发布时间:2024-03-12 14:36:46
序言:作为思想的载体和知识的探索者,写作是一种独特的艺术,我们为您准备了不同风格的5篇分子生物学进展,期待它们能激发您的灵感。
关键词禽流感病毒;基因组;变异性;分子诊断;研究进展
中图分类号 R51 文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)11-0216-02
禽流感(Avian influenza,AI)是由正粘病毒科A型流感病毒引起的全身性或呼吸器官性传染病,国际兽疫局(OIE)把该病定为A类烈性传染病。禽流感病毒(Avian influenza vi- rus,AIV)典型的病毒粒子为球形,直径80~120nm,有时呈丝状体等多形态,至今A型流感病毒的血凝素已发现有16种,神经氨酸酶有10种。其血清型较多,容易变异。常发生在禽,有时也发生在低等哺乳类动物,至今在人仅有偶发病例。禽流感病毒根据其对鸡致病性的不同分为高致病性、中致病性和低/非致病性。禽流感病毒不仅会给养禽、畜牧业带来灾难性的破坏,而且对公共健康也构成了严重威胁。
1AIV基因组及其编码蛋白的功能
1.1AIV基因组
AIV基因组为单股负链RNA,共有8个独立的RNA节段。通过对某些毒株8个节段的测序,发现它们存在一些共同的特点,即所有基因节段的5′端前13个核苷酸均相同,3′端也有12个高度保守的核苷酸,另外在每一节段靠近5′端15~21位核苷酸处有一保守区。其序列为PolyU。这一序列可以在病毒mRNA合成时产生PolyA。
1.2病毒的蛋白
1.2.1血凝素(Hem agglutinin,HA)。HA是流感病毒囊膜纤突的主要成分之一,是基因表达产物中最大的糖蛋白,为诱生保护性免疫的主要抗原,HA在病毒吸附及穿膜过程中起关键作用,刺激机体产生的中和抗体,可中和病毒的感染力,抵抗病毒的感染和发病。它是A型流感病毒毒力的主要决定因素。
1.2.2神经氨酸酶(Heuram in idase,NA)。NA由病毒核糖核酸(vRNA)片段6编码,是另一个主要的表面抗原,其成熟的形式是具有催化活性的四聚体,能将唾液酸从糖蛋白和糖脂中切开。其作用是水解细胞表面的特异性糖蛋白末端的N―乙酰基神经氨酸。避免病毒粒子的聚集,有利于病毒的释放,对病毒在感染细胞周围的扩散能力有很大影响。
1.2.3白(Nucleo protein,NP)。NP是由片段5编码的结构蛋白。主要功能是使病毒RNA(vRNA)形成核糖白复合体,以此来稳定vRNA,使其免受核糖核酸作用。另外,NP在病毒基因组的转录和复制以及决定病毒的宿主特异性方面都有重要的作用,而且它是细胞毒性淋巴细胞识别的主要抗原。
1.2.4基质蛋白(Matrix protein,MP)。第7节段RNA编码的蛋白被称为M1,部分分子量较小的蛋白称为M2。M1构成病毒的基质膜,具有型特异性,其抗原性的差异也是流感病毒分型的依据之一。另外,M1在子代病毒粒子的装配方面也有一定的作用。M2是一种跨膜蛋白,其作用是在HA合成过程中作为离子通道控制高尔基体内的pH值,在病毒脱壳时酸化病毒粒子的内部环境。
1.2.5聚合酶蛋白(PB1、PB2、PA)。A型流感病毒的聚合酶蛋白由PB1、PB2、PA等3种成分组成。这3种蛋白质的共同特点是含有一特异的亲核序列区,其作用是使这几种蛋白质在胞浆合成后能顺利进入细胞核。其中,PB2、PB1与合成互补RNA有关,而PA、白与病毒的RNA合成有关。
1.2.6非结构蛋白(Non-structural proteins,NS)。A型流感病毒的结构蛋白由片段8编码。片段8也有2个编码框,可编码2种蛋白质即NS1和NS2。NS1和NS2 两种非结构蛋白的编码区是基因组中最小的RN段。NS1和NS2相互间有70个氮基酸重叠,分别由不同的mRNA翻译,提示它们由不同读码框架翻译。在早期感染中NS1合成并在细胞核内积聚,磷酸化的NS1蛋白在病毒的复制过程中起调节作用;NS2主要在晚期感染中出现,并主要在胞浆中存在,目前它的功能还没有彻底搞清。
1.2.7其他蛋白质(HE、M3、NB)。由基因节段7编码,明确的功能还不清楚。
1.3AIV毒力变异的分子基础
AIV很容易发生变异,诱发AIV发生变异的主要机理有抗原性变异,即抗原漂移(Antigenic Drift)和抗原转变(Antigenic Shift)。在甲型流感病毒中,抗原漂移主要是由HA或NA基因发生点突变引起的,其中HA基因的变异率最高。每个核苷酸在每个复制周期中的变异率可高达2.0%。一般认为,来自宿主的免疫压力是HA和NA抗原漂移的主要原因。由于突变幅度较大或各节段RNA间发生的重排导致抗原性发生大转变导致新病毒亚型的产生,这种变异称为抗原转变。大量试验证明,不同亚型病毒同时感染1个细胞时,病毒基因组可发生节段间的交换。理论上讲,8个RN段存在256个不同的组合方式。事实证明,在自然界中经常有混合感染导致基因重组的事件发生。
2AIV的分子诊断
2.1血清学诊断技术
血清学诊断技术是从禽类体内采集血液析出血清后,检测血清中抗体的有无和滴度变化,如琼脂凝胶扩散试验(AGID)、细胞凝集抑制试验(HI)。AGP试验鉴定病毒或检测特异性的血清抗体或基质蛋白MP(Matrix protein)、特异性白NP。血细胞凝集试验(HA)和血细胞凝集抑制试验(HIT)鉴定病毒或血清抗体的亚型,神经氨酸酶抑制试验(NI)鉴定病毒或血清抗体亚型等。
2.2RT-PCR分子诊断技术
崔尚金等(1998)建立了一种能够直接检测禽粪和鸡胚尿囊液中H亚型禽流感病毒RNA的RT-PCR检测方法。检测过程仅需8h,不仅具有高度的敏感性和特异性,还可大大缩短对禽流感病毒的检出时间。而应用毛细管PCR(15 min,30个循环)代替常规PCR(2.5h,30个循环)进一步缩短检测时间的研究也已展开。并进入更深层次的领域,以期用于不同样品的检测,使该方法更加适用于禽流感病毒的临床早期诊断。该技术在特异地检出H或H亚型禽流感病毒同时,还可根据应用特定引物经RT-PCR扩增出的H和H包括裂解位点在内的HA基因片段。经测序推导出的氨基酸序列,判断H或H亚型禽流感病毒的致病性高低。
2.3酶免疫测定(EIA)技术
EIA技术在AI的诊断与监测方面已被广泛采用。Doller等建立了一种从鼻咽分泌物中直接检测流感病毒抗原的酶免疫方法,该方法无须对病料进行超声处理,而且在4h即可出结果。Cherian等建立了一种用于检测呼吸道分泌物中A型流感病毒RNA的PCR酶免疫(PCREIA)方法。该方法对感染后4d的病料A型AIV的检测特别有效。Schweiger等建立了用于检测A型AIVN1和N2型的DNA酶免疫(DEIA)方法。该方法简单、快速,可进行大批样品的检测。
2.4荧光PCR法
荧光RT-PCR技术是20世纪90年代末发展起来的新技术,将荧光素标记的探针与引物一起,在荧光PCR仪中反应,电脑对整个反应进行实时监测,避免了交叉污染,提高了检测敏感性,已成功用于人乙型肝炎病毒、衣原体、艾滋病病毒等的检测,根据A型禽流感病毒的共有NP基因序列设计引物、探针,建立的通用型荧光RT-PCR检测方法不仅能够用来检测禽流感病毒H5、H7、H9亚型,而且对其他禽流感病毒亚型也能检出。用通用型探针、引物检测常见其他禽类病毒,未发现交叉反应。说明该方法敏感性高、特异性强。
2.5核酸探针技术
核酸分子杂交技术是目前生物化学和分子生物学研究应用最广泛的技术之一,是定性和定量检测特异性DNA或RNA的有力工具。用PCR技术制备了白基因片段(NPC)的地高辛标记cDNA探针,建立并优化了检测AIV的探针杂交法。该探针具有较好的特异性和敏感性,为从分子水平探讨禽流感的发病机理和临床早期快速诊断提供了新的研究手段。对以基因芯片技术为基础的检测H5、H7、H9亚型禽流感病毒的诊断技术进行了研究,结果表明,DNA芯片技术可以提供一种有效的AIV诊断方法。
3结论
禽流感是一种全球性的烈性传染病,可在宿主中不断发生变异和基因重组,是2l世纪我国养禽业将面临的最大的瘟疫性威胁。禽流感可在禽、猪和人中进行传播。AIV不仅作为人流感的最大基因库而间接威胁人类健康,而且还可作为人类的新病毒而直接构成人类的威胁。因此,预防禽流感具有重要的公共卫生意义和经济意义。随着现代分子生物学、微生物学、免疫学等学科的发展,以及同其他学科间的渗透,禽流感的传统检测诊断技术将与现代分子生物学技术结合或者现代分子生物学技术与其他学科研究技术有机结合,一定会实现诊断的快捷、方便、准确、灵敏、经济、易操作,为禽流感的防治做出重大贡献。
4参考文献
[1] 李莉萍,韦平,韦天超,等.禽流感病毒的分子生物学特性及其检测技术的研究进展[J].广西农业生物科学,2005(1):10-12.
