・70・
・综述・
细胞周期调控与肿瘤
邹向阳 李连宏
【摘要】 Cyclin、CDK、CKI是细胞周期调控的内源性分子,三者在细胞周期中相互协调并与细胞信号转导通路之间形成复杂的调控网络,与细胞增殖、细胞分化及细胞凋亡相关联。现发现肿瘤中存在相应基因的突变和表达失调,这些改变直接、间接导致细胞周期紊乱,,和肿瘤生物学研究的热点。
【关键词】 细胞周期; 细胞周期调控; 肿瘤
CellCycleControl,(1DepartmentofBiology,DalianMedical
2University,Dalianof,DalianMedicalUniversity,Dalian116027,P.R.China)
Correspordinganthor:Xiang2yang. E2mail:[email protected]
【Abstract】 Cyclins,cyclin2dependentkinases(CDKs)andcyclin2dependentkinaseinhibitors(CKIs)playim2
portantrolesincotrollingcellproliferation,differentiationandapoposis.CellularCDKsactivityistightlyregulatedbypositiveandnegativefactors,suchascyclins,CKIs.Defectsincellcycleregulationarecommoncausesoftheabnor2malproliferationofcancercells.Thesefundamentalstudiesmayresultinbroadapplicationswithinmanydifferentfieldsandmay,inthelongterm,openanewpathforcancertherapy.
【Keywords】 Cellcycle; Cellcyclecontrol; Tumor
细胞周期(cellcycle)是细胞生命活动的基本过程,指从细胞分裂结束开始,到下一次细胞分裂结束为止的过程,DNA合成和细胞分裂是细胞周期的两个主要事件。在进化过程中,细胞发展并建立了一系列的调控机制,以确保细胞周期严格有序地交替和各时相依次有序变更。已发现的与细胞周期调控有关的分子很多,主要有3大类:细胞周期蛋白(cy2clin)、细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin2dependentki2nase,CDK)、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(cyclin2dependentkinaseinhibitor,CKI),这些基因被称为细胞周期基因(celldivisioncyclegene,cdc),其中CDKs是调控网络的核心,cyclins对CDKs具有正性调控作用,CKIs有负性调控作用,共同构成了细胞周期调控的分子基础。肿瘤则是一类渐进性细胞周期调控机制破坏的疾病,因此对细胞周期调控机制和肿瘤细胞周期调控机制改变的重大发现,对认识肿瘤发生和演进、临床诊断与治疗有十分重要的意义。1 CDK
CDK是一类依赖cyclin的蛋白激酶,在细胞周
作者单位:116027,大连医科大学生物学教研室(邹向阳);
116027,大连医科大学病理学教研室(李连宏)
期调控网络中处于中心地位[1]。目前已发现7个成
员,即CDK1～7,彼此在DNA序列上的同源性超过40%,其蛋白产物相对分子质量为30～40kDa,有一个催化核心,均属丝氨酸和苏氨酸激酶。CDKs在整个细胞周期中的含量是平稳的,但在细胞周期不同时相中,不同的cyclins的集聚与相应CDKs结合并被激活。CDK激活的底物主要有PRB、E2F、P107、P103等,具有促进细胞周期时相转变、启动DNA合成、运行细胞分裂、推进细胞周期运行的重要功能。
一种CDK可以结合一种以上的cyclin,如,CDK2可以与cyclinD、cyclinE和cyclinA结合;两种CDK可以与同一cyclin结合,如,CDK1和CDK2均可以结合cyclinA。有的CDK分子并不参与细胞周期调控,而具有调节细胞分化和细胞凋亡的功能。CDK2～5参与G1向S期转换,其中CDK4和CDK2在肿瘤发生中的作用研究较多。
