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(dá)或表達(dá)產(chǎn)物的異常直接決定細(xì)胞惡性表型的產(chǎn)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(dāng)其受阻抑,、失活、丟失、或其表達(dá)產(chǎn)物喪失功能可導(dǎo)致細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化；反之,，在實(shí)驗(yàn)條件下，若導(dǎo)入或激活它則可抑制細(xì)胞的惡性表型,。

一,、癌基因的發(fā)現(xiàn)

現(xiàn)已知道在腫瘤發(fā)生中，作為環(huán)境因素的病毒,、化學(xué)致癌物和射線,，它們作用于機(jī)體內(nèi)的靶分子都是DNA，在研究腫瘤病毒如何使宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)化和研究腫瘤DNA能否使培養(yǎng)的經(jīng)兩條實(shí)驗(yàn)途徑中,，殊途同歸,，發(fā)現(xiàn)了癌基因，早在本世紀(jì)初,，Rockefeller研究所的Rous醫(yī)生將雞肉瘤組織勻漿后的無(wú)細(xì)胞濾液皮下注射于正常雞,，發(fā)現(xiàn)可以引起腫瘤，可惜當(dāng)時(shí)對(duì)病毒還缺乏認(rèn)識(shí),，直到五十年代才重新發(fā)現(xiàn)原來(lái)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(gè)病毒癌基因src,，該基因編碼分子量為60kDa的磷蛋白質(zhì)，以pp60src表示,。

1976年Stehelin以實(shí)驗(yàn)證明正常雞成纖維細(xì)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(xiàn)許多禽類和鼠類病毒部基因也有類似情況，即宿主細(xì)胞基因組中含有病毒癌基因的同源序列,，稱之為細(xì)胞癌基因（c-oncogene,c-onc）,。

那么,，v-onc與c-onc的關(guān)系如何,？這可從二者結(jié)構(gòu)的比較和逆轉(zhuǎn)錄病毒感染宿主后的生活史或復(fù)制周期兩方面加以分析。

首先,，從結(jié)構(gòu)上看c-onc是間斷的,，這是真核基因的特點(diǎn)，即有內(nèi)含子因而基因的跨度較大,。然而v-onc卻是連續(xù)的,，沒有內(nèi)含子，所以基因跨度較小,，以v-onc和c-src為例如圖1,。再?gòu)哪孓D(zhuǎn)錄病毒感染宿主細(xì)胞后的復(fù)制周期（圖2）分析。

圖1 c-src和v-src結(jié)構(gòu)的比較

圖2　逆轉(zhuǎn)錄病毒正常復(fù)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(dòng)物細(xì)胞正?；虻囊粋€(gè)復(fù)本。當(dāng)病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制時(shí),，由于DNA重組而將宿主細(xì)胞基因中帶有v-onc的序列重組到病毒的基因組內(nèi),。所以說(shuō)c-onc是v-onc原型，又稱為原癌基因（proto-oncogene）,。

病毒癌基因?qū)Σ《颈旧頍o(wú)關(guān)緊要,，卻可使宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)化，引起腫瘤,，而細(xì)胞癌基因?qū)?xì)胞的生長(zhǎng),、分化和功能活動(dòng)卻是至關(guān)緊要的。正常的細(xì)胞癌基因并不致癌,，只是當(dāng)它們異常表達(dá)或其表達(dá)產(chǎn)物異常時(shí)才會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化,，迄今發(fā)現(xiàn)的細(xì)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(chǎn)物K-Ras的氨基酸序列相差僅為1%,，人與大鼠的H-ras基因產(chǎn)物H-Ras的氨基酸序列完全相同。

逆轉(zhuǎn)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(xì)胞轉(zhuǎn)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?fù)制所必需,，同時(shí)又有使宿主細(xì)胞轉(zhuǎn)化的作用,，故沿用原名，不另以癌基因命名,。