[2] 冯玉萍,马忠仁.禽流感病毒(AIV)的特征与防治[J].西北民族大学学报(自然科学版),2004(1):69-72.
[3] 张家谁,徐红.禽流感病毒致病性研究进展[J].病毒学报,2007(4):335.
[4] 牟维东,王永灵.禽流感的研究进展[J].中国兽医科技,2004(4):32-37.
[5] 李建丽,马仲彬,王泽霖,等.禽流感病毒遗传变异及其分子机制[J].中国动物检疫,2004(6):44-46.
[6] 郑腾,陈枝华.禽流感病毒致病性的分子生物学基础及研究近况[J].黑龙江畜牧兽医,2002(2):41-43.
[7] 金元昌,李景鹏,张龙,等.禽流感病毒分子生物学研究进展[J].动物医学进展,2003(1):12-15.
[8] (美)B.W.卡尔尼克.禽病学(第10版)[M]//高福,苏敬良,译.北京:中国农业出版社,1999.
[9] 衣翠玲.禽流感病毒的研究进展[J].青海畜牧兽医杂志,200l(4):451.
[10] 魏泉德,谭爱军.禽流感病毒实验检测研究进展[J].微生物学通报,2007(5):986-990.
[11] 宋晓晖,王中力,陈西钊.禽流感诊断研究进展[J].中国动物检疫,2003(11):45-47.
[12] 傅生芳,独军政,常惠芸,等.禽流感病毒的分子生物学研究进展[J].动物医学进展,2005(5):22-24.
近年来,世界食管癌(esophageal cancer,EC)患者以每年30万例的速度剧增,这引起国内外的普遍关注。由于食管癌的发病在分子水平上涉及多类基因及蛋白质的作用,故分子生物学研究对其早期诊断、治疗及预防等有重要意义。本文拟就近年食管癌的分子生物学研究进展做简要的综述。
1 生长因子基因
1.1 表皮生长因子受体EGFR:表皮生长因子受体EGFR是分子量170KD的跨膜酪氨酸激酶糖蛋白,由原癌基因erb-4编码而成,与其配体EGF或TGF-a结合可激活受体本身的酪氨酸蛋白激酶活性,从而激活信号传导系统,刺激细胞生长增殖。erbB-1(EGFR)、erbB-2(HER2)erbB-3和erbB-4共同构成表皮生长因子家族,它们都属于酪氨酸激酶受体。临床上在多个食管鳞癌(ESCC)细胞系及ESCC肿瘤的标本中,都发现过EGFR的过表达。C-erbB-2编码蛋白p185与细胞伪足结合,能加速细胞运动,从而促进癌细胞浸润与转移。日本、美国和法国的研究资料表明,食管腺癌(EADC)EGFR基因扩增率较高(30.8%),并出现EGFR和C-erbB-2基因共扩增[1],ESCC EGFR基因扩增率则为8%~30%,且C-erbB-2没有扩增。由此,研究EGFR和C-erbB-2可能与食管癌的发生有关,且EGFR可能存在地区和种族差异性。同时,通过对食管癌前病变的研究,发现EGFR蛋白过度表达在食管基底细胞过度增生和间变的发生率分别为39%和80%,而在正常食管黏膜上皮则未见该蛋白过度表达,因此提示EGFR与EC癌前病变的发生、发展密切相关。
1.2 血管内皮生长因子VEGF:在调节控制血管生长的过程中,血管内皮生长因子VEGF显得尤为重要。实验室中对五个EC细胞系进行RT,PCR技术分析,发现其中有四个细胞系存在VEGF-C mRNA表达。医学研究表明,约占20%~70%的EC有VEGF的表达,并且与肿瘤分明、静脉侵入、EC浸润深度、淋巴细胞浸润及淋巴结转移有相关。
2 细胞周期调节基因
2.1 p53基因:p53是一种核转录因子,是定位于17p13.1上的肿瘤抑制基因,在机体环境受到和缺氧、DNA损伤或氧化还原紊乱等刺激时,它可以通过磷酸化和乙酰化作用被激活。p53基因通过p21介导对细胞周期进行调控,并且通过上调Bax的同时下凋Bbcl-2来诱导凋亡。p53基因的异常与食管黏膜细胞癌变的过程密切相关,大多数点突变发生在外显子5~8之间。Simeda等[2]研究提示,在EC的形成中,p53的基因突变和蛋白产物的聚积先于肿瘤的浸润,是食管癌发生过程中一个较早期事件。
同时,研究表明,肿瘤抑制基因p53的突变常伴有pRb的改变。通过对病毒原癌蛋白的研究,提示肿瘤抑制基因pRb和p53有联合作用,病毒原癌蛋白能使两种分子失活。细胞在一种肿瘤抑制基因异变时,细胞分裂的加快会加强基因的不稳定性,并进一步导致细胞增生调控紊乱,克隆生长加快,直至形成肿瘤。因此,p53-Rb系统的改变,特别是其对细胞增生的凋亡调节协同作用紊乱,可能是食管癌变的重要分子机制[3]。
2.2 pRb基因:Rb基因位于染色体13p14上,具有多个被磷酸化的位点,是多种cyclin-CDK的底物。Rb蛋白通过与E2F的结合,有效抑制细胞增生。Cyclin-CDK复合物可使pRb发生磷酸化,从而释放E2F以促进基因转录与细胞分裂。在多种肿瘤及肿瘤细胞系中,都可发现pRb基因的缺失或突变,ESCC中,Rb位点LOH在pRb基因的失活中起重要作用。Maesawa等用PCR检测了49例食管癌Rb位点LOH在pRb基因的失活中起重要作用。Maesawa等用PCR检测了49例食管癌Rb基因的杂合性丢失(LOH),其LOH的发生率为52%(13/25)。食管小细胞中未观察到pRb的表达,提示缺乏pRb表达可能在食管小细胞癌中起重要作用。
2.3 p16和p15基因:在细胞周期G1期调控细胞增生,录属INK4I即cy-clin-dependent kinase 4 inhibitors家族。由于p16和p15基因同时失活可引起pRb调控的R点(restriction point,G1/S检验点)的丧失,因此肿瘤细胞发生恶性增生很有可能与p16和p15的失活有关系。在ESCC细胞系中55%细胞系显示p16,p15和(或)9p21相邻位点有纯合性缺失。在ESCC标本的研究中发现p16失活占优势作用的是启动子区CpG岛异常甲基化,突变和纯合缺失相对很低,而p15常发生纯合缺失[4]。
2.4 Cyclin D1基因:Cyclin D1位于11q13号染色体上,为正调控因子。细胞周期是由CDKs及其亚调节单位cyclins序贯性激活调节的,通过cyclin D1蛋白来影响CDK介导的Rb磷酸化而促进G期细胞的进程,因此cyclin D1蛋白是G1期细胞增殖信号的关键蛋白。