CDK4是在G1期运行的重要分子,在一些肿瘤细胞株中有CDK4基因的扩增、突变或高表达,如,胃癌、乳腺癌、淋巴癌、头颈鳞癌等,当肿瘤细胞被诱导分化时,CDK4表达下调,其活性及稳定性也随之降低。
CDK2可分别与cyclinE、cyclinA和cyclinD结合,分别在G1/S期、S期和G2期一直发挥作用。CDK2
通讯作者:邹向阳(E2mail:[email protected])
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是启动DNA复制的关键激酶,也是G2期运行的必要条件,这取决于与CDK2结合的cyclin的种类。研究表明细胞由G1期进入S期需要cyclinE及CDK2的共同参与,当细胞进入S期后,cyclinE降解,CDK2转而与cyclinA结合,推进细胞由S期越过限制点进入G2期。
通常CDK的活化是通过与cyclin结合,但也有例外,如,CDK3不与任何cyclin结合,CDK5可以与没有cyclin结构的一种CDK调节亚基P35结合而被激活。CDK5在细胞分化和介导神经胶质瘤的细胞凋亡中具有一定作用[2],在肺癌中,CDK率为37136%,与C5]。CDK2cyclin复合物的。2 Cyclins
Cyclins的表达具有典型的周期性和时相特异
CyclinD是细胞周期运行的起始因子,又是生长
因子的感受器。通常,处于G0期的细胞在生长因子
和生长因子受体的作用下,通过G蛋白ras、有丝分裂原激活蛋白激酶(mitogenactivatedproteinkinase,MAPK)等信号传导途径使cyclinD在G1早期表达增加,cyclinD与细胞中存在的CDK4和CDK6结合,通过cyclinD2CDK4/CDK6通路调控细胞越过G1期限制点(checkpoint)[5,6]。Motokura[7]发现,cyclinD在,其过4CG1期,一定,造成细,导致肿瘤的发生。
在cyclinD3个亚型中,cyclinD1的研究最多,在正常组织中cyclinD1不表达或表达较低,而在肿瘤组织中常有基因扩增、基因重排及突变,导致表达产物增多。在胃癌组织中阳性率显著高于癌旁组织,在其他多种肿瘤,如,乳腺癌、淋巴癌、原发性肝癌中表达阳性率也明显高于正常组织。在多种肿瘤中均有cyclinD1单独或与CDK4共同过表达,是多种肿瘤发生的一个重要因素。212 CyclinE:CyclinE基因定位于19q122q13,有4个外显子,转录22kb的mRNA,编码395个氨基酸的核蛋白,相对分子质量50kDa,半衰期仅30分钟,有一个87个氨基酸组成的Cyclinbox,与CDK结合,C端较长,有富含脯氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、苏氨酸残基的区域,与蛋白更新降解有关。
CyclinE表达始于G1中期,峰值位于G1/S交界处,cyclinE的合成受E2F和Myc共同激活,当Cy2clinD与CDK4/CDK6结合后,使RB蛋白磷酸化,释放转录因子E2F,诱导CyclinE和CDK2的表达,并形成对RB蛋白磷酸化的阳性反馈回路,使RB进一步磷酸化,细胞越过G1/S转折点。当细胞进入S期,cyclinE水平急剧下降,CDK2转而与cyclinA结合,在下一个时相发挥生物学功能。
CyclinE控制细胞进入S期与否,常被视为S期的标记物,这种G1/S期转换的决定和限速作用很有可能在细胞周期中祈祷中心调控作用。CyclinE异常表达与一些肿瘤发生和预后有关,在肺癌、乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、食道癌、胃癌、膀胱癌及白血病等多种肿瘤中有过表达,与肿瘤细胞侵袭能力强、易转移、恶性度高等特性密切相关[8～11]。许多实验表明CyclinE的过表达或基因扩增在多种肿瘤中存在,并不受细胞周期调节而持续存在,其在肿瘤中的癌基因角色越来越被学者们认同,在临床上逐渐被作
