shù)癌基因產(chǎn)物的主要作用是通過上調(diào)RAS和RAS相關(guān)信號途徑實現(xiàn)的。 1．GTP結(jié)合蛋白：為一類分子開關(guān)，包括G蛋白核Ras超家族成員。GTP結(jié)合蛋白是一類分子開關(guān)，調(diào)節(jié)從酵母到哺乳動物細胞內(nèi)多種生理過程，可分為兩大類:GTP-結(jié)合蛋白（G蛋白）和Ras超家族成員，前者是由α、β、γ亞單位組成的異三聚體，后者是單體蛋白，分子量位20～25kd。這些蛋白質(zhì)能和GTP（三磷酸鳥苷）或GDP（二磷酸鳥苷）結(jié)合，與這兩種不同核苷所結(jié)合引起的結(jié)構(gòu)改變使G蛋白處于“開”或“關(guān)”的狀態(tài)。正向調(diào)控物通過核苷（GTP/GDP）轉(zhuǎn)化使G蛋白和Ras超家族蛋白結(jié)合GTP處于“開”的狀態(tài)，負向調(diào)節(jié)物或靶蛋白（效應(yīng)器）能激活一種內(nèi)源性GTP酶的活性，從而使G蛋白或Ras蛋白結(jié)合的GTP變?yōu)镚DP，恢復(fù)至活性狀態(tài)，即“關(guān)”狀態(tài)。G蛋白和Ras超家族成員（Ras，Rho，Rac，Cdc42，TC21/R-Ras及Ran），它們和細胞周期的調(diào)節(jié)和絲裂信號的傳導(dǎo)有關(guān)。 1.1 G蛋白 是激素受體的開關(guān)和第二信使系統(tǒng)的調(diào)節(jié)因子，它們也參與細胞增殖。當他與G蛋白相偶聯(lián)的受體激活后，α亞單位與β、γ亞單位分離開來，α和β/γ都有效應(yīng)器功能。接受來自G蛋白偶聯(lián)受體來的有絲分裂的信號后，β及γ二聚體復(fù)合物通過蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）-依賴途徑激活MAP激酶級聯(lián)反應(yīng)。此外，Gα的某些形式具有真正的癌基因功能。例如：在一些垂體、甲狀腺、卵巢及腎上腺癌腫瘤中發(fā)現(xiàn)GS（激活性G蛋白，能使腺苷酸環(huán)化酶AC活性增高，gsp）及Gi（抑制性G蛋白，能使腺酸苷環(huán)化酶AC活性降低，gip）的特殊亞型的α亞單位發(fā)生突變。這些突變導(dǎo)致G蛋白的GTP酶活性喪失，從而使G蛋白始終保持在活性的GTP-結(jié)合狀態(tài)。 1.2 Ras超家族 Ras超家族蛋白調(diào)節(jié)許多生理活動，包括促進有絲分裂信號（Ras及密切相關(guān)蛋白質(zhì)）細胞骨架構(gòu)成（Rho及Rac蛋白），核功能（Ran），及膜與蛋白運輸（Rab蛋白質(zhì)）。在多種信號刺激下Ras蛋白能激活幾條信號傳遞途徑，這些信號包括生長因子、G-蛋白偶聯(lián)受體（G-protein-coupled receptors）及整合素（integrins）。能激活Ras信號途徑的有絲分裂的信號來自生長因子受體，這些含有酪氨酸激酶區(qū)域的受體有血小板衍生生長因子及表皮生長因子/HER2受體。一旦與配體結(jié)合這些受體在酪氨酸殘基上發(fā)生自我磷酸化，接頭蛋白（adapter）如生長因子受體結(jié)合蛋白2（growth factor-receptor-binding protein 2，Grb2）及Shc（src homology and collagen，一種接頭蛋白，有同系物和膠原蛋白組成。）即結(jié)合到磷酸化受體的特異位點上。這些結(jié)合反應(yīng)是有SH2區(qū)特異性介導(dǎo)的。Grb2及Shc也具有SH3區(qū)。SH3區(qū)能夠與另一種Ras-相關(guān)蛋白的特殊多聚脯氨酸區(qū)結(jié)合，這種蛋白叫作SOS，是這一基因的果蠅屬同系物（son-of sevenless）的首字母縮寫。SOS基因編碼核苷酸交換因子蛋白質(zhì)。這種核苷酸交換因子協(xié)助Ras釋放出GDP并且使Ras蛋白穩(wěn)定在無核苷酸狀態(tài)。