Roncallii等发现在食管鳞状细胞癌中,Cyclin D1和Rb蛋白的积聚间,以及p16表达的缺失和Cyclin D1过度表达间均存在正相关有关系。Cyclin D1在EADC几乎无扩增,而其扩增与ESCC有明显的相关性[5]。
3 抑制细胞凋亡基因
3.1 Bc1-2基因:Bc1-2基因属抑制细胞凋亡基因,其位于染色体18q21,在正常食管黏膜中不过度表达。研究表明,Bc1-2基因在ESCC和癌旁非典型增生组织中表达增高,另外还发现Bc1-2基因表达与肿瘤分化程度有关,肿瘤分化程度越高,Bc-2基因阳性表达率也越高。
3.2 survivin基因:survivin基因属凋亡抑制基因,其蛋白质表达与肿瘤的发生、发展及预后有关,在食管癌相关研究中发现,依正常黏膜――单纯增生――不典型增生原位癌――浸润癌的顺序,survivin蛋白表达的阳性率依次增高[6]。据此推测,survivin的表达可能与细胞生物学转化的中间环节有关,因而可作为食管癌早期诊断的参考。在形态学中若正常及增生黏膜上皮survivin呈阳性表达时,正常组织中可能存在癌变的可能。在高分化鳞癌中,survivin蛋白表达低于低分化鳞癌中的表达,有淋巴结转移组survivin蛋白表达高于无淋巴结转移组,据此推测survivin可抑制食管癌细胞自身的凋亡过程,使肿瘤细胞出现无限制生长。
4 代谢酶基因和DNA错配修复酶基因
4.1 代谢酶基因:研究发现,个体对胃肠道肿瘤的易感性可能与前致癌物的激活及解毒间的代谢失衡有关:化学致癌物中,绝大多数为前致癌物,其致癌性需通过Phase-1酶的激化才可发生作用,而活化的致癌物可被Ph-Ⅱ酶解毒。在对高加索人的研究中发现,GST第313位核苷酸的碱基替换更常出现于Barrett食管患者和腺癌患者,提示GST可能与个体对Barrett食管和食管腺癌的易感性有关[7]。而对日本人的研究表明,同时有GST基因和NA12基因者患食管鳞癌的风险增加,GST和NAT2的多态性可能作为一种预示着对食管鳞癌易感性的遗传生物标记[8]。另外,研究表明细胞色素P450(CYP)基因对许多小分子化合物起氧化作用。Nimura等[9]的研究表明具有CYP基因型的重度吸烟者是食管癌高危人群。Lin等[10]报道中国林县地区人群的CYP2E1基因Rsal识别的CI基因型频率在食管癌、食管癌前病变组织比正常对照组高。
4.2 DNA错配修复酶基因:由于不同的个体DNA修复能力也存在着一定的差异,而基因组的不稳定性在很大程度上与个体机能缺乏修复DNA的能力有关。DNA修复能力差的个体突变率高,肿瘤的易感性也相应会有所增强。Wang等对中国北部食管癌高发区的70个食管癌组织及6个食管癌高危家庭成员进行的分析研究,发现其淋巴细胞的遗传呈多态性,其中7个食管癌标本的MGMT中8个密码子内10WH 点突变,而在其邻近的正常组织未检测到这些突变。O6-甲基鸟嘌呤-甲基转移酶(O6-methylguanine-methyltrans-ferase,MGMT)可以修复DNA烷基化试剂引起的突变,分析表明MGMT基因的突变或缺失可能是导致DNA高突变率原因之一[11]。
在外界环境中,有很多致癌原如亚硝胺等。这些致癌原多为烷基化合物,O6-烷基鸟嘌呤DNA烷基转移酶(O6-alkylguanine-DNA alkyhransferase,AGT),是重要的DNA损伤修复酶,外界环境中的许多致癌原,包括亚硝胺,许多是可诱导DNA形成O6-烷基鸟嘌呤加成物的烷基化合物。而在保护细胞免受烷基化学物质诱导的突变和细胞毒侵袭等方面,AGT酶起着重要作用。人的AGT基因共包含5个外显子以及170多个Kb。AGT基因的编码序列开始于第二外显子,其活性位置是第五外显子145位密码的半胱氨酸。目前的研究表明,人的AGT基因呈现多态性。当烷基化学物质诱导产生DNA突变前损伤产物O6-烷基鸟嘌呤而又未得到AGT酶的及时修复时,将促使DNA复制时发生碱基转换,从而增加对肿瘤的易感性,诱导肿瘤形成。实验已证实在河南食管癌高发区人群中,存在AGT第三外显子84位和第五外显子第143/178位密码子多态变体L2,但AGT多态变化与食管癌高易感性的关系尚待进一步研究。
5 食管癌变分子学基础研究的临床应用
近年来,对食管癌分子生物学研究表明,食管癌是多种相关或独立的基因或分子改变的多阶段进行性演变过程,是多种基因变化累积或综合作用的结果。在医学研究中,必须积极寻找、研究食管癌早期基因,并通过分子生物学的基础研究来实现食管癌的早期诊疗和临床应用,这主要包括三个方面:一是根据分子生物学基础研究,及时对高危人群进行检测,从而选出简易、经济、特异性和敏感性高的,作为监测所用的生物学指标;二是通过分子生物学研究,有效提示食管癌的致病因素,以实施有效的食管癌病前预防、干预措施;三是充分利用分子生物学研究结果,为食管癌患者提供早期诊断指标和特异性的生物治疗方法,如基因治疗法等。
Abstract: The animal protects own one driving way to ambient temperature's adaptation, displays in the duplication and the expression pattern change of the cell and presents the new gene open and the new protein factor synthesis. The gene level, the protein level, the cell membrane level and so on three aspects has carried on the summary about the research survey of animal which adapts to the ambient temperature, and discussed the molecular biology mechanism as well as in evolution significance which animal adapts to the ambient temperature.