性。细胞内外各种信号传导途径通过激活转录因子,转录因子与靶基因的作用及各转录因子的相互作用等诸多因素,通过影响cyclins的细胞水平作用于相应的CDK,对细胞周期进行调控。现已发现的哺乳动物cyclin有9大类,主要有cyclin2A、B(1、2)、C、D(1、2、3)和E等,cyclin分子在结构上存在一定差异,但都有一个高度保守的细胞周期蛋白盒(cy2clinbox)序列(100～150个氨基酸)和降解盒(de2structionbox)结构,前者结合CDK,后者参与自身降解。各种cyclin含量在细胞周期呈周期性变化,与在整个细胞周期中表达相对恒定、相应的CDK结合,形成复合物并激活其活性,对细胞内特定底物进行磷酸化后,通过泛素依赖性的蛋白酶水解途径降解失活[4]。根据作用时相不同,分为G1期和M期的cyclin:在G1期和G1/S交界处发挥作用的有cy2clinD、E等;cyclinA、B与G2/M转换和细胞分裂活动有关。
211 CyclinD:CyclinD是研究较为深入的cyclin,cy2clinD分为cyclinD1、cyclinD2、cyclinD33个亚型,氨基
酸数目分别为295、290和292,分别由基因CCND1(定位于11q13)、CCND2(定位于12p13)、CCND3(定位于6p21)编码,同源性达5311%～6315%,C末端共有富含脯氨酸(P)、谷氨酸(E)、天冬氨酸(D)、丝氨酸(S)和苏氨酸(T)残基的序列,第51～141为Cy2clinbox,N末端有Leu2X2Cys2X2Glu序列,是PRB及PRB相关蛋白结合的部位。
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为一种病理诊断和预后的独立或联合指标之一。213 CyclinA:CyclinA属S期和M期的周期蛋白,它的高表达与其他cyclins一样,与细胞增殖失控和肿瘤发生有关。
CyclinA基因家族有cyclinA1和cyclinA2,cycli2
[12]
nA2基因首先由Wang等在原发性肝癌细胞中与乙肝病毒(HBV)DNA整合的部位上检测到,基因定位于4q252q31,cDNA为1649bp,无ployA尾,由432个氨基酸组成,相对分子质量为4815kDa。
CyclinA2在G1晚期出现,可分别与CDK2和CDK1结合,实验表明cyclinA2在S期能促进合成,促进细胞越过G2/M期CyclinA1被定位于13q121743bp。在人,在小鼠胚胎细胞中表达,实验性阻断其表达可导致精子生成障碍。在许多组织中,cyclinA1和cyclinA2基因表达并不同步,说明两者的功能不能相互替代。
目前还未能将cyclinA确定为原癌基因,但许多研究表明,肿瘤组织中cyclinA表达显著高于非肿瘤组织。流式细胞技术分析表明cyclinA在S期表达达到峰值,cyclinA过表达与白血病的发生密切相关;cyclinA在非小细胞肺癌、原发性肝癌中表达水平显著高于正常组织[13,14]。
朱明华等[15]对5种cyclins在原发性肝癌中的表达进行研究发现,cyclinA、D、E均不同程度过表达,相互影响、协调细胞周期进程的作用,使肿瘤组织细胞处于活跃增殖状态,使细胞分裂、增殖时间缩短,并与分化程度和侵袭性相关。214 其他cyclins:CyclinB在晚S期和G2期合成,与CDK1结合在G2/S促进细胞进入M期,失活于分裂中、晚期,是M期cyclin。有关cyclinC研究较少,目前尚不知与之结合的CDK,作用于细胞周期的哪个时相。3 CKI
CKI是CDK抑制剂,可阻止细胞通过限制点,
族,又称p21家族,包括p21、p27、p57等,能广泛抑
制cyclin2CDK的作用。
311 p16:p16基因是1994年Kamb[16]首次报道的抑癌基因家族成员之一,又称多肿瘤抑制基因(mul2ti2tumorsuppressorgene,MTS1),是研究的热点。该基因定位于9p21,编码一个含148个氨基酸、相对分子质量16kDa的蛋白,N末端有一个与cyclinD1周期蛋白同源盒区域和4构,,4。人类恶性肿瘤,9号染色体,75%的p16基因纯合性缺失和突变,与细胞癌变关系十分密切,在肺癌、肝癌、胰腺癌、卵巢癌、乳腺癌中有较高频率的p16基因表达异常。Cy2clinD1过表达和p16缺失在肿瘤中普遍共同存在,这种异常使肿瘤细胞获得更大的生长优势,引发一系列的瀑布效应,影响细胞周期调控,已证明p16在抑癌方面的重要性甚至超过p53和Rb基因,p16基因突变和缺失是肿瘤细胞最常见的细胞周期调节异常[17]。
