癌基因與抑癌基因
（Oncogene and anti-oncogene）
癌基因（oncogene）一般可定義為某種基因,，它的異常表達或表達產物的異常直接決定細胞惡性表型的產生,。
抑癌基因或稱抗癌基因（anti-oncogene）與腫瘤抑制基因(tumor suppressor gene)屬同義詞,，是指某種基因當其受阻抑、失活,、丟失、或其表達產物喪失功能可導致細胞惡性轉化；反之,，在實驗條件下，若導入或激活它則可抑制細胞的惡性表型,。
一,、癌基因的發(fā)現
現已知道在腫瘤發(fā)生中,，作為環(huán)境因素的病毒、化學致癌物和射線,，它們作用于機體內的靶分子都是DNA,，在研究腫瘤病毒如何使宿主細胞轉化和研究腫瘤DNA能否使培養(yǎng)的經兩條實驗途徑中，殊途同歸,，發(fā)現了癌基因,，早在本世紀初，Rockefeller研究所的Rous醫(yī)生將雞肉瘤組織勻漿后的無細胞濾液皮下注射于正常雞,，發(fā)現可以引起腫瘤,，可惜當時對病毒還缺乏認識，直到五十年代才重新發(fā)現原來致瘤的因素是病毒,，并以Rous醫(yī)生的名字命名為羅氏肉瘤病毒（Rous Sarcoma Virus ,RSV）,。1975年，Bishop從RSV中分離到第一個病毒癌基因src,，該基因編碼分子量為60kDa的磷蛋白質,，以pp60src表示。
1976年Stehelin以實驗證明正常雞成纖維細胞基因組中存在有與病毒癌基因src的同源序列,。此后陸續(xù)發(fā)現許多禽類和鼠類病毒部基因也有類似情況,，即宿主細胞基因組中含有病毒癌基因的同源序列，稱之為細胞癌基因（c-oncogene,c-onc）,。
那么,，v-onc與c-onc的關系如何？這可從二者結構的比較和逆轉錄病毒感染宿主后的生活史或復制周期兩方面加以分析,。
首先,，從結構上看c-onc是間斷的，這是真核基因的特點,，即有內含子因而基因的跨度較大,。然而v-onc卻是連續(xù)的，沒有內含子,，所以基因跨度較小,，以v-onc和c-src為例如圖1。再從逆轉錄病毒感染宿主細胞后的復制周期（圖2）分析,。
圖1 c-src和v-src結構的比較
圖2 逆轉錄病毒正常復制周期主要步驟
不難看出,，v-onc原本不是病毒的基因，而是動物細胞正?；虻囊粋€復本,。當病毒在宿主細胞內復制時，由于DNA重組而將宿主細胞基因中帶有v-onc的序列重組到病毒的基因組內。所以說c-onc是v-onc原型,，又稱為原癌基因（proto-oncogene）。
病毒癌基因對病毒本身無關緊要,，卻可使宿主細胞轉化,，引起腫瘤，而細胞癌基因對細胞的生長,、分化和功能活動卻是至關緊要的,。正常的細胞癌基因并不致癌，只是當它們異常表達或其表達產物異常時才會導致細胞的惡性轉化,，迄今發(fā)現的細胞癌基因都是一些有十分重要的功能“看家基因”,，而且是高度保守的，例如人與小鼠的K-ras基因產物K-Ras的氨基酸序列相差僅為1%,，人與大鼠的H-ras基因產物H-Ras的氨基酸序列完全相同,。
逆轉錄病毒屬于RNA腫瘤病毒，在DNA腫瘤病毒的基因組也存在著能使宿主細胞轉化的基因,，例如腺病毒的E1A,、E1B基因，多瘤病毒的大T,、中T基因,。人乳頭瘤病毒的E6、E7基因,，以及DV40中的大T基因,。它們?yōu)椴《緩椭扑匦瑁瑫r又有使宿主細胞轉化的作用,，故沿用原名,，不另以癌基因命名。
細胞癌基因可按其表達產物的功能和定位分類如表1,。
表1 細胞癌基因按其產物定位和功能分類
定位 功能 癌基因,，產物
分泌蛋白 生長因子 sis PDGFβ鏈
跨膜蛋白 受體型酪氨酸激酶 erb B ,EGF受體
erb B2 ,EGF樣受體
(neu)
fms ,CSF-1受體