一旦GDP釋放，Ras蛋白質(zhì)迅速與鳥苷酸重新結(jié)合，但大多數(shù)時候是與GTP而非GDP結(jié)合，因為在哺乳動物細胞中，GTP濃度大約是GDP的10倍。除了SOS，其它核苷酸交換因子也能協(xié)助GTP與Ras蛋白結(jié)合。一旦處于GTP結(jié)合狀態(tài)，Ras就能與特異效應(yīng)器相互作用。這些效應(yīng)器分子是能介導(dǎo)信號傳導(dǎo)下一步過程的細胞內(nèi)蛋白。已提出的幾種Ras效應(yīng)器包括蛋白激酶Raf及MEK激酶，它們分別啟動MAP激酶及應(yīng)激-激活蛋白激酶（stress-activated protein kinase, SAPK）級聯(lián)反應(yīng)。Ras的GTP酶激活蛋白（GAP），以及神經(jīng)纖維瘤I型基因的蛋白產(chǎn)物神經(jīng)纖維素（neurofibromin）也顯示RasGAP活性。這些效應(yīng)器蛋白中的任何一個都可直接與Ras結(jié)合，成為多蛋白復(fù)合物的一部分并介導(dǎo)信號傳導(dǎo)某一方面。【fig19】如果Ras蛋白發(fā)生突變，失去內(nèi)在的GTP酶活性，Ras蛋白保持GTP結(jié)合狀態(tài)，它將始終處于激活狀態(tài)。在人類腫瘤中，事實上幾乎所有在Ras蛋白中發(fā)生的突變都損害GTP酶的活性。與Raf相互作用的Ras蛋白，通過MEK磷酸化激活MAP激酶級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致DNA合成的激活。Cdc42，Rac與Rho蛋白由鳥苷酸交換因子和GAP調(diào)節(jié)，其作用方式和前述Ras蛋白相似。激活的Rac與Rho蛋白本身來轉(zhuǎn)染細胞或通過增加能促進GTP結(jié)合的核苷酸交換因子而獲得。來自這種途徑的一種典型的交換因子Db1。其它與Db1有相似序列和功能的蛋白有癌基因蛋白Ost，Vav，Ect2，Tim和Lbc，以及侵襲因子Tiam，后者能增加T-淋巴細胞的轉(zhuǎn)移能力。Rho/Rac途徑也能通過某些細胞表面的整合素受體與其配體結(jié)合而直接激活。 2．MAP激酶途徑 在哺乳動物細胞中，至少有3種這樣的模式已被闡明。它們在腫瘤學(xué)的重要意義在于，Raf是常見的癌基因Ras的直接效應(yīng)器。Raf是絲氨酸/蘇氨酸激酶，它隨著和細胞質(zhì)膜上的激活的Ras結(jié)合而被激活。激活后的Raf使MEK磷酸化，MEK是酪氨酸/蘇氨酸激酶。激活的MEK又使胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extralcellular regulator kinase，ERK）磷酸化，后者是絲氨酸/蘇氨酸激酶。激活的ERK使許多蛋白底物，包括轉(zhuǎn)錄因子亞單位ELK-1磷酸化。MAP激酶級聯(lián)反應(yīng)的激活所引起的細胞反應(yīng)包括在血清反應(yīng)元件控制下，直接早期基因轉(zhuǎn)錄增加，如c-fos, 以及DNA合成增加和細胞轉(zhuǎn)化?！緁ig20】 Jak含有兩個激酶區(qū)域。Jak似能介導(dǎo)激活所有細胞因子信號傳導(dǎo)。這些激酶通過細胞因子介導(dǎo)受體二聚化而激活，接著是Jak-介導(dǎo)自我磷酸化和受體酪氨酸的磷酸化。這些磷酸化酪氨酸形成SH2區(qū)-介導(dǎo)的STAT的停泊位點，STAT是一個轉(zhuǎn)錄因子家族。假說認為隨后的受體-相關(guān)Jak使STAT酪氨酸磷酸化將導(dǎo)致STAT形成二聚體，并從受體上分離下來再移入胞核。STAT1和3的活性也可能有ERK1激酶級聯(lián)反應(yīng)調(diào)節(jié)，因為這些轉(zhuǎn)錄因子的絲氨酸磷酸化明顯增強它們的活性。 3．第二信使 在過去幾年中已逐漸證明胞膜的許多脂質(zhì)成分既有信號活性又有結(jié)構(gòu)活性。