312 p21:p21是最先发现的CKI基因,定位于6p2112,其作用主要是调控CDKs活性,p21的C端还有增殖细胞核抗原(proliferatingcellnuclearanti2gen,PCNA)结合域,与PCNA结合后使之不能与DNA聚合酶形成复合物,阻止DNA全酶复合物在DNA单链上滑动,抑制DNA复制。p21参与由P53介导的细胞DNA损伤反应,当细胞损伤时,P53启动p21的表达,p21抑制cyclinE2CDK2活性,使RB低磷酸化,细胞不能进入S期,停滞于G1期,使细胞生长停止。p21几乎能抑制所有的cyclin2CDK复合体,如,cyclinE2CDK2,cyclinD2CDK4,cyclinA2CDK2等,推测
p21在细胞周期的多个环节发挥作用,被认为是潜
具有抑癌基因的活性,与抑癌基因p53不同,CKI的
作用方式是直接与CDK或cyclin2CDK复合物结合,调节细胞周期进程。目前已发现7种CKIs,分为INK4和CIP/KIP两大家族。INK4(inhibitorofCDK4)家族,又称p16家族,包括p15、p16、p18、
p19,它们同CDK4和CDK6结合,能够特异性抑制
CDK42cyclinD、CDK62cyclinD1的活性。CIP/KIP家
在的抑癌基因。在乳腺癌中p21失表达与淋巴结转
移、术后生存期短有关[18]。大多数肿瘤中未发现p21突变,但存在多态性改变,使表达减弱。
313 p57:p57基因定位于11p1115,基因全长212kb,编码316个氨基酸的多肽,p57在基因的转录起始点的变化较多,P57与P21、P27蛋白同源性在40%以上,在28～87位氨基酸范围内有两个ser磷酸化位点,介导CDK的抑制,153～169位间有一由17个氨基酸序列组成的核定位区域。P57主要抑制cyclinE2CDK2,cyclinA2CDK2,cyclinD2CDK2,阻止细胞通过G1/S转变,p57敲除小鼠常出现畸形、细胞异常增生和肿瘤发生,p57参与细胞增殖和细胞分化。
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p57是一个候选抑癌基因,人类消化道、肺癌肿
8 SakaguchiT,WatanabeA,SawadaH,etal.Prognosticvalueofcyclin
Eandp53expressioningastriccarcinoma.Cancer,1998,82:1238-1243.
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lungcarcinomaasrelatedtoproliferativeactivityandprognosis.ChinJCancer,2001,20:38-40.
[于卉影,史承广,朱继江,等1细胞周期素A的表达与非小细胞
瘤中存在p57基因组印记缺失、突变失活及转录因子突变导致表达下调,是一个广谱CKI,对细胞周期有负调控作用。其杂合性缺失与乳腺癌等肿瘤发生有关,在结肠癌、肝癌和卵巢癌中有高表达[19～21]。由于
p57研究起步较晚,还缺乏更多的实验证据,其分子生物学行为和在肿瘤防治中的意义仍在探索中。
多种CKIs是细胞周期调控的驱动机制中直接的“刹车”装置,可通过抑制相应的CDK或cyclin2CDK复合物的活性,阻止细胞周期进程。CDKs/clins/CKIs,研究表明,细胞的增殖、分化、衰老和凋亡均是细胞周期依赖性的,抑制肿瘤细胞cyclins的表达[22],上调CKIs表达,均可选择性地抑制肿瘤组织CDKs的活性,阻止肿瘤细胞的异常增殖,同时保护了正常细胞,是肿瘤治疗的新思路。几乎所有的肿瘤都有细胞周期调控机制的破坏导致细胞生长失控、分化受阻、凋亡异常的特征。选择保护正常组织并诱导肿瘤细胞分化和凋亡的新药和有效的治疗新方案,调节偏离正常细胞周期轨道的肿瘤细胞回到正常轨道上来,将是今后抗肿瘤治疗的新策略之一[23]。
参 考 文 献
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(收稿日期:2005201228)
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bcl12linkedcandidateoncogene.Nature,1991,350:512-515.