膜結合蛋白 G-蛋白
非受體型酪氨酸激酶
ras p21ras
src pp60src
胞漿可溶性蛋白 非受體型酪氨酸激酶
絲氨酸/蘇氨酸激酶
信號轉導連接蛋白
ab1
raf
crk,SH2/SH3調節(jié)蛋白
vav ,SH2調節(jié)蛋白
胞核蛋白 轉錄因子 myc
myb
fos
jun
erb A,T3受體
從上表可以看出，所有細胞癌基因均在信號轉導中扮演著重要角色,。正因為如此,，它們的異常或“變質”--表達失控或表達產物異常--對細胞的危害就很大,，既然v-onc只是c-onc的一個復本,，那么為什么c-onc本不致癌而v-onc又會致癌呢？實驗證明,，v-onc的致癌或由于表達的失控,，或由于基因的突變，導致產物的量的增多或質的改變。
已知從自然發(fā)生的人腫瘤組織提取的DNA可以轉化HIH/3T3細胞,，盡管只有10%的人的腫瘤DNA具有轉化此種細胞的能力,，但癌基因已在所有主要類型人腫瘤中檢出，最先是從T24/EJ膀胱癌細胞系檢查到的,，屬于ras家族成員,，以后又用核酸探針檢測出正常人的細胞基因組中有ras同源序列存在，與T24細胞中的ras不同,，無轉化能力,，二者差別僅僅在于一個點突變（第12位氨基酸密碼子的G突變?yōu)門）。
二,、細胞癌基因的激活
細胞癌基因的激活是指原本不致癌c-onc在特定的情況下轉變成致癌性的,，大體上有以下幾種激活方式。
1,、插入激活 例如逆轉錄病毒MoSV感染鼠類成纖維細胞后,，病毒基因組的LTR整合到細胞癌基因 c-mos鄰近處，使c-mos處于LTR的強啟動子和增強子作用之下而被激活,，導致成纖維細胞轉化為肉瘤細胞,，又如禽類白細胞增生病毒ALV的E成分整合到雞細胞基因組c-myc附近?？墒筩-myc激活,。因此在基因治療中使用逆轉錄病毒載體時必需考慮細胞癌基因的插入激活問題。
2,、突變激活 典型的是各種ras基因的激活,，參看表2。
表2 正常Ras蛋白和轉化Ras蛋白中氨基酸的變異
ras基因 氨基酸的位置
12 13 59 61
H-ras-1來源的
正常人c-H-ras-1
人EJ膀胱癌癥
人HS242乳癌
鼠Harvey病毒v-H-ras
Gly
GGC
Val
GTC
Arg
CGC
Gly Ala
Thr
Gln
CAG
Leu
CTG
K-ras-2來源的
正常人c-K-ras-2
人Caalu肺癌
人SW480結腸癌
鼠Kirsten病毒v-K-ras
Gly
Lys
TGT
Val
GTT
Ser
Gly Ala
Thr
Gln
N-ras來源的
正常人N-ras
人神經母細胞瘤
人早幼粒細胞白血病細胞系
人纖維肉瘤
人AML33
Gly Gly
Asp
Ala Gln
Lys
Lys
Lys
ras基因的表達產物Ras是一種小分子G蛋白,，在信號轉導中起重要作用,，正常Ras的作用因其自身的GTP酶活性而受到嚴格控制，而突變了的Rad其GTP酶活性下降或喪失,，失去了原有控制,，致使增殖信號持續(xù)作用，細胞發(fā)生惡性轉化,，如圖3所示,。
圖3 Ras與GTP/GDP的相互作用及突變的RasR的作用
3、基因擴增 已發(fā)現人類腫瘤細胞中擴增的細胞癌基因如下表,。
表3 人類腫瘤細胞中擴增的細胞癌基因
c-onc 腫瘤 擴增倍數 DM/HSR*
c-myc 早幼粒白血病細胞系HL60 20× +
小細胞肺癌細胞系 5-30× ,？
N-myc 原發(fā)神經母細胞瘤Ⅲ-Ⅳ級及神經母細胞瘤細胞系 5-1000× +
視網膜母細胞瘤 10-200× +
小細胞肺癌 50× +
L-myc 小細胞肺癌 10-20× ？
c-myb 急粒AML 5-10× ,？
結腸癌細胞系 10× ,？