細(xì)胞癌基因可按其表達(dá)產(chǎn)物的功能和定位分類如表1,。

表1 細(xì)胞癌基因按其產(chǎn)物定位和功能分類

定位 功能 癌基因，產(chǎn)物
分泌蛋白 生長(zhǎng)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(jié)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)連接蛋白
 ab1
raf

crk,SH2/SH3調(diào)節(jié)蛋白

vav ,SH2調(diào)節(jié)蛋白
 
胞核蛋白 轉(zhuǎn)錄因子 myc
myb

fos

jun

erb A,T3受體
 

從上表可以看出,，所有細(xì)胞癌基因均在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中扮演著重要角色,。正因?yàn)槿绱耍鼈兊漠惓,；?ldquo;變質(zhì)”--表達(dá)失控或表達(dá)產(chǎn)物異常--對(duì)細(xì)胞的危害就很大,，既然v-onc只是c-onc的一個(gè)復(fù)本,，那么為什么c-onc本不致癌而v-onc又會(huì)致癌呢？實(shí)驗(yàn)證明,，v-onc的致癌或由于表達(dá)的失控,，或由于基因的突變，導(dǎo)致產(chǎn)物的量的增多或質(zhì)的改變,。

已知從自然發(fā)生的人腫瘤組織提取的DNA可以轉(zhuǎn)化HIH/3T3細(xì)胞,，盡管只有10%的人的腫瘤DNA具有轉(zhuǎn)化此種細(xì)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(xì)胞系檢查到的,，屬于ras家族成員，以后又用核酸探針檢測(cè)出正常人的細(xì)胞基因組中有ras同源序列存在,，與T24細(xì)胞中的ras不同,，無(wú)轉(zhuǎn)化能力，二者差別僅僅在于一個(gè)點(diǎn)突變（第12位氨基酸密碼子的G突變?yōu)門）,。

二,、細(xì)胞癌基因的激活

細(xì)胞癌基因的激活是指原本不致癌c-onc在特定的情況下轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄病毒MoSV感染鼠類成纖維細(xì)胞后，病毒基因組的LTR整合到細(xì)胞癌基因 c-mos鄰近處,，使c-mos處于LTR的強(qiáng)啟動(dòng)子和增強(qiáng)子作用之下而被激活,，導(dǎo)致成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肉瘤細(xì)胞，又如禽類白細(xì)胞增生病毒ALV的E成分整合到雞細(xì)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(zhuǎn)錄病毒載體時(shí)必需考慮細(xì)胞癌基因的插入激活問(wèn)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(zhuǎn)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(lái)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(lái)源的
　正常人c-K-ras-2

　人Caalu肺癌

　人SW480結(jié)腸癌

　鼠Kirsten病毒v-K-ras
 Gly
Lys

TGT

Val

GTT

Ser
 Gly Ala
　

Thr
 Gln
N-ras來(lái)源的
　正常人N-ras

　人神經(jīng)母細(xì)胞瘤

　人早幼粒細(xì)胞白血病細(xì)胞系

　人纖維肉瘤

　人AML33
 Gly Gly
　

Asp
 Ala Gln
Lys

Lys

Lys
 

ras基因的表達(dá)產(chǎn)物Ras是一種小分子G蛋白,，在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)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(yán)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(hào)持續(xù)作用,，細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)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(kuò)增 已發(fā)現(xiàn)人類腫瘤細(xì)胞中擴(kuò)增的細(xì)胞癌基因如下表,。

表3 人類腫瘤細(xì)胞中擴(kuò)增的細(xì)胞癌基因

c-onc 腫瘤 擴(kuò)增倍數(shù) DM/HSR*
c-myc 早幼粒白血病細(xì)胞系HL60 20× +
小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系 5-30× ？
N-myc 原發(fā)神經(jīng)母細(xì)胞瘤Ⅲ-Ⅳ級(jí)及神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系 5-1000× +
視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤 10-200× +
小細(xì)胞肺癌 50× +
L-myc 小細(xì)胞肺癌 10-20× ,？
c-myb 急粒AML 5-10× ,？
結(jié)腸癌細(xì)胞系 10× ？
c-erbB 類表皮癌細(xì)胞系,，原發(fā)膠質(zhì)瘤 30× ,？
c-K-ras 原發(fā)肺癌，結(jié)腸癌,，膀胱癌,，直腸癌 4-20× ？
N-ras 乳癌細(xì)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(xì)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(xì)胞淋巴瘤
bcl-2 18q21 t(14:18) 　
tcl-2 11q13 t(11:14) T細(xì)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(wǎng)瘤
blym 1q32-ter 缺失,，HSR 神經(jīng)纖維瘤
c-K-ras 6q21 斷裂 ANLL
6q三體性
 視網(wǎng)膜母細(xì)胞癌
 