(本文编辑:王璐)
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细胞周期调控与肿瘤
邹向阳 李连宏
【摘要】 Cyclin、CDK、CKI是细胞周期调控的内源性分子,三者在细胞周期中相互协调并与细胞信号转导通路之间形成复杂的调控网络,与细胞增殖、细胞分化及细胞凋亡相关联。现发现肿瘤中存在相应基因的突变和表达失调,这些改变直接、间接导致细胞周期紊乱,,和肿瘤生物学研究的热点。
【关键词】 细胞周期; 细胞周期调控; 肿瘤
CellCycleControl,(1DepartmentofBiology,DalianMedical
2University,Dalianof,DalianMedicalUniversity,Dalian116027,P.R.China)
Correspordinganthor:Xiang2yang. E2mail:[email protected]
【Abstract】 Cyclins,cyclin2dependentkinases(CDKs)andcyclin2dependentkinaseinhibitors(CKIs)playim2
portantrolesincotrollingcellproliferation,differentiationandapoposis.CellularCDKsactivityistightlyregulatedbypositiveandnegativefactors,suchascyclins,CKIs.Defectsincellcycleregulationarecommoncausesoftheabnor2malproliferationofcancercells.Thesefundamentalstudiesmayresultinbroadapplicationswithinmanydifferentfieldsandmay,inthelongterm,openanewpathforcancertherapy.
【Keywords】 Cellcycle; Cellcyclecontrol; Tumor
细胞周期(cellcycle)是细胞生命活动的基本过程,指从细胞分裂结束开始,到下一次细胞分裂结束为止的过程,DNA合成和细胞分裂是细胞周期的两个主要事件。在进化过程中,细胞发展并建立了一系列的调控机制,以确保细胞周期严格有序地交替和各时相依次有序变更。已发现的与细胞周期调控有关的分子很多,主要有3大类:细胞周期蛋白(cy2clin)、细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin2dependentki2nase,CDK)、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(cyclin2dependentkinaseinhibitor,CKI),这些基因被称为细胞周期基因(celldivisioncyclegene,cdc),其中CDKs是调控网络的核心,cyclins对CDKs具有正性调控作用,CKIs有负性调控作用,共同构成了细胞周期调控的分子基础。肿瘤则是一类渐进性细胞周期调控机制破坏的疾病,因此对细胞周期调控机制和肿瘤细胞周期调控机制改变的重大发现,对认识肿瘤发生和演进、临床诊断与治疗有十分重要的意义。1 CDK
CDK是一类依赖cyclin的蛋白激酶,在细胞周
作者单位:116027,大连医科大学生物学教研室(邹向阳);
116027,大连医科大学病理学教研室(李连宏)
期调控网络中处于中心地位[1]。目前已发现7个成
员,即CDK1～7,彼此在DNA序列上的同源性超过40%,其蛋白产物相对分子质量为30～40kDa,有一个催化核心,均属丝氨酸和苏氨酸激酶。CDKs在整个细胞周期中的含量是平稳的,但在细胞周期不同时相中,不同的cyclins的集聚与相应CDKs结合并被激活。CDK激活的底物主要有PRB、E2F、P107、P103等,具有促进细胞周期时相转变、启动DNA合成、运行细胞分裂、推进细胞周期运行的重要功能。