參與了生長因子介導(dǎo)的信號傳導(dǎo)?；蛘T變研究顯示PI3K的激活對幾種生長因子受體及癌基因產(chǎn)物介導(dǎo)的有絲分裂是必要的?！緁ig21，22】鈣調(diào)素通過G1/S，G2/M，M中期/后期三個位點調(diào)節(jié)，發(fā)揮增殖調(diào)控作用。鈣調(diào)素結(jié)合蛋白參與，影響DNA復(fù)制酶系的組裝和穩(wěn)定，參與G1/S轉(zhuǎn)移；鈣調(diào)素通過作用CDK-CYCLIN等，參與G2/M的調(diào)節(jié)；對P34的激活是必須；在脫離M期的調(diào)節(jié)中，其介導(dǎo)Ca所引起的Cyclin B的降解與MPF的失活有關(guān)。 4．核受體超家族 所有核受體所共有的兩個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)元素包括DNA-結(jié)合區(qū)域（DBD）和配體或激素-結(jié)合區(qū)域。一個理想的核受體的特征位，DNA-結(jié)合區(qū)-一般見于受體蛋白的中心并且有兩個鋅指復(fù)現(xiàn)模式（zinc finger motif），這兩個鋅指復(fù)現(xiàn)模式引導(dǎo)核受體與靶基因啟動子區(qū)的特異核酸序列相結(jié)合。受體的C-端側(cè)含有配體結(jié)合區(qū)，N端的其它區(qū)核受體的LBD是受體轉(zhuǎn)錄激活功能的重要介導(dǎo)者。 一旦進入核內(nèi)，和配體結(jié)合的受體即結(jié)合于專門的DNA序列，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄活性。在核受體中已發(fā)現(xiàn)兩個獨立的二聚體復(fù)現(xiàn)模式，一個DBD，另一個在LBD。一旦受體-配體復(fù)合物結(jié)合于某個基因的特異的促進子元件上，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄激活和抑制。【fig23】 II）顧名思義，能參與和直接導(dǎo)致正常細胞惡性變的任何基因稱癌基因。由于細胞癌基因在正常細胞中以非激活的形式存在，故稱原癌基因是生物過程的重要調(diào)控因子，在基因組中的它們并不僅僅引發(fā)腫瘤形成，而是正常生物過程所必需的。在細胞生長過程中，它們起著多方面的作用，如增殖、凋亡、基因組穩(wěn)定和分化。生長因子能使細胞周期進程通過一個或多個檢查點，癌基因可通過以下幾個途徑破壞正常細胞的生長控制機制而致癌： ⑴有義突變活化原癌基因并進一步激活與生長因子受體相連的信號傳遞鏈組分，導(dǎo)致細胞分裂，或這種突變影響細胞周期的正調(diào)控成分（如細胞周期素D）即增加了生長信號導(dǎo)致細胞增殖。 ⑵降低了負性生長信號，去除了細胞生長抑制因子。 ⑶阻斷了維持正常細胞生長的分化過程。 ⑷阻斷了維持正常細胞生存力必須的死亡過程。因此，細胞周期核心引擎及偶聯(lián)生長因子與該引擎的信號傳導(dǎo)途徑都是癌基因損傷的常見目標?！緁ig24，表2】大多數(shù)癌基因可歸為以下幾類： 1．細胞外生長因子：第一個有明確功能的癌基因產(chǎn)物是v-sis蛋白，它是血小板生長因子（PDGF）的一種修飾形式，PDGF是間質(zhì)細胞培養(yǎng)過程中所需的重要血清有絲分裂原。細胞感染帶有v-sis的猴肉瘤病毒后，v-sis引發(fā)有功能性PDGF產(chǎn)生[60],這種自分泌刺激作用（autocrime stimulation）產(chǎn)生了對PDGF應(yīng)答性細胞的慢性生長刺激。通過在實驗性病毒體系中插入啟動子，可激活其它一些生長基因（如LL-2,3，粒細胞/巨噬細胞集落刺激因子）。但生長因子基因的突變激活在人類腫瘤中少見。