关键词: 动物;温度;基因;蛋白质;细胞膜
Key words: animal;temperature;gene;protein;cell membrane
中图分类号:Q291文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2011)25-0324-02
0 引言
动物的一切生命活动(生长、发育和生殖等)都是在一定的环境温度中进行的。一般说来,变温动物生长发育所要求的温度条件在 6-36℃范围内;恒温动物由于自身有调节体温的能力,对环境温度的适应范围广些[1]。当环境温度在最低和最适温度之间时,动物体内的生理生化反应会随着温度的升高而加快,代谢活动加强,从而加快生长发育速度;当温度高于最适温度后,参与生理生化反应的酶系统受到影响,代谢活动受阻,势必影响到动物正常的生长发育。环境温度若超出动物所要求的范围,动物的生命活动就会出现停滞;温度过高或过低会导致动物体死亡[2]。近年来关于动物对外界环境温度适应的分子生物学研究主要集中在基因水平、蛋白质水平和细胞膜水平三个方面。
1 基因水平上的温度
动物对环境温度的适应,会使自身的细胞内转录和表达模式发成变化,以适合环境的变化,此时它会出现新的基因开放和新蛋白因子的合成,这总的来说是动物对自身的一种保护方式。
外界环境温度的改变可以诱导动物体内热激蛋白家族基因的大量表达,从而调整动物有机体对外界环境温度的适应。
尽管热激蛋白家族基因序列保守,编码序列变异较低,但是,由于目前动物种类逐渐增多,热激蛋白基因序列和拷贝数等也在逐步显示出不同的趋势。
适应不同温度的果蝇居群,其热激蛋白70基因内存在两个显著的差异[4],一个大的插入/缺失(indel)多态位点(56H8/122)和一个单核苷酸多态位点差异;对于来自澳大利亚东部不同纬度的11个居群,插入/缺失位点的频率与纬度呈正相关,由于纬度与温度最大(小)值和平均值呈负相关,提示温度和热值变化可能对Hsp70基因的这一变异频率产生了影响,Anderson[5]等也发现黑腹果蝇3号染色体右臂上hsr-omega基因的8bp缺失作为一个遗传标记与纬度及最高温(最热月)呈正相关,另一个3端重复的标记则多出现于温带群体中,与冷适应性相关。适应于较低纬度的Drosophila lummei有7个Hsp70基因拷贝,其热胁迫抗性高于具有5个拷贝的Drosophila lummei,后者在分布上处于较高的纬度,提示Hsp70基因结构与果蝇的适应纬度有相关性[6]。
果蝇体内一个名为“DmDG”的基因活性一旦下降,果蝇就会“怕热”,从而喜欢向温度更低的地方转移,其喜好的环境温度要比正常情况下低5摄氏度[7]。“DmDG”基因可能与果蝇的代谢功能相关。这个基因活性下降后,果蝇体内能量代谢就会活跃,于是就会更喜欢低温环境。动物体内利用基因调节温度适应性的机制普遍存在,这可以使动物适应很大的温度变化。
克隆斑潜蝇(Liriomyza sativae)3种小分子Hsp(Hsp19.5、Hsp20.8和Hsp21.7)和2种Hsp60(TCP1α,TCP1ζ),定量PCR分析表明,3种小分子Hsp均能被低温所诱导表达,而且Hsp20.8对低温更敏感,这意味着不同的小分子Hsp可能响应不同强度的低温胁迫。6种Hsp基因(Hsp19.5、Hsp20.8、Hsp21.7、TCP1α、TCP1ζ和Hsp90)的相对表达量在不同生长发育阶段差异显著。总的表达趋势是:小分子Hsp(Hsp19.5、Hsp20.8、Hsp21.7)在蛹期表达量最高,而大分子Hsp(TCP1α、TCP1ζ、Hsp90)的表达量则随着生长发育而递增[8]。这意味着除响应温度胁迫外,热激蛋白基因可能还在昆虫的生长发育中起着一定的作用。
2 蛋白质水平上的温度适应
热激蛋白(Hsps)是生物适应环境温度变化的一个重要媒介分子。受到热胁迫刺激后,动物有机体对热的胁迫抗性提高与热激蛋白表达量普遍成正相关[9]。
热激蛋白存在于所有动物细胞中,是动物受到应激原刺激后诱导产生的一组应激蛋白,与机体的应激关系密切,在进化上高度保守。对滞育的吉普赛蛾(Lymantria dispar)幼虫给以37-41℃的热激可以诱发合成7种Hsps(分子量分别为90,75,73,60,42,29和22ku),-10--20℃的冷休克导致其产生2种Hsps(90和75ku),当在25℃下恢复时另外又合成分子量29ku的热激蛋白[10]。斑马鱼在热胁迫(28-37℃)和冷胁迫(20-28℃)下的热激蛋白表达模式存在差异,在热胁迫条件下,Hsp70呈上调表达,而冷胁迫下Hsp70则显稳定表达[11]。将新月鱼的成纤维细胞系的培养温度从28℃调节到37℃时诱导产生3种不同的热休克蛋白[12]。
较缓和的高温对B型烟粉虱Hsp70表达具有诱导作用,极端高温会抑制Hsp70表达。在37-41℃范围内,Hsp70的表达量随着温度的升高而升高,在41℃时达到最高峰;当温度升高到43℃和45℃,B型烟粉虱Hsp70的表达量迅速降低。B型烟粉虱温室种群体内的Hsp70表达量与温室内的温度有关:上午到中午随着气温的升高,B型烟粉虱体内Hsp70表达量随之上升;傍晚气温降低时,Hsp70表达量也随之下降[13]。Kimura(1998)比较过3个果蝇近缘种热休克蛋白基因的表达情况,发现在冷激条件下,亚热带低海拔种(Drosophila watanabe)诱导热休克蛋白表达的阈温度要比温带种(D.traurara)和亚热带高海拔种(D.trapezifrons)高,而亚热带低海拔种的耐寒性却最低,说明在果蝇中热休克蛋白基因表达和耐寒性呈负相关[14]。Sorensen et al(2001)研究果蝇(D.huzzatii)不同自然种群间HSP70基因表达后,发现在冷激下寒温带种群诱导热休克蛋白基因表达的阈温度要明显低于热带种群[15]。
3 细胞膜水平上的温度适应
在正常生理温度下,细胞膜的主动运输、酶的活性、胞外分泌等机能才能正常进行[16]。细胞的膜脂在不同温度下具有不同的酰基链和链长度[16]。细胞膜化学成分改变可能是对温度适应的最普遍模式[16]。低温通过影响细胞膜的流动性而影响细胞正常的机能,对低温的适应不可避免地会涉及到细胞膜化学成分的改变。胆固醇能够促使细胞膜结构的有序化,从而增加细胞膜的流动性。鱼类通过改变脂肪酸中不饱和成分含量和极性磷脂头部组分,减少细胞膜中甾醇/磷脂比率来改变膜的流动性使鱼类更加适应寒冷的外界环境[17]。通过对不同温度适应下虹鳟鱼(rainbow trout)的肝、肾、腮等组织细胞细胞膜中胆固醇(C)与磷脂(P)含量的研究发现,5℃适应组细胞膜的C/P 值显著低于20℃适应组[3]。把鱼体暴露于低温下会导致的极性磷脂中非饱和脂肪酸/饱和脂肪酸比例增高,有利于在低温下维持细胞膜流动性,使鱼体更能抵抗低温损害[18]。低温还诱导细胞脂肪酸氧化酶的生成,由于它可以提高细胞膜中不饱和脂肪酸的含量,从而提高了细胞膜在低温条件下的流动性[19]。
在动物对温度的适应过程中,动物细胞还通过膜上各种离子通道数量及分布的改变使细胞内离子的成分和浓度发生相应的改变。研究表明,在北极生活的两种鱼类:Trematomus bernacchii和Trematomus newnesi在适应较高温度过程中,腮和肾等渗透压调节器官细胞膜上的Na/K+-ATP酶活性升高,将细胞内钠的、氯离子快速泵出体外,从而使得血清中渗透压明显降低,与海水间的渗透压差增大。研究结果表明,在冷环境中,鱼类靠升高体液离子浓度及渗透压来缩小与外界海水之间的差异,从而减少能量损耗[3]。鸭子对冷适应表现为肌浆网或内质网上Ca2+-ATPase活性及Ca2+释放通道数量上的改变时相与非寒颤产热的发生相一致[20]。
参考文献:
[1]林育真.生态学[M].北京:科学出版社,2004.
[2]孙儒泳.动物生态学原理[M].北京:北京师范大学出版社,2001.
[3]葛伟文,王之贤.温度适应的分子生物学机制[J].生理科学进展,1997, 28(3):268-270.
[4]Bettencourt B R,I Kim,A A Hoffmann,et al. Response to natural and laboratory selection at the Drosophila hsp70 genes[J]. Evolution,2002,56(9):1796-1801.
[5]Anderson A R,Collinge J E,Hoffmann A A,et al. Thermal tolerance trade-offs associated with the right arm of chromosome 3 and marked by the hsr-omega gene in Drosophila melanogaster[J].Heredity,2003,90(2):195-202.
[6]Evgen'ev M B,Zatsepina O G,Garbuz D G,et al. Evolution and arrangement of the hsp70 gene cluster in two closely-related species of the virilis group of Drosophila[J].Chromosoma,2004,113(5):223-232.