一种CDK可以结合一种以上的cyclin,如,CDK2可以与cyclinD、cyclinE和cyclinA结合;两种CDK可以与同一cyclin结合,如,CDK1和CDK2均可以结合cyclinA。有的CDK分子并不参与细胞周期调控,而具有调节细胞分化和细胞凋亡的功能。CDK2～5参与G1向S期转换,其中CDK4和CDK2在肿瘤发生中的作用研究较多。
CDK4是在G1期运行的重要分子,在一些肿瘤细胞株中有CDK4基因的扩增、突变或高表达,如,胃癌、乳腺癌、淋巴癌、头颈鳞癌等,当肿瘤细胞被诱导分化时,CDK4表达下调,其活性及稳定性也随之降低。
CDK2可分别与cyclinE、cyclinA和cyclinD结合,分别在G1/S期、S期和G2期一直发挥作用。CDK2
通讯作者:邹向阳(E2mail:[email protected])
・71・
是启动DNA复制的关键激酶,也是G2期运行的必要条件,这取决于与CDK2结合的cyclin的种类。研究表明细胞由G1期进入S期需要cyclinE及CDK2的共同参与,当细胞进入S期后,cyclinE降解,CDK2转而与cyclinA结合,推进细胞由S期越过限制点进入G2期。
通常CDK的活化是通过与cyclin结合,但也有例外,如,CDK3不与任何cyclin结合,CDK5可以与没有cyclin结构的一种CDK调节亚基P35结合而被激活。CDK5在细胞分化和介导神经胶质瘤的细胞凋亡中具有一定作用[2],在肺癌中,CDK率为37136%,与C5]。CDK2cyclin复合物的。2 Cyclins
Cyclins的表达具有典型的周期性和时相特异
CyclinD是细胞周期运行的起始因子,又是生长
因子的感受器。通常,处于G0期的细胞在生长因子
和生长因子受体的作用下,通过G蛋白ras、有丝分裂原激活蛋白激酶(mitogenactivatedproteinkinase,MAPK)等信号传导途径使cyclinD在G1早期表达增加,cyclinD与细胞中存在的CDK4和CDK6结合,通过cyclinD2CDK4/CDK6通路调控细胞越过G1期限制点(checkpoint)[5,6]。Motokura[7]发现,cyclinD在,其过4CG1期,一定,造成细,导致肿瘤的发生。
在cyclinD3个亚型中,cyclinD1的研究最多,在正常组织中cyclinD1不表达或表达较低,而在肿瘤组织中常有基因扩增、基因重排及突变,导致表达产物增多。在胃癌组织中阳性率显著高于癌旁组织,在其他多种肿瘤,如,乳腺癌、淋巴癌、原发性肝癌中表达阳性率也明显高于正常组织。在多种肿瘤中均有cyclinD1单独或与CDK4共同过表达,是多种肿瘤发生的一个重要因素。212 CyclinE:CyclinE基因定位于19q122q13,有4个外显子,转录22kb的mRNA,编码395个氨基酸的核蛋白,相对分子质量50kDa,半衰期仅30分钟,有一个87个氨基酸组成的Cyclinbox,与CDK结合,C端较长,有富含脯氨酸、谷氨酸、天冬酰胺、苏氨酸残基的区域,与蛋白更新降解有关。
CyclinE表达始于G1中期,峰值位于G1/S交界处,cyclinE的合成受E2F和Myc共同激活,当Cy2clinD与CDK4/CDK6结合后,使RB蛋白磷酸化,释放转录因子E2F,诱导CyclinE和CDK2的表达,并形成对RB蛋白磷酸化的阳性反馈回路,使RB进一步磷酸化,细胞越过G1/S转折点。当细胞进入S期,cyclinE水平急剧下降,CDK2转而与cyclinA结合,在下一个时相发挥生物学功能。
CyclinE控制细胞进入S期与否,常被视为S期的标记物,这种G1/S期转换的决定和限速作用很有可能在细胞周期中祈祷中心调控作用。CyclinE异常表达与一些肿瘤发生和预后有关,在肺癌、乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、食道癌、胃癌、膀胱癌及白血病等多种肿瘤中有过表达,与肿瘤细胞侵袭能力强、易转移、恶性度高等特性密切相关[8～11]。许多实验表明CyclinE的过表达或基因扩增在多种肿瘤中存在,并不受细胞周期调节而持续存在,其在肿瘤中的癌基因角色越来越被学者们认同,在临床上逐渐被作