不管是遺傳水平還是胚胎水平的改變，腫瘤細胞通常產(chǎn)生一個自分泌和旁分泌生長因子的復(fù)合物，這包括PDGF，TGFα，集落刺激因子1（CSF-1），成纖維細胞生長因子（FGF）和肝細胞，生長因子一分散因子（HGF-SF）。在一些星形細胞瘤、肉瘤和膠質(zhì)瘤中，發(fā)現(xiàn)有PDGF的A，B鏈異常表達。TGFα和安非調(diào)節(jié)素（amphinegulin）都屬于表皮生長因子（EGF）家族，由腫瘤細胞分泌并且是間葉和上皮細胞的有絲分裂原。缺乏胰島素樣生長因子-1（IGF-1）受體的轉(zhuǎn)化細胞不應(yīng)答，說明IGF-1及其受體在惡性轉(zhuǎn)化中是必需的，其它與多肽生長因子有關(guān)的癌基因包括FGF家族中的三個成員，即KS3癌基因，INT2和HST。FGF家族成員具有多種功能，如作為有絲分裂原，血管形成因子和圖式形成劑。 2．受體酪氨酸激酶：產(chǎn)物位于胞膜，與生長因子受體相關(guān)的neu（或稱C-erbB/HER-2）家族，C-erbB的表達產(chǎn)物P185與表皮生長因子受體EGFR的結(jié)構(gòu)和功能相似，均為跨膜蛋白，位于胞外的N－端具有與配體（生長因子）結(jié)合的位點，位于胞內(nèi)的C－端則具酪氨酸激酶活性。蛋白質(zhì)酪氨酸殘基磷酸化反應(yīng)與細胞生長，增殖的關(guān)系十分密切。 3．產(chǎn)物位于胞質(zhì)，屬非受體酪氨酸蛋白激酶的SRC家族，此類癌基因的產(chǎn)物具有很高同源性，均為特異性酪氨酸蛋白激酶。蛋白的功能同源區(qū)SH（Src Homology）從羧基C端互氨基N端依次為SH1、SH2、SH3、SH4四個亞區(qū)，SH4與蛋白在胞膜內(nèi)表面的定位有關(guān)，SH3和SH2則參與大分子間信號傳遞，SH2使SRC蛋白與受體結(jié)合，而SH3介導(dǎo)Src蛋白與下游RAS信號通路的連接，SH1為酪氨酸蛋白激酶功能域。該族蛋白多位于不具酪氨酸蛋白激酶活性的受體下游。另外，SH3和SH2也在其它與細胞信號傳遞相關(guān)的蛋白中被發(fā)現(xiàn)。 4．鳥苷酸結(jié)合蛋白。如RAS家族：RAS家族編碼的蛋白定位于細胞膜內(nèi)表面，均為P21蛋白。P21 RAS由鳥苷酸釋放因子（GFRS）激活，然后作用于GTP酶激活蛋白（GAP），將生長信號通過GAP傳遞到下游各級激酶，使即刻早期轉(zhuǎn)錄因子包括myc、fos、jun蛋白等磷酸化，最終將信號傳入細胞核。GFRS與胞膜酪氨酸蛋白激酶受體間信號傳遞，則由含SH3和SH2功能域的接頭蛋白來介導(dǎo)。【fig25】 5．產(chǎn)物為核結(jié)合蛋白和轉(zhuǎn)錄因子的癌基因：包括myc、fos、jun等基因，其產(chǎn)物多為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，在細胞質(zhì)合成后進入核內(nèi)，與相應(yīng)特性異性DNA序列結(jié)合，激活生長相關(guān)基因，包括延遲應(yīng)答基因的轉(zhuǎn)錄：CyclinD(D1,D2,D3),CyclinE，CDK2,CDK4,E2F。抑制分化相關(guān)基因。核原癌基因蛋白調(diào)節(jié)有4種基本效應(yīng)，即細胞周期中G1期到S期的轉(zhuǎn)化、細胞凋亡、基因組穩(wěn)定性及細胞成熟中的某些作用（促進或阻礙）。 6．細胞周期蛋白：是連接生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細胞周期調(diào)控的紐帶。如cyclin D,CDK4等，它們結(jié)合成cyclin/CDK復(fù)合物，可對細胞周期一系列控制信號發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。【fig26，27】 7．Mdm2：Mdm2蛋白可與P53和RB蛋白相結(jié)合而使其功能失活，這是Mdm2蛋白促進癌細胞生長的重要機制。