c-erbA 17q21 斷裂 ANLL

已知B淋巴細(xì)胞中免疫球蛋白重鏈基因表達(dá)十分活躍,，其啟動(dòng)子為強(qiáng)啟動(dòng)子，且在CH-VH之間還有增強(qiáng)子區(qū),，c-myc易位后與IG重鏈基因的調(diào)控區(qū)為鄰,，因而被激活。正常情況下,，位于c-myc5’端的兩個(gè)啟動(dòng)子受到c-myc產(chǎn)物的反饋抑制,，由此重排時(shí)5’端序列有丟失，結(jié)果擺脫了抑制而表達(dá)增強(qiáng),。

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(kuò)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(cè)了20種54例人類腫瘤中的15種癌基因,，發(fā)現(xiàn)所有腫瘤都不止一種癌基因發(fā)生改變,。細(xì)胞轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明，各種癌基因之間存在協(xié)同作用,。例如,，單獨(dú)v-myc或EJ-ras都不能使大鼠胚胎成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化，但是若將二者共轉(zhuǎn)染PEF,，8天后80%的細(xì)胞發(fā)生變化,，那么為什么單獨(dú)EJ-ras又可使Rat-1細(xì)胞轉(zhuǎn)化呢,？原因是該細(xì)胞并非正常，而是已經(jīng)永生化了的細(xì)胞,，如果先用化學(xué)誘癌物或射線使正常大鼠原代成纖維細(xì)胞永生化,，然后再用EJ-ras轉(zhuǎn)染，則可使之轉(zhuǎn)化,，因此Weingerg按轉(zhuǎn)染細(xì)胞表型的變化將癌基因分為兩個(gè)類,，一類是核內(nèi)作用的能使細(xì)胞永生化的癌基因，例如myc,，fos等,，另一類是引起細(xì)胞惡性表型變化的定位于質(zhì)膜和胞漿的癌基因，例如ras,、erbB,、src等。事實(shí)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(xié)同作用,，癌基因與抑癌基因之間也存在協(xié)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(xiàn)較癌基因晚,，迄今克隆到的抑癌基因的數(shù)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(shù)上的原因,，要想分離、鑒定,、確認(rèn)一個(gè)抑癌基因比較困難,。

早在六十年代，有人將癌細(xì)胞與同種正常雙倍體成纖維細(xì)胞融合,，所獲雜種細(xì)胞的后代只要保留某些正常親本染色體時(shí)就可表現(xiàn)為正常表型,。然而，隨著染色體的丟失又可重新出現(xiàn)惡變細(xì)胞,。這一現(xiàn)象表明,，正常染色體內(nèi)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(xué)分析表明,，人類的許多腫瘤細(xì)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(jīng)母細(xì)胞瘤,、黑色素瘤,、甲狀腺癌嗜鉻細(xì)胞瘤、MEN2 1p
乳癌 1p
小細(xì)胞肺癌,、宮頸癌,、腎細(xì)胞癌、肺腺癌 3p
結(jié)直腸癌,、家族性息肉 5p
膀胱癌 9p
星狀細(xì)胞瘤,、MEN2 10p
膀胱癌、乳癌,、橫紋肌肉瘤,、肝母細(xì)胞瘤胚胎瘤、腎母細(xì)胞瘤（Wilm's Tumor）肺癌  11p
MEN1 11p
視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤,、成骨肉瘤,、小細(xì)胞肺癌、胃癌,、結(jié)腸癌,、乳癌 13p
小細(xì)胞肺癌、結(jié)腸癌,、乳癌,、成骨肉瘤、星狀細(xì)胞瘤,、肺磷癌 17p
NF1 17p
結(jié)腸癌 18p
聽神經(jīng)瘤,、腦膜瘤、NF2,、嗜鉻細(xì)胞瘤 22p