性。细胞内外各种信号传导途径通过激活转录因子,转录因子与靶基因的作用及各转录因子的相互作用等诸多因素,通过影响cyclins的细胞水平作用于相应的CDK,对细胞周期进行调控。现已发现的哺乳动物cyclin有9大类,主要有cyclin2A、B(1、2)、C、D(1、2、3)和E等,cyclin分子在结构上存在一定差异,但都有一个高度保守的细胞周期蛋白盒(cy2clinbox)序列(100～150个氨基酸)和降解盒(de2structionbox)结构,前者结合CDK,后者参与自身降解。各种cyclin含量在细胞周期呈周期性变化,与在整个细胞周期中表达相对恒定、相应的CDK结合,形成复合物并激活其活性,对细胞内特定底物进行磷酸化后,通过泛素依赖性的蛋白酶水解途径降解失活[4]。根据作用时相不同,分为G1期和M期的cyclin:在G1期和G1/S交界处发挥作用的有cy2clinD、E等;cyclinA、B与G2/M转换和细胞分裂活动有关。
211 CyclinD:CyclinD是研究较为深入的cyclin,cy2clinD分为cyclinD1、cyclinD2、cyclinD33个亚型,氨基
酸数目分别为295、290和292,分别由基因CCND1(定位于11q13)、CCND2(定位于12p13)、CCND3(定位于6p21)编码,同源性达5311%～6315%,C末端共有富含脯氨酸(P)、谷氨酸(E)、天冬氨酸(D)、丝氨酸(S)和苏氨酸(T)残基的序列,第51～141为Cy2clinbox,N末端有Leu2X2Cys2X2Glu序列,是PRB及PRB相关蛋白结合的部位。
・72・
为一种病理诊断和预后的独立或联合指标之一。213 CyclinA:CyclinA属S期和M期的周期蛋白,它的高表达与其他cyclins一样,与细胞增殖失控和肿瘤发生有关。
CyclinA基因家族有cyclinA1和cyclinA2,cycli2
[12]
nA2基因首先由Wang等在原发性肝癌细胞中与乙肝病毒(HBV)DNA整合的部位上检测到,基因定位于4q252q31,cDNA为1649bp,无ployA尾,由432个氨基酸组成,相对分子质量为4815kDa。
CyclinA2在G1晚期出现,可分别与CDK2和CDK1结合,实验表明cyclinA2在S期能促进合成,促进细胞越过G2/M期CyclinA1被定位于13q121743bp。在人,在小鼠胚胎细胞中表达,实验性阻断其表达可导致精子生成障碍。在许多组织中,cyclinA1和cyclinA2基因表达并不同步,说明两者的功能不能相互替代。
目前还未能将cyclinA确定为原癌基因,但许多研究表明,肿瘤组织中cyclinA表达显著高于非肿瘤组织。流式细胞技术分析表明cyclinA在S期表达达到峰值,cyclinA过表达与白血病的发生密切相关;cyclinA在非小细胞肺癌、原发性肝癌中表达水平显著高于正常组织[13,14]。
朱明华等[15]对5种cyclins在原发性肝癌中的表达进行研究发现,cyclinA、D、E均不同程度过表达,相互影响、协调细胞周期进程的作用,使肿瘤组织细胞处于活跃增殖状态,使细胞分裂、增殖时间缩短,并与分化程度和侵袭性相关。214 其他cyclins:CyclinB在晚S期和G2期合成,与CDK1结合在G2/S促进细胞进入M期,失活于分裂中、晚期,是M期cyclin。有关cyclinC研究较少,目前尚不知与之结合的CDK,作用于细胞周期的哪个时相。3 CKI
CKI是CDK抑制剂,可阻止细胞通过限制点,
族,又称p21家族,包括p21、p27、p57等,能广泛抑
制cyclin2CDK的作用。
