RapGAPs与大肠癌转移的关系译文.doc

1、 这篇文章 The APC gene in colorectal cancer 是我在做自己的大创项目 Rap1-GAPs 与大肠癌转移的关系时所参阅的 来自欧洲癌症杂志上的一篇文章，以下是我翻译的内容 。 大肠癌中的 APC基因 生物科学 2011 级 01班 摘要： 大肠癌（ APC）基因的突变不仅可以导致家族性腺瘤息肉病，而且可以控制大多数大肠癌发生的速度。 据研究结直肠肿瘤经过 一个逐渐的一系列的组织学的改变而出现，也因此被称作“腺瘤 癌”序列，每一个序列的出现都伴随着一个特殊的致癌基因或是癌瘤抑 制基因的改变。 APC 功能的缺失引起这一连串分子和组织学的改变。通常，一个肠细胞要发展

2、成一个恶性肿瘤需要满足两个基本条件：它必须获得允许最初克隆扩增的选择性优势 ，而且遗传的不稳定状态可以对其他基因造成多重 “ 打击 ” 从而导致肿瘤块进一步发展 开始 恶性转化。灭活的 APC 看起来似乎满足这两个条件。在这个简短的 评论 中 ，我将讨论当突变发生时 ,APC 在给初期大肠癌干细胞提供染色体不稳定性和通过本质上活化细胞外信号转导通路而具备的选择优势中所扮演的角色。 关键词： APC; 结直肠 ；家族性腺瘤性息肉病；评论；基因 突变；细胞外因子信号转导途径 1、 介绍 大肠癌是美国和西欧人群中最常见的恶性肿瘤中的一种， 大肠癌使得 全世界恶性肿瘤 发病率和死亡率 显著 升高。在美

3、国，每年大约有 140 000个新病例和 50 000例死亡 被记录。在欧洲，每年大约有213 000个新病例和 110 000个死亡者被分别地报道。在普通人群中，一身 患大肠癌的风险是 5%， 但是这个数字随着年龄的增长会戏剧性的升高： 70 岁时，大约一半的西方人已经产生了一个肿瘤。通常，在发达国家，大肠癌的发病率是比较高的，在全世界，高发病率和低发病率地区之间，发病率的差 距足有 20 倍。大肠癌发病率的这种差异有可能是由于环境以及 饮食的不同造成的。 大肠癌的产生是由于特殊的基因“击打”一些致癌基因和肿瘤抑制基因从而造成一系列特征适当的组织病理学的改变而 引发的 。 大肠癌的演化至少需

4、要出现四种连续的基因变化。一个致癌基因（结直肠癌基因）和三个肿瘤抑制基因（腺瘤性结肠息肉病（ APC） , SMAD4和 TP53）是这些基因改变主要的靶点。尤其是当 APC 基因功能缺失时 ， 会引起一种级联反应，这种反应甚至会导致这种基因在大肠中的恶性转化。这里，我将集中讨论 APC 基因在维持内环境稳定与癌症方面的功 能，通过这些知识，希望可以为将来特定的预防以及治疗干预大肠癌提供一些基础的原理。 2、 APC 基因在内环境稳定和癌症方面的机质 。 APC 基因最初是通过在家族性腺瘤性息肉病基因位置克隆而鉴别 出 的。后来，人们发现，大多数的 不定时 发生的结直肠癌肿瘤 的突变基因藏在一

5、对 APC的等位基因里。最初， APC蛋白质的序列无法帮助人们精确地预测它在细胞内的作用机制。第一个功能线索是通过将 b-连环素 做为 APC 的一个绑定伙伴的识别而提供的。 b-连环素最初被认为是细胞内基本的一种由钙粘着黏连蛋白复合物组成的成分。但是，现在我们知道它也是一 种重要的细胞外因子信号传导途径的成分。 标准的细胞外信号通路已经通过在苍蝇、青蛙和哺乳动物体内联合研究得到。在没受刺激的细胞里，也就是，在没有细胞外的细胞外信号 时 ，自由的 b-连环素约束并且 使所谓的破坏复合体磷酸化， 是由支架蛋白轴抑制素组成并传导，糖原合成酶激酶 3b（ GSK3b）和APC 也是复合体的一部份。被