[7]Ken-ichi T,Yoshiro N,Utako K,et al. Changes in Temperature Preferences and Energy Homeostasis in Dystroglycan Mutants[J]. Sciense,2009,323:1740-1743.
[8]Li H H,Chen Z W,Le K. Cloning and expression of five heat shock protein genes in relation to cold hardening and development in the leafminer,Liriomyza sativa[J]. Journal of Insect Physiology,2009,55(3):279-285.
[9]陈亚琼,肖调江,周浙昆.热激蛋白与生物环境适应及进化的关系[J].自然科学进展,2006,16(9):1066-1073.
[10]Yocum G D,Joplin K H,Denlinger D L. Expression of heat shock proteins in response to high and low temperature extremes in diapausing pharate larva of the gypsy moth,Lymantria dispar [J]. Arch Insect Biochem Physiol,1992,18:239-249.
[11]Airaksinen S,Jokilehto T,Rabergh C M I,et al. Heat-and cold-inducible regulation of HSP70 expression in zebra- fish ZF4 cells[J]. Comparative Biochemistry and Physio- logy-B Biochemistry and Molecular Biology,2003,136(2):275-282.
[12]Yatnasaki M,Tajitna M,Lee K W,et al. Molecular cloning and phylogenetic analysis of Babesia gibsoni heat shock protein 70[J]. Veterinary Parasitology,2002,110(1-2):123-129.
[13]崔旭红.B型烟粉虱和温室粉虱热胁迫适应性及其分子生态机制[D]. 中国农业科学院,2007.
[14]Kimura R H,Choudary P V,Sehinid C W. Silk worm Bml SNIE increase following cellular insults[J]. Nucleic Acids Res,1999,27:3380-3387.
[15]Sorensen J G,Dahlgaard J,Loeschcke V. Genetic variation in thermal tolerance among natural populations of Drosophila buzzatii:Down regulation of Hsp70 expression and variation in heat stress resistance traits[J].Functional Ecology,2001,15:289-296.
[16]Hazel J R. Thermal adaptation in biological membranes: is homeoviscous adaptation the explanation [J]. Ann Rev Physiol,1995,57:19-42.
[17]Farkas T,Fodor E,Kitajka K,et al. Response of fish membranes to environmental temperature[J]. Aquaculture Research,2001,32:645-655.
[18]Jobling M,Bendiksen E A. Dietary lipids and temperature interact to influence tissue fatty acid compositions of Atlantic salmon,Salmo Salar L. parr [J]. Aquculture Research,2003,34:1423-1441.
与临床病理学相比,肿瘤分子生物学标记为肿瘤生物学行为的分析、治疗方式的选择、临床预后的判断提供了更客观、更丰富的信息,全文就目前国内外对膀胱移行细胞癌分子生物学标记物的研究概况作一综述。
【关键词】 膀胱移行细胞癌 标志物 分子生物学 免疫学
膀胱移行细胞癌(TCC)的主要特征有多中心性和易复发性,肿瘤细胞易于种植转移,临床上仅根据肿瘤病理判断预后较为困难。鉴于此,目前对其分子生物学标记物的研究愈来愈多,如p53、p21、Ki67、bcl?鄄2等。已有多篇文献报道分析了相关分子生物学标记物与泌尿系统上皮肿瘤的病理分级、临床分期、复发及生存率的关系,为诊断肿瘤、制定正确的治疗方案及判断预后等提供重要的信息,本文就目前已报道的分子生物学标记物作一综述。
1 癌基因与抑癌基因
1.1 p53
p53的突变或丢失在膀胱癌的检出率为50%~60%,Migaldi等[1]分析不同年龄膀胱癌患者的p53表达,发现p53异常表达在小于45岁的膀胱癌患者更为常见。大量研究表明,p53的改变与膀胱癌的分期、分级、侵袭性有关,但其是否与膀胱癌的复发及生存率相关仍有争议。Yeniyol等[2]采用免疫组化检测48例膀胱移行细胞癌标本中p53的表达,p53异常表达在不同临床分期和病理分级间差异显著,但未发现p53阳性组与阴性组肿瘤复发率和死亡率有明显差异。Stavropoulos(n=58)和Ong(n=64)等[3]也得出类似的结论。但另有多篇文献报道,p53与膀胱癌的复发率和死亡率显著相关。Sanchez等[4]报道复发的膀胱癌(n=47)p53的异常表达明显高于未复发者,p53的异常表达与膀胱癌的进展和生存率相关。Wolf等报道p53异常表达与pT1G3膀胱癌(n=30)的预后关系密切。
p53突变可能与膀胱原位癌(CIS)的生物学行为有关,导致CIS的侵袭性增加,Shariat等[5]检测47例膀胱CIS的p53及其中39例标本的p21表达,p53/p21联合分析显示出与肿瘤的复发、进展及生存率之间密切的相关性,p53(+)/p21(+)患者肿瘤复发进展和死亡的危险程度远大于p53(+)/p21(-)或p53(-)/p21(-)者。
1.2 p21
关于p21与膀胱癌的报道结果并不统一,Chatterjee等[6]检测p53、p21、pRb在164例TCC标本中的表达,结果显示p53、p21、pRb可作为判断TCC复发率和5年生存率的独立因子,三者联合分析显示出与TCC预后之间良好的相关性。Kuczyk MA等也认为p21WAF/CIP1可以作为判断膀胱癌生存率的独立预后因子。Liukkonen等[7]检测207例膀胱癌(pTa~pT1)标本中p21WAF1/CIP1和细胞周期素D1的表达,平均随访4.9年,分析其与肿瘤分期、分级、细胞增殖率(MIB?鄄1指数)、p53、bcl?鄄2、生存率的关系。结果只有MIB?鄄1指数与无瘤生存率显著相关(P=0.03),肿瘤复发率只与肿瘤分级(P=0.002)和细胞周期素D1的表达相关(P=0.04),提示p21WAF1/CIP1与其他因子相比预后作用较小,有关p21WAF1/CIP1在判断膀胱癌预后中的意义有待进一步阐明。
1.3 p16 /CDKN2A
Hitchings等[8]检测78例TCC 标本(pTa~pT1) p53、p16、pRb的表达,多因素分析显示任何两者的改变与肿瘤的进展密切相关,p53和 p16同时表达异常者肿瘤的进展可能性增加14.45 倍,提示p53和 p16可用来判断pTa~pT1期膀胱肿瘤的进展情况。Benedict等发现肿瘤标本中p16/CDKN2A的表达与Rb的表达呈负相关,Rb强染色的标本罕见p16阳性染色,同时,伴染色体9p21的杂合丢失的肿瘤p16/CDKN2A失表达,Rb强表达。Primdahl等发现初诊即为浸润型膀胱癌p16/CDKN2A的表达显著低于继发于Ta 或T1的浸润期肿瘤,有关进一步解释尚待研究。