311 p16:p16基因是1994年Kamb[16]首次报道的抑癌基因家族成员之一,又称多肿瘤抑制基因(mul2ti2tumorsuppressorgene,MTS1),是研究的热点。该基因定位于9p21,编码一个含148个氨基酸、相对分子质量16kDa的蛋白,N末端有一个与cyclinD1周期蛋白同源盒区域和4构,,4。人类恶性肿瘤,9号染色体,75%的p16基因纯合性缺失和突变,与细胞癌变关系十分密切,在肺癌、肝癌、胰腺癌、卵巢癌、乳腺癌中有较高频率的p16基因表达异常。Cy2clinD1过表达和p16缺失在肿瘤中普遍共同存在,这种异常使肿瘤细胞获得更大的生长优势,引发一系列的瀑布效应,影响细胞周期调控,已证明p16在抑癌方面的重要性甚至超过p53和Rb基因,p16基因突变和缺失是肿瘤细胞最常见的细胞周期调节异常[17]。
312 p21:p21是最先发现的CKI基因,定位于6p2112,其作用主要是调控CDKs活性,p21的C端还有增殖细胞核抗原(proliferatingcellnuclearanti2gen,PCNA)结合域,与PCNA结合后使之不能与DNA聚合酶形成复合物,阻止DNA全酶复合物在DNA单链上滑动,抑制DNA复制。p21参与由P53介导的细胞DNA损伤反应,当细胞损伤时,P53启动p21的表达,p21抑制cyclinE2CDK2活性,使RB低磷酸化,细胞不能进入S期,停滞于G1期,使细胞生长停止。p21几乎能抑制所有的cyclin2CDK复合体,如,cyclinE2CDK2,cyclinD2CDK4,cyclinA2CDK2等,推测
p21在细胞周期的多个环节发挥作用,被认为是潜
具有抑癌基因的活性,与抑癌基因p53不同,CKI的
作用方式是直接与CDK或cyclin2CDK复合物结合,调节细胞周期进程。目前已发现7种CKIs,分为INK4和CIP/KIP两大家族。INK4(inhibitorofCDK4)家族,又称p16家族,包括p15、p16、p18、
p19,它们同CDK4和CDK6结合,能够特异性抑制
CDK42cyclinD、CDK62cyclinD1的活性。CIP/KIP家
在的抑癌基因。在乳腺癌中p21失表达与淋巴结转
移、术后生存期短有关[18]。大多数肿瘤中未发现p21突变,但存在多态性改变,使表达减弱。
313 p57:p57基因定位于11p1115,基因全长212kb,编码316个氨基酸的多肽,p57在基因的转录起始点的变化较多,P57与P21、P27蛋白同源性在40%以上,在28～87位氨基酸范围内有两个ser磷酸化位点,介导CDK的抑制,153～169位间有一由17个氨基酸序列组成的核定位区域。P57主要抑制cyclinE2CDK2,cyclinA2CDK2,cyclinD2CDK2,阻止细胞通过G1/S转变,p57敲除小鼠常出现畸形、细胞异常增生和肿瘤发生,p57参与细胞增殖和细胞分化。
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p57是一个候选抑癌基因,人类消化道、肺癌肿
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瘤中存在p57基因组印记缺失、突变失活及转录因子突变导致表达下调,是一个广谱CKI,对细胞周期有负调控作用。其杂合性缺失与乳腺癌等肿瘤发生有关,在结肠癌、肝癌和卵巢癌中有高表达[19～21]。由于
p57研究起步较晚,还缺乏更多的实验证据,其分子生物学行为和在肿瘤防治中的意义仍在探索中。
多种CKIs是细胞周期调控的驱动机制中直接的“刹车”装置,可通过抑制相应的CDK或cyclin2CDK复合物的活性,阻止细胞周期进程。CDKs/clins/CKIs,研究表明,细胞的增殖、分化、衰老和凋亡均是细胞周期依赖性的,抑制肿瘤细胞cyclins的表达[22],上调CKIs表达,均可选择性地抑制肿瘤组织CDKs的活性,阻止肿瘤细胞的异常增殖,同时保护了正常细胞,是肿瘤治疗的新思路。几乎所有的肿瘤都有细胞周期调控机制的破坏导致细胞生长失控、分化受阻、凋亡异常的特征。选择保护正常组织并诱导肿瘤细胞分化和凋亡的新药和有效的治疗新方案,调节偏离正常细胞周期轨道的肿瘤细胞回到正常轨道上来,将是今后抗肿瘤治疗的新策略之一[23]。
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(本文编辑:王璐)