MDM2編碼P90，能夠與P53結(jié)合阻斷其轉(zhuǎn)錄活化區(qū)進而滅活并降低P53蛋白。P53的激活能誘導(dǎo)MDM2基因的轉(zhuǎn)錄和MDM2蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，MDM2與p53結(jié)合使p53失活并降解，從而限制p53過高的活性。應(yīng)激信號可通過抑制MDM2而使p53激活，形成MDM2與p53 的自我反饋環(huán)。P14ARF腫瘤抑制蛋白也能與MDM2結(jié)合，阻止MDM2介導(dǎo)的p53降解并還原p53介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄激活活性。ARF能與p53直接結(jié)合形成p53/MDM2/ARF三元復(fù)合物，起p53上游激活子的作用。P53本身能下調(diào)ARF的表達，另外E2F1轉(zhuǎn)錄因子能調(diào)節(jié)ARFmRNA的產(chǎn)生，而MDM2又能誘導(dǎo)E2F活性，推測MDM2也能增強ARF的表達。所以除p53-MDM2環(huán)外還存在另一個負性自我調(diào)節(jié)環(huán)?！緁ig37】 MDM2除抑制癌基因p53產(chǎn)生，其本身也有不依賴于p53而促進腫瘤生長的作用。MDM2能與核糖體L5蛋白和5SrRNA結(jié)合也可能與其致癌作用有關(guān)。 野生型MDM2基因還有另一種產(chǎn)物P76（MDM2）缺乏P90最前面的49個氨基酸，因而不能與P53結(jié)合。P76在核及胞質(zhì)中都有表達，過量的P76能夠阻斷P90對P53的降低從而提高P53的水平。P90與P76共存的比率能夠調(diào)節(jié)組織對DNA損傷的應(yīng)激作用。 8．還有一些癌基因，與多種信號傳遞有關(guān)，如Bcl-2，作為調(diào)亡抑制蛋白，同樣對細胞周期產(chǎn)生重要影響，Bcl-2通過PP27kip抑制G1/S期轉(zhuǎn)換，促進細胞進入分化狀態(tài)，并誘導(dǎo)腫瘤細胞產(chǎn)生耐藥，另外Bcl-2可通過P53下游蛋白相互作用抑制P53的促調(diào)亡和細胞周期阻滯功能，在行使上述功能時，Bcl-2蛋白不同位點的氨基酸殘基發(fā)揮著不同的作用。盡管Bcl-2的細胞周期調(diào)控功能是獨立于其調(diào)亡抑制功能而存在，但二者又密不可分。【fig28，29】 dbl為胞漿截短的細胞架蛋白，其惡性轉(zhuǎn)化作用與小分子G蛋白有關(guān)。dbl為Rho的GEP。在dbl癌基因轉(zhuǎn)化的細胞中，必然有ras介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)下游蛋白的激活。 EIF-4E是一種翻譯起始因子，與其它一些翻譯起始相關(guān)的蛋白質(zhì)因子結(jié)合成翻譯復(fù)合物。蛋白質(zhì)翻譯起始有兩個機制，一種是mRNA5’-末端帽狀結(jié)構(gòu)形成機制，另一種是掃描機制，mRNA有一段與核糖體結(jié)合的特異性結(jié)構(gòu)序列，以介導(dǎo)翻譯復(fù)合體的形成。EIF-4E對這兩種機制都是必須的。只有磷酸化型的EIF-4E才能結(jié)合成翻譯復(fù)合體，起到翻譯起始因子的作用。Src和ras等癌基因可促進轉(zhuǎn)錄起始因子EIF-4E磷酸化修飾，提高其作為轉(zhuǎn)錄起始因子的作用，可促進細胞中的蛋白質(zhì)合成，這也是癌基因表達促進正常細胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化的重要機制之一。 Crk是一種具SH2位點結(jié)構(gòu)的蛋白。 9．絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活性的癌基因，其編碼產(chǎn)物為可溶性蛋白，大部分位于胞漿中，而且都屬于磷酸化反應(yīng)鏈的成員，包括mos，faf和pim-1等?！