1.4 Rb
Sanchez Zalabardo D等[4]随访47例浸润型膀胱癌患者,发现Rb表达异常的患者肿瘤进展速度、复发率显著升高。Sunanda等检测164例TCC标本pRb的表达,得出结论pRb可作为判断TCC复发和生存率的独立预后因子。另有报道对45例T1期膀胱肿瘤患者随访发现Rb基因的丢失与pRb的异常表达明显导致患者无瘤生存率降低,此外,多篇文献报道Rb在与p21、p16、Ki67、p53等联合判断膀胱癌预后时表现出良好的相关性,可作为较理想预后因子。
2 细胞增殖相关指标
细胞核相关抗原(Ki67)是增殖性细胞核的标记物,可通过单克隆抗体MIB?鄄1检测,其在判断膀胱癌预后中的重要意义被越来越多的作者证实。Migaldi等发现老年患者膀胱癌标本MIB?鄄1指数高于年轻者,并且与膀胱癌复发率、生存率密切相关[9]。Nakopoulou等(n=94)、Saika等(n=203)、Santos等(n=159)也研究发现Ki67是膀胱癌良好的独立预后因子。
Frank等[10]选取伴区域淋巴结转移的尿道膀胱肿瘤139例,手术切除肿瘤并行化疗,随访分析p53和MIB?鄄1在判断肿瘤预后及化疗疗效中的作用,结果并未发现p53和MIB?鄄1与该类肿瘤患者的预后具有显著性相关,但MIB?鄄1指数与肿瘤的化疗疗效呈显著负相关,提示MIB?鄄1可以作为判断膀胱癌化疗疗效的指标,指导临床治疗。同样,Matsumoto等对62例膀胱移行细胞癌(pT1G3~pT4M0)标本进行类似研究,平均随访34个月,发现Ki67的表达与肿瘤化疗完全缓解率显著性相关,能较好地判断疗效。
3 细胞凋亡相关指标
3.1 bcl?鄄2/bax
bcl?鄄2被认为是抑制细胞凋亡的重要的原癌基因。bcl?鄄2、bax属于凋亡调控基因bcl?鄄2 基因家族, 分别能够阻遏和促进凋亡, bax?鄄bax同源二聚体促进凋亡,bcl?鄄2?鄄bax异聚体阻遏凋亡,突变的p53蛋白可起到与bcl?鄄2蛋白类似的作用,并抑制bax基因的转录,进而抑制凋亡。
Uchida T等观察到119例膀胱癌患者中p53的表达与肿瘤分期分级相关,bcl?鄄2表达与肿瘤临床病理特征无关,但p53和bcl?鄄2同时过表达提示不良预后[11]。Wolf、Gazzaniga等也证实bcl?鄄2的表达与肿瘤复发率和无瘤生存率明显相关。但 Asci R等[12]报道年龄小于40岁患者TCC细胞浆bcl?鄄2和p53的表达分别为54%、37%,与肿瘤的进展无明显相关。同样,Fraile、Stavropoulos等报道bcl?鄄2的表达与膀胱癌的分期、分级及复发率无明显相关,提示有关bcl?鄄2的作用仍需进一步研究。
3.2 Fas/FasL
Fas与FasL都是跨膜蛋白,分别属于TNF受体和TNF家族,T淋巴细胞和NK细胞的活化可导致细胞表面FasL被激活,与Fas结合,使表达Fas的细胞发生凋亡。Lee SH等检测37例膀胱癌标本,Fas/FasL的高表达达到92%。Lee等报道43例膀胱肿瘤标本28%有Fas基因的突变。目前对血液中可溶性Fas (sFas)和可溶性FasL (sFasL)研究较多,Mizutani等[13]报道sFas或sFasL的升高预示Ta期膀胱癌患者早期复发的可能,sFas或sFasL可作为判断Ta期膀胱癌复况的预后因子。
4 血管形成因子
4.1 VEGF
与大多数实体瘤一样,膀胱癌的形成也具有血管形成依赖性,与血管内皮生长因子VEGF关系密切。Vasilios等[14]研究VEGF和低氧诱导因子(HIF?鄄1α)之间的关系及两者在TCC中的预后意义,结果显示HIF?鄄1α与肿瘤病理分级显著相关,VEGF和微血管密度(MVD)与肿瘤分级和临床分期显著相关。HIF?鄄1α与VEGF和MVD显著相关,提示VEGF和HIF?鄄1α的升高刺激血管生成,导致肿瘤预后不良。同样,Santos(n=66)也报道VEGF可作为判断膀胱上皮肿瘤的预后因子。
4.2 血栓黏合素?鄄1
血栓黏合素?鄄1(TSP?鄄1) 是细胞外基质中的一种糖蛋白,分子量为430kD。TSP?鄄1被认为是惟一抑制肿瘤血管形成的物质。Grossfeld等[15]分析了163例TCC标本TSP?鄄1、p53的表达与TCC复发生存率之间的关系,TSP?鄄1表达与TCC复发 (P=0.009)和生存率(P=0.023) 显著相关,低表达TSP?鄄1患者肿瘤复发率增高,生存率降低。
5 生长因子及受体
5.1 EGFR
EGFR在众多上皮肿瘤中有较高的阳性表达,Colquhoun等[16]综述了近年来有关EGFR与膀胱癌的研究,得出结论EGFR的表达与膀胱癌的分期、分级、复发率、无瘤生存率明显相关,EGFR过表达提示肿瘤预后不佳,使用抑制EGFR活性的物质如ZD 1839等可望成为临床治疗膀胱癌等的新手段。
5.2 TGFα
TGFα在膀胱癌中的表达显著高于正常膀胱组织,Ravery等报道43例膀胱癌中60%存在TGFα高表达,且与肿瘤死亡率显著相关。Ravery等分析28例早期膀胱肿瘤TGFα?鄄mRNA的表达,随访两年发现其与肿瘤复发显著相关,对判断早期膀胱肿瘤的预后有重要价值。Thogersen等则报道TGFα与EGFR的表达相关,但与患者生存率无明显相关,其在判断膀胱癌预后中的作用有待研究。
6 细胞外基质与细胞黏附分子
6.1 MMPs
Hara等[17]分析51例表浅TCC中MMP?鄄2、MMP?鄄9、膜型MMP?鄄1 (MT1?鄄MMP)与肿瘤复发率间的关系,复发组MMP?鄄9的表达是未复发组的2.5倍,未发现MMP?鄄2、MT1?鄄MMP表达的差异,MMP?鄄9高表达组无瘤生存率显著低于正常表达组。同样,Ozdemir等检测60例膀胱癌MMP?鄄1,MMP?鄄2,MMP?鄄9的表达,发现只有MMP?鄄9的表达与肿瘤的分期分级相关。Papathoma等报道随着尿路上皮肿瘤分级和浸润程度的升高,MMP?鄄9和MMP?鄄2表达显著升高,但两者与肿瘤的复发率无明显相关,提示其在判断膀胱癌转移和预后中的意义仍有待研究。
6.2 E?鄄钙黏蛋白
E?鄄钙黏蛋白的表达与肿瘤分化、癌细胞侵袭能力及转移可能相关。Shahrokh等检测53例膀胱CIS标本E?鄄钙黏蛋白的表达,随访131个月,多因素分析表明E?鄄钙黏蛋白是与CIS复发、进展、无瘤生存率显著相关的独立因素,提示E?鄄钙黏蛋白异常表达的肿瘤侵袭性高,需要早期彻底治疗。Rao等分析细胞支架蛋白-肌动蛋白(Gelsolin)和E?鄄钙黏蛋白在判断膀胱癌预后中的意义,结果示Gelsolin与膀胱癌进展和复发密切相关,但未发现E?鄄钙黏蛋白在判断膀胱癌预后中的显著意义,其在判断膀胱癌预后中的意义还有待明确。
与临床病理学相比,肿瘤分子生物学标记为肿瘤生物学行为的分析、治疗方式的选择、临床预后的判断提供了更客观、更丰富的信息,深入研究此类标记十分必要。目前对泌尿系统上皮肿瘤分子生物学标记物的研究虽已取得进展,但除了对个别标记物Rb、Ki67的意见较为统一外,对绝大多数标记物在肿瘤中的表达分布及预后价值仍存在争议,目前的文献报道多存在样本量小的问题,缺少大规模研究的支持,再加上免疫组化法检测蛋白受抗体选择、阳性结果判断、手工操作等外在因素影响的问题,导致研究结果之间缺乏可比性或对同类研究对象得出相反的结论,因此需要将实验方法标准化以提高研究的可靠性和可重复性。此外,由于肿瘤的进展和转移是涉及多种分子机制的极其复杂的过程,仅凭对单一预后指标的评估不能全面准确地反映肿瘤的恶性潜能,肿瘤免疫标记物最终的临床应用可能是多个指标的综合评估。
参考文献
[1] Migaldi M, Rossi G, Maiorana A, et al. Superficial papillary urothelial carcinomas in young and elderly patients: a comparative study[J]. BJU Int, 2004, 94(3): 311-316.