6、这个复合物磷酸化的 b-连环素 将 被 指定专一用在泛素化和后面的蛋白质降解中。 在细胞外信号面前，它 将绑定到卷曲的随后将阻止 GSK3b在破坏复合体中活性的受体上。这个灭活步骤不是很好理解 ， 但是涉及到细胞内蛋白质 的 凌乱构造。因此， b-连环素变得可以稳定的穿梭移动到细胞核中。一旦进入细胞核中 ,b-连环素就绑定到 T 细胞因子家族的绑定有 DNA 的蛋白质上，起一个转录的基本激活因子。 除了控制细胞外因子信号通路， APC 还有可能执行细胞的其它功能，就这一点而言， b-连环素不仅起到一个细胞外因子传感器，而且也是黏连结合点的主要组成成分，在结合点， 它为钙粘蛋白和 a-连环素之间

7、提供连接，将肌动蛋白和与放线有关的蛋白质绑定到一起。 APC 可能因此通过调节 b-连环素的稳定性和亚细胞的定位而控制细胞粘合。除此之外， APC 直接与微管细胞骨架联 合在一起。这一机制涉及到它的 C-羧基端但 与它可以调节细胞外因子通路这一功能无关。 如图所示， APC 基因编码一个多功能的蛋白， 这个蛋白可能参与到几个细胞活动中，比如细胞粘着和移 动，信号传导，微管装配以及染色体易位。然而，尽管事实上，这些活动 中的任何一个可能与癌症有关，但是看起来， APC 主要的肿瘤抑制机制与它 适当的调节细胞中 b-连环素的水平这一功能相关。此外，尽管大量的结直肠肿瘤块在 APC 中运载突变，但是

8、人们发现，在 b-连环素中，那些具有一个完整的 APC基因包含有激活突变，这个激活突变可以从功能上改变有效 的磷酸化位点。除此之外，细胞外因子通路的其他构件的突变，已经被证实是与癌症有联系的，其中就包括 导蛋白。 如果我们假设 APC的肿瘤抑制机制 确实是由于它可以控制细胞中 b-连环素的水平，这能说明 b-连环素的水平的控制是细胞外因子 /b-连环素下游工程目标，它负责被 APC 驱动的肿瘤的发生的工程目标吗？ 有一半的从这个信号传导途径下游辨别出来的靶细胞，原癌基因和细胞周期蛋白 D1，很明显对肿瘤的形成有重大作用，这个可以从他们在细胞增殖，凋亡和细胞周期演变中所扮演的角色得到证实。原癌基

9、因和细胞周期蛋白 D1正常表达模式的改变 有可能通过增加全面的改变细胞增殖速率而影响肠上皮细胞的更新。事实上， 有几份研究报道了结直肠肿瘤块中增多的循环细胞的数目。其它的细胞外因子的靶基因，例如机制溶解因子， CD44，原癌基因和尿激酶类的激活物受体表现的更可能在肿瘤的增殖中其巨大作用而并不是在肿瘤的形成中。 在正常的肠上皮中， 在腺窝上部 2/3的地方，当 b-连环素减少时，在增殖的区间，细胞核中 b-连环素的表达比其它地方高。相反的，在腺窝上部部分已复制的细胞的细胞质中 的 APC 明显在增加，这一现象暗示在成熟过程中， APC 的表达水平在增长，但是在腺窝处它几乎没有，而在这个地方细胞积

10、极地在分开。这种表达模式与 b-连环素在维护干细胞性能 时传递信息的模式 和 肠内变异的控制模式是一致的。在直肠上， TCF4是细胞核中 b-连环素信号转导的主要转录因子。Tcf-4/小鼠不能 维持一个肠干细胞区室，这现象有力地说明下游的靶因子例如原癌基因， TCF1 以及细胞周期蛋白 D1 的激活需要增殖能力的维持。沿着腺窝绒毛的轴向上移动， APC 表达的增加中和了b-连环素的信号从而引起变异。被 APC 突变激活的 b