緁ig30】 4．癌基因？抑癌基因？【表1】 癌基因與抑癌基因并非絕對界限，有些就很難界定，如Adenovirus Ela，cyclin D，cyclin D結(jié)合和激活CDK4，CDK6，然后磷酸化其下游靶蛋白Rb，Rb磷酸化后，釋放E2F，則E2F活化S期基因表達和推動細胞周期行進，而且在G1期，能取代與cyclin E/CDK2復(fù)合物結(jié)合的Kip/cip(CKI)，從而加速周期演進。令人驚奇的是，cyclin D還可與轉(zhuǎn)錄因子相互作用而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄，這種功能不依賴CDK4和Rb，它可封閉轉(zhuǎn)錄因子的活性區(qū)，若過量時，可取代蛋白中調(diào)節(jié)因子在位置，而起負向作用。Cyclin D作為細胞周期推進的一個關(guān)鍵因子，其上游有眾多癌基因與抑癌基因產(chǎn)物調(diào)節(jié)其表達與活性，而其下游，也有很多癌基因，抑癌基因產(chǎn)物，轉(zhuǎn)錄因子受其調(diào)控，它為細胞周期與生長繁殖精細，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的一個重要樞紐，發(fā)揮著特別的雙重作用?！緁ig31，表3】 還有新發(fā)現(xiàn)：抑癌基因WT1能抑制體內(nèi)和體外的細胞凋亡而顯示出癌基因的特性。WT1可上調(diào)BCL-2和BAX, 而BCL-2又抑制P53誘導(dǎo)的凋亡，從而WT1抑制凋亡。 P120ctn是癌基因還是抑癌基因，還未能定論。為連環(huán)蛋白（caterin cat）家族新成員（為粘附分子和細胞內(nèi)信號分子），參與由上皮型鈣粘蛋白介導(dǎo)的細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和粘附過程。P120ctn和其它cats一樣，易被一些膜受體酪氨酸激酶磷酸化，如EGFR，PDGFR，TGFαR，CSF1R和HGFR，肯定他是PTK的底物，但對其與細胞周期與別的有關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路關(guān)系未見報道。 P21為眾所周知的抑癌基因，但它卻有癌基因功能，可促進腫瘤形成與演進。其功能包括使腫瘤細胞核內(nèi)復(fù)制，異常有絲分裂；通過不同機制抑制凋亡及刺激分泌因子的轉(zhuǎn)錄。 可能的解釋為基因產(chǎn)物不同結(jié)構(gòu)域有不同功能；接受不同信號產(chǎn)生不同效應(yīng)；不同類型細胞不同效應(yīng)。 結(jié)束語 腫瘤的發(fā)生是一極為復(fù)雜的過程，癌基因的激活與抑癌基因的失活是細胞惡變的主要內(nèi)部機制。各癌/抑癌基因有著各自的作用環(huán)節(jié)，而又相互聯(lián)系相互作用。癌基因與抑癌基因之間存在復(fù)雜的相互調(diào)節(jié)關(guān)系，可互為上游，下游效應(yīng)分子形成一張巨大的網(wǎng)。比如多個癌基因與RB,P53,Cylin-cdk。癌基因與癌基因，抑癌基因與抑癌基因，癌基因，抑癌基因與細胞周期調(diào)控之間也是如此?？梢娂毎芷谡{(diào)控為非常精妙的調(diào)控。綜上所述，我們也是管中窺豹，可見一斑，為闡明癌基因、抑癌基因會聚于細胞周期的級聯(lián)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)作一基礎(chǔ)工作。【fig32，33，34】 參考文獻 1． Tsugawa K, Jones MK, Sugimachi K, Sarfeh IJ, Tarnawski AS. 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