c-erbB 類表皮癌細胞系，原發(fā)膠質瘤 30× ？
c-K-ras 原發(fā)肺癌,，結腸癌,，膀胱癌，直腸癌 4-20× ,？
N-ras 乳癌細胞系 5-10× ,？
＊DM：雙微體；HSR：均勻染色區(qū)
4,、基因重排/染色體易位
典型的如伯基特淋巴瘤細胞的染色體易位t（8：14），致使c-myc激活,，參看表4和圖4,。
圖4 Burkitt淋巴瘤常見的染色體易位t(8:14)
表4 染色體異常與癌基因重排
癌基因 染色體定位 異常 人類腫瘤
c-myc 8q24 t(8:14),t(8:22) Burkitt淋巴瘤
t(2:8)
bcl-1 11q13 t(11:14) B細胞淋巴瘤
bcl-2 18q21 t(14:18)
tcl-2 11q13 t(11:14) T細胞淋巴瘤
c-abI 9q34 t(9:22) 慢粒CML
bcr 22q11 ph
c-mos 8q22 t(8:21) 急粒AML
c-myb 6q22-24 t(6:14) 卵巢癌
c-sis 22q12 t(11:22) Erwing網瘤
blym 1q32-ter 缺失，HSR 神經纖維瘤
c-K-ras 6q21 斷裂 ANLL
6q三體性
視網膜母細胞癌
c-erbA 17q21 斷裂 ANLL
已知B淋巴細胞中免疫球蛋白重鏈基因表達十分活躍,，其啟動子為強啟動子,，且在CH-VH之間還有增強子區(qū)，c-myc易位后與IG重鏈基因的調控區(qū)為鄰,，因而被激活,。正常情況下，位于c-myc5’端的兩個啟動子受到c-myc產物的反饋抑制,，由此重排時5’端序列有丟失,，結果擺脫了抑制而表達增強。
不同的癌基因有不同的激活方式,，一種癌基因也可有幾種激活方式,。例如c-myc的激活就有基因擴增和基因重排兩種方式，很少見c-myc的突變,；而ras的激活方式則主要是突變,，1985年Slamon檢測了20種54例人類腫瘤中的15種癌基因，發(fā)現所有腫瘤都不止一種癌基因發(fā)生改變,。細胞轉化實驗證明,，各種癌基因之間存在協同作用。例如,，單獨v-myc或EJ-ras都不能使大鼠胚胎成纖維細胞轉化,，但是若將二者共轉染PEF，8天后80%的細胞發(fā)生變化,，那么為什么單獨EJ-ras又可使Rat-1細胞轉化呢,？原因是該細胞并非正常，而是已經永生化了的細胞,，如果先用化學誘癌物或射線使正常大鼠原代成纖維細胞永生化,，然后再用EJ-ras轉染，則可使之轉化，因此Weingerg按轉染細胞表型的變化將癌基因分為兩個類,，一類是核內作用的能使細胞永生化的癌基因,，例如myc，fos等,，另一類是引起細胞惡性表型變化的定位于質膜和胞漿的癌基因,，例如ras、erbB,、src等,。事實表明腫瘤的發(fā)生是多步驟，多因素的,，不同的癌基因作用于腫瘤發(fā)生的不同階段,。
不僅癌基因之間有協同作用，癌基因與抑癌基因之間也存在協同作用,。
三,、抑癌基因
抑癌基因又稱腫瘤抑制基因，它的發(fā)現較癌基因晚,，迄今克隆到的抑癌基因的數目亦較少,，這并不意味著客觀存在的抑癌基因就一定比癌基因少，只是由于技術上的原因,，要想分離,、鑒定、確認一個抑癌基因比較困難,。
早在六十年代,，有人將癌細胞與同種正常雙倍體成纖維細胞融合，所獲雜種細胞的后代只要保留某些正常親本染色體時就可表現為正常表型,。然而,，隨著染色體的丟失又可重新出現惡變細胞。這一現象表明,，正常染色體內可能存在某些抑制腫瘤發(fā)生的基因,，它們的丟失、突變或失去功能,，好可使?jié)撛诘闹掳┮蛩厝缂せ畹陌┗虬l(fā)揮作用而致癌,。
遺傳學分析表明，人類的許多腫瘤細胞都有隱性遺傳損害,，已在染色體上定位的損害見表5,。
表5 人類腫瘤的隱性遺傳損害
腫瘤
受損害的染色體