抑癌基因概念是在研究視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤（Retinoblastoms ,RB）的遺傳損害時(shí)提出來(lái)的,。RB有家族性和散發(fā)性兩種類型，其發(fā)閏機(jī)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(dá)80-90%,，且往往是雙側(cè),，散發(fā)性RB，兩次體細(xì)胞突變發(fā)生在同一個(gè)細(xì)胞,，機(jī)率很小,，患病也是單側(cè)，Kundson早在1971年就提出RB發(fā)病的“兩次擊中學(xué)說(shuō)”?，F(xiàn)代分子遺傳學(xué)分析手段的發(fā)展充分支持這一學(xué)說(shuō)（圖5）,。1986年Draper統(tǒng)計(jì),，RB攜帶者發(fā)生第二原發(fā)癌的機(jī)率比一般人群要高數(shù)百倍。

圖5

關(guān)于抑癌基因如何起作用所知甚少,，總體上總對(duì)生長(zhǎng)起著控制作用,，是一類生長(zhǎng)控制基因或負(fù)調(diào)控基因，若功能喪失則失去負(fù)調(diào)控,，細(xì)胞只能接受正調(diào)控信號(hào),，抑癌基因產(chǎn)物的功能多種多樣，已確定的幾中抑癌基因產(chǎn)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(guān)腫瘤
 基因產(chǎn)物及功能
RB 13q14 RB,、成骨肉瘤、胃癌,、SCLC,、乳癌、結(jié)腸癌 p105,，控制生長(zhǎng)
WT 11p13 WT,、橫紋肌肉瘤、肺癌,、膀胱癌,、乳癌、肝母細(xì)胞瘤 WT-ZFP,，負(fù)調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子
NF-1 17p12 神經(jīng)纖維瘤,、嗜鉻細(xì)胞瘤、雪旺氏細(xì)胞瘤,、神經(jīng)纖維肉瘤 GAP,，拮抗p21rasB
DCC 18q21.3 結(jié)腸瘤 P192, 細(xì)胞粘附分子
p538 17p13 星狀細(xì)胞瘤、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤,、結(jié)腸癌,、乳癌、成骨肉瘤,、SCLC,、胃癌、磷狀細(xì)胞肺癌 P53 控制生長(zhǎng)
erb A 17q21 ANLL T3受體,，含鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)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(xì)胞癌基因，前者包括DNA腫瘤病毒的轉(zhuǎn)化基因和RNA腫瘤病毒的癌基因,，而細(xì)胞癌基因又稱為原癌基因,，因?yàn)樗遣《景┗虻脑汀２《景┗蚰苁顾拗骷?xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化，形成腫瘤,，而正常的細(xì)胞癌基因無(wú)此能力,。當(dāng)細(xì)胞癌基因的表達(dá)失控，或因結(jié)構(gòu)改變而致表達(dá)產(chǎn)物的活性改變時(shí),，則可導(dǎo)致細(xì)胞轉(zhuǎn)化,，進(jìn)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(qiáng)啟動(dòng)子或增強(qiáng)子,，（2）基因突變（3）基因擴(kuò)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(xiàn)的細(xì)胞癌基因大都是一些與正常細(xì)胞生長(zhǎng)增殖,、分化和凋亡密切相關(guān)的非常保守的“看家基因”,。它們的表達(dá)產(chǎn)物或是生長(zhǎng)因子、生長(zhǎng)因子受體,，或是小分子G蛋白,、蛋白激酶，或是轉(zhuǎn)錄因子,，總之都是各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的關(guān)鍵分子,，有極重在的生理功能。正因如此,，它們的表達(dá)是受到嚴(yán)密而精細(xì)的調(diào)控的,。

抑制基因是一類生長(zhǎng)控制基因或負(fù)調(diào)控基因，它們的缺失或突變從而喪失功能時(shí),，將會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化反之,，在實(shí)驗(yàn)條件下，若將基導(dǎo)入轉(zhuǎn)化的細(xì)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(jìn)腫瘤的發(fā)生,，亦即變成了癌基因。