[2] Yeniyol CO, Suelozgen T, Vardar E, et al. The relation of mutant p53 accumulation in transitional cell carcinoma of bladder with pathological stage, grade, recurrence and survival[J]. Int Urol Nephrol, 2001, 33(3): 473-478.
[3] Ong TA, Peh SC, Goh KS, et al. P53 protein expression in transitional cell carcinoma of the bladder?鄄experience of the university of Malaya Medical Centre[J]. Asian J Surg, 2003, 26(1): 31-36.
[4] Sanchez Zalabardo D, Rosell Costa D, Fernandez Montero JM, et al. Prognostic value of p53, Ki67, and Rb protein in infiltrating bladder tumors[J]. Actas Urol Esp, 2002, 26(2): 98-103.
[5] Shariat SF, Kim J, Raptidis G, et al. Association of p53 and p21 expression with clinical outcome in patients with carcinoma in situ of the urinary bladder[J]. Urology, 2003, 61(6): 1140-1145.
[6] Chatterjee SJ, Datar R, Youssefzadeh D, et al. Combined effects of p53, p21, and pRb expression in the progression of bladder transitional cell carcinoma[J]. J Clin Oncol, 2004, 22(6):1007-1013.
[7] Liukkonen T, Lipponen P, Raitanen M, et al. Evaluation of p21WAF1/CIP1 and cyclin D1 expression in the progression of superficial bladder cancer[J]. Urol Res, 2000, 28(5): 285-292.
[8] Hitchings AW, Kumar M, Jordan S, et al. Prediction of progression in pTa and pT1 bladder carcinomas with p53, p16 and pRb[J]. Br J Cancer, 2004, 91(3): 552-557.
[9] Duggan B, Williamson K. Molecular markers for predicting recurrence, progression and outcomes of bladder cancer (do the poster boys need new posters?) [J]. Curr Opin Urol, 2004, 14(5): 277-286.
[10] Frank I, Cheville JC, Blute ML, et al. Prognostic value of p53 and MIB?鄄1 in transitional cell carcinoma of the urinary bladder with regional lymph node involvement[J]. Cancer, 2004, 101(8): 1803-1808.
[11] Uchida T, Minei S, Gao JP, et al. Clinical significance of p53, MDM2 and bcl?鄄2 expression in transitional cell carcinoma of the bladder[J]. Oncol Rep, 2002, 9(2): 253-259.
[12] Asci R, Yildiz L, Sarikaya S, et al. p53 and bcl?鄄2 overexpression as associated risk factors in patients 40 years old or less with transitional cell carcinoma of the bladder[J]. Urol Int, 2001, 67(1): 34-40.
[13] Mizutani Y, Yoshida O, Ukimura O, et al. Prognostic significance of a combination of soluble fas and soluble fas ligand in the serum of patients with Ta bladder cancer[J]. Cancer Biother Radiopharm, 2004, 17(5): 563-567.
[14] Theodoropoulos VE, Lazaris ACh, Sofras F, et al. Hypoxiainducible factor 1α expression correlates with angiogenesis and unfavorable prognosis in bladder cancer[J]. Eur Urol, 2004, 46(2):200-208.
[15] Kausch I, Bohle A. Molecular aspects of bladder cancer.Ⅲ. Prognostic markers of bladder cancer[J]. Eur Urol, 2002, 41(1): 15-29.
[关键词] 分化型甲状腺癌;分子生物学;进展
[中图分类号] R736.1 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721(2013)09(b)-0019-03
甲状腺癌主要组织病理学类型包括状癌(PTC)、滤泡状癌(FTC)、髓样癌(MTC)以及未分化癌(ATC)。前两者统称分化型甲状腺癌(DTC),共占甲状腺癌的90%以上,占头颈部恶性肿瘤的首位,占所有恶性肿瘤的3%,女性发病率较高。近20年来,我国甲状腺癌发病率呈明显上升趋势,由约1/10万上升到(3~4)/10万。DTC确切的致病因素尚不清楚,幼年时过量射线照射是目前唯一确定的致癌机制[1-2]。近年来分子生物学技术研究使人们对甲状腺癌的分子机制有了更深入的了解,这对于指导甲状腺癌的诊断治疗及疗效评价有非常重要的意义,本文就DTC相关基因研究进展进行综述。
1 BRAF基因
BRAF基因最早是在人类尤文肉瘤中发现的高度表达变异的癌基因,在极少数的胃肠癌、肺癌、卵巢癌以及甲状腺癌等多种肿瘤中都有表达[3]。BRAF又名鼠类肉瘤滤过性毒菌致癌同源体B1,该基因位于第7号染色体,为RAF基因家族成员之一,是RET和RAS的下游信号分子。目前认为,BRAF基因突变是甲状腺癌最常见的基因变异之一,约49%的PTC和25%的ATC会出现该基因的表达[4]。其发生机制为BRAF基因错义突变的15外显子碱基,致使翻译蛋白质600位密码子将对应的缬氨酸 (V600E)替代为谷氨酸,可活化蛋白激酶,并进一步激活ERK激酶,向MAPK信号通路下游传递细胞有丝分裂信号,致使甲状腺细胞肿瘤形成并向恶性转化[5]。
BRAF基因突变是近年来甲状腺癌基因领域的重要研究进展,也是目前针对DTC发生机制研究最多的突变类型之一。最近研究显示导致激酶激活突变的因素有多种,包括点突变框内插入或框内缺失、放射线暴露等,尽管其发生率较低。由于BRAF基因突变在DTC中发生率较高,而在甲状腺良性病变中检测不到,因此该突变可以作为特异性较强的DTC诊断指标。该突变与低分化的甲状腺癌及ATC的变异性也有较强关联性,在高细胞及经典亚型的PTC中更为常见。还有研究显示该突变的存在似乎与肿瘤的侵袭性特征有关,此突变可使肿瘤更易去分化,因为此突变可见于间变性转化,如甲状腺包膜外侵犯、远处转移和肿瘤复发,而这类因素往往代表着较高的肿瘤相关死亡率。一些大样本临床研究证实,腺体外浸润、区域淋巴结转移、TNM分期(Ⅲ/Ⅳ期)均与BRAF突变呈正相关[6]。有研究对PTC患者随访显示高达80%~85%的复发PTC伴有BRAF突变,这证明对于PTC复发,BRAF突变有很强的预测作用。
以BRAF以及其下游激酶为靶点的分子靶向药物治疗已成为目前DTC治疗研究的又一热点。近年来研究显示多靶点激酶抑制剂索拉非尼(sorafenib)能抑制BRAF突变基因型的甲状腺肿瘤细胞和甲癌肿瘤模型的增殖和生长,但目前国内尚未见该药用于甲状腺癌治疗的报道[7]。
2 RET/PTC重排基因
RET基因于1985年首次发现于小鼠转化的NIH3T3细胞中,因其同样具有与其他基因重排及活化的特征,故又称为RET原癌基因。RET原癌基因经重排后被称为RET/PTC癌基因,属于酪氨酸蛋白激酶受体家族。在这些RET/PTC重排中,RET基因的跨膜区和细胞外区丢失,取而代之的是不同基因来源的5′末端,例如RET与H4融合形成RET/PTC1嵌合体,与RIalpha融合形成RET/PTC2嵌合体等。其产生的嵌合体使RET原癌基因编码的酪氨酸蛋白激酶发生激活,通过下游信号的传导使甲状腺滤泡上皮细胞发生恶性转化[8]。目前研究指出,甲状腺的免疫功能通过RET/PTC1下调,可间接促进PTC的发生。提示癌基因、免疫、炎症及恶性肿瘤生物学特性之间存在一定联系,在甲状腺癌发病机制中RET/PTC基因重排有较重要的作用。