神經母細胞瘤、黑色素瘤,、甲狀腺癌嗜鉻細胞瘤,、MEN2 1p
乳癌 1p
小細胞肺癌,、宮頸癌、腎細胞癌,、肺腺癌 3p
結直腸癌,、家族性息肉 5p
膀胱癌 9p
星狀細胞瘤、MEN2 10p
膀胱癌,、乳癌,、橫紋肌肉瘤、肝母細胞瘤胚胎瘤,、腎母細胞瘤（Wilm's Tumor）肺癌 11p
MEN1 11p
視網膜母細胞瘤,、成骨肉瘤、小細胞肺癌,、胃癌,、結腸癌、乳癌 13p
小細胞肺癌,、結腸癌,、乳癌,、成骨肉瘤,、星狀細胞瘤、肺磷癌 17p
NF1 17p
結腸癌 18p
聽神經瘤,、腦膜瘤,、NF2、嗜鉻細胞瘤 22p
抑癌基因概念是在研究視網膜母細胞瘤（Retinoblastoms ,RB）的遺傳損害時提出來的,。RB有家族性和散發(fā)性兩種類型,，其發(fā)閏機制不同。前者有先天的隱性遺傳損害,，其種系基因是有缺陷的,，患RB的頻率可高達80-90%，且往往是雙側,，散發(fā)性RB,，兩次體細胞突變發(fā)生在同一個細胞，機率很小,，患病也是單側,，Kundson早在1971年就提出RB發(fā)病的“兩次擊中學說”。現代分子遺傳學分析手段的發(fā)展充分支持這一學說（圖5）,。1986年Draper統計,，RB攜帶者發(fā)生第二原發(fā)癌的機率比一般人群要高數百倍。
圖5
關于抑癌基因如何起作用所知甚少,，總體上總對生長起著控制作用,，是一類生長控制基因或負調控基因,，若功能喪失則失去負調控，細胞只能接受正調控信號,，抑癌基因產物的功能多種多樣,，已確定的幾中抑癌基因產物及其功能如表6。
表6 已確定的幾種抑癌基因
基因 染色體定位 相關腫瘤
基因產物及功能
RB 13q14 RB,、成骨肉瘤,、胃癌、SCLC,、乳癌,、結腸癌 p105，控制生長
WT 11p13 WT,、橫紋肌肉瘤,、肺癌、膀胱癌,、乳癌,、肝母細胞瘤 WT-ZFP，負調控轉錄因子
NF-1 17p12 神經纖維瘤,、嗜鉻細胞瘤,、雪旺氏細胞瘤、神經纖維肉瘤 GAP,，拮抗p21rasB
DCC 18q21.3 結腸瘤 P192, 細胞粘附分子
p538 17p13 星狀細胞瘤,、膠質母細胞瘤、結腸癌,、乳癌,、成骨肉瘤、SCLC,、胃癌,、磷狀細胞肺癌 P53 控制生長
erb A 17q21 ANLL T3受體，含鋅指結構的轉錄因子
（*p53的野生型是抑癌基因,，而其突變型屬癌基因）
提要
癌基因可分為病毒癌基因和細胞癌基因,，前者包括DNA腫瘤病毒的轉化基因和RNA腫瘤病毒的癌基因，而細胞癌基因又稱為原癌基因,，因為它是病毒癌基因的原型,。病毒癌基因能使宿主細胞發(fā)生惡性轉化，形成腫瘤,，而正常的細胞癌基因無此能力,。當細胞癌基因的表達失控，或因結構改變而致表達產物的活性改變時,，則可導致細胞轉化,，進而形成腫瘤,，此種情況叫做癌基因的激活。癌基因的激活的大體上有以下幾種方式,，即（1）插入強啟動子或增強子,，（2）基因突變（3）基因擴增（4）基因重排或染色體易位。腫瘤的發(fā)生與發(fā)展往往涉及多種癌基因的激活,。
已發(fā)現的細胞癌基因大都是一些與正常細胞生長增殖,、分化和凋亡密切相關的非常保守的“看家基因”。它們的表達產物或是生長因子,、生長因子受體,，或是小分子G蛋白、蛋白激酶,，或是轉錄因子,，總之都是各種信號轉導途徑中的關鍵分子，有極重在的生理功能,。正因如此,，它們的表達是受到嚴密而精細的調控的。
抑制基因是一類生長控制基因或負調控基因,，它們的缺失或突變從而喪失功能時,，將會導致細胞的惡性轉化反之，在實驗條件下,，若將基導入轉化的細胞則可抑制其惡性表型,。某些抑癌基因,，例如P53和erbA,，突變后不僅喪失原有功能，而且還可促進腫瘤的發(fā)生,，亦即變成了癌基因,。