在PTC细胞中RET/PTC基因重排普遍存在,而在正常甲状腺组织及良性甲状腺病变中不表达或基本不表达[9],所以RET/PTC重排可以作为诊断PTC较特异的指标。但PTC中RET/PTC的表达率报道不一,所以其阴性结果并不能完全除外PTC。此外,国外研究还发现放射性暴露史能引起RET/PTC基因重排并进一步促使甲状腺癌的发生。国外学者报道幼年时曾有放射线暴露史的PTC患者的RET/PTC重排发生率明显高于无此经历的PTC患者[10]。还有作者对在切尔诺贝利核泄露事故中受过量射线照射所致的状甲状腺癌患者进行分子生物学分析也发现上述特点。
对于有无RET/PTC重排及与PTC的临床特征之间的关系,目前临床认为存在RET/PTC重排的PTC患者的TNM分期更晚,也更易表现出甲状腺被膜外侵犯,也更易复发。但由于采集病例数较少以及所采用的免疫方法不同,在不同的国家和地区,其阳性率相差也比较大,为2.5%~53.5%。还有证据显示是否存在RET/PTC重排与甲状腺状癌的不同生物学行为特点有关,有RET/PTC2重排的分化型甲状腺癌往往具有高度的侵袭性和去分化能力[11]。国外Zafon等[12]报道 RET/PTC表达阳性的甲状腺状癌患者更易发生局部浸润及淋巴结转移,两者差异有统计学意义(P
舒尼替尼(sunitinib)为近年研制的一种多靶点受体拮抗剂,可以明显抑制RET/PTC酪氨酸激酶[13]。在另一项研究中,舒尼替尼可抑制具有RET/PTC1重组的PTC增殖和生长,但目前国内亦尚未用于甲状腺癌的临床治疗。
3 RAS原癌基因
RAS是一种原癌基因,广泛存在于人和动物细胞中,为人类多种肿瘤最常见的基因异常。RAS基因包括K-RAS、H-RAS和N-RAS 3种类型,这三种基因内结构分别很大,但都编码一种结构相似的G蛋白质,分子量为21 kD,故统称为P21-RAS[14]。分子生物学及遗传学研究提示,RAS基因是存在于细胞膜上一种鸟嘌呤核苷酸的结合蛋白,为多种酪氨酸激酶受体的感受器,并细胞的生长及分化起调解作用。该基因一般有两种存在方式,即与GDP结合时的失活状态以及与GTP结合时的活化状态。突变的RAS蛋白降低了自身内源性鸟苷酸三磷酸酶(GTP)的活性,其结果是致使GTP与RAS蛋白的持续结合并具有了促使细胞生长的作用,致使RAS处于一种持续激活的状态中。由于酪氨酸激酶受体等多种信号传导通道的传感器都受该基因编码联系,并可激活多个不同信号传导通道,其结局会导致甲状腺组织细胞转化为恶性。
RAS突变常在特定肿瘤中出现,如RAS突变可见于95%的胰腺癌中。它也是DTC中检测到的最常见的突变之一。不同的肿瘤有不同的RAS基因突变类型,如K-RAS突变与肺癌有关等。DTC中已经检测到多种RAS基因突变如N-RAS、K-RAS、H-RAS,但在MTC组织中几乎从未检测出该基因突变。该基因突变主要存在于滤泡型PTC及滤泡性腺瘤中,但FTC少见[15-16],该基因突变还对滤泡性腺瘤能否进一步发展为腺癌或者未分化癌具有一定的预测意义,为RAS阳性的腺瘤积极手术切除提供依据。大约10%的FTC可见RAS基因的点突变,并且似乎仅与滤泡亚型FTC有关。RAS点突变型FTC往往伴有滤泡变异型组织学的特性,表现为肿瘤外侵、肿瘤的失分化和出现转移,这在存在骨转移的病例中表现尤为明显[17]。而在低分化DTC组织中往往RAS突变检出率较高,表明该突变会导致DTC更强的侵袭能力。
RAS突变是在DTC中比较多见的事件,具有较高的特异性和敏感性。RAS突变和这些肿瘤的预后及临床特征密切相关,作为一种DTC的诊断学标志具有较广阔的发展前景。RAS抑制剂洛伐他汀已被证实在RAS突变的的甲状腺肿瘤的体内具有抗肿瘤效果[18],为RAS突变表达的DTC提供了新的治疗方法,可能对限制肿瘤的播散有作用,这还需要临床进一步研究。
综上所述,多种免疫组化结果与DTC的发生、发展、预后和转归有密切关系,而且,每种基因的作用均有所不同。甲状腺标本检测P21-RAS有助于分化型甲状腺癌的诊断,而进行RET/PTC及BRAF检测,不但可以有助于诊断PTC,而且可更好地估计肿瘤的侵袭性及淋巴结转移特点,对于肿瘤的后续治疗方案(如分子靶向治疗等)及判断预后有重要价值。
[参考文献]
[1] Nikiforov Y E.Molecular diagnostics of thyroid tumors[J].Arch Pathol Lab Med,2011,135(24):569-577.
[2] Hamatani K,Eguchi H,Ito R,et al. RET/PTC rearrangements preferentially occurred in papillary thyroid cancer among atomic bomb survivors exposed to high radiation dose[J].Cancer Res,2008,68(17):7176-7182.
[3] Ikawa S,Fukui M,Ueyama Y,et al.B-raf,a new member of the raf family,is activated by DNA rearrangement[J].Mol Cell Biol,1988,8(6):2651-2654.
[4] Watanabe R,Hayashi Y,Sassa M,et al. Possible involvement of BRAF V600E in altered gene expression in papillary thyroid cancer[J].Endocr J,2009,56(3):407-414.
[5] Oler G,Camacho CP,Hojaij FC,et al.Gene expression profiling of papillary thyroid carcinoma identifies transcripts correlated with BRAF mutational status and lymph node metastasis[J].Clin Cancer Res,2008,14(15):4735-4742.
[6] Kebebew E,Weng J,Bauer J,et al.The prevalence and prognostic value of BRAF mutation in thyroid cancer[J].Am Surg,2007,246(3):466-470.
[7] Lam ET, Ringel MD, Kloos RT,et al. PhaseⅡclinical trial of sorafenib in metastatic medullary thyroid cancer[J].J Clin Oncol,2010,28(14):2323-2330.
[8] KodamaY,Asai N,KawaiK,et al.The RET protooncogene:a molecular therapeutic target in thyroid cancer[J].Cancer Sci,2009,96(3):143-148.
[9] Nikiforova MN,Nikiforov YE. Molecular genetics of thyroid cancer:implications for diagnosis, treatment and prognosis[J].Expert Rev Mol Diagn,2008,8(1):83-85.
[10] Hamatani K,Eguchi H,Ito R,et al. RET/PTC rearrangements preferentially occurred in papillary thyroid cancer among atomic bomb survivors exposed to high radiation dose[J]. Cancer Res,2008,68(17):7176-7182.
[11] Nikiforov YE.RET/PTC rearrangement in thyroid tumors[J].Endocr Pathol,2012,13(1):3-16.
[12] Zafon C,Obiols G,Castellvl J,et al.Clinical significance of RET/PTC and p53 protein expression in sporadic papillary thyroid carcinoma[J].Histopathology,2007,50:225-231.
[13] Torino F,Paragliola RM,Barnabei A,et al. Medullary thyroid cancer:a promising model for targeted therapy[J]. Curr Mol Med,2010,10(7):608-625.
[14] Missero C,Pirro MT,Di Lauro R.Multiple RAS downstream pathways mediate functional repression of the homeobox gene product TTF-I[J]. Mol Cell Biol,2000,20(8):2783-2793.
[15] Esapa CT,Johnson SJ,Kendall-Taylor P,et al. Prevalence of RAS mutations in thyroid neopiasia[J]. Clin Endocrinol(Oxf),1999,50(4):529-535.
[16] Suarez HG,du Villard JA,Severino M,et al. Presence of mutations in all three RAS genes in human thyroid tumors[J].Onco gene,1990,S(4):565-570.
[17] Garcia-Rostan G,Zhao H,Camp RL,et al. RAS mutations are associated with aggressive tumor phenotypes and poor prognosis in thyroid cancer[J]. J Clin Oncol,2003,21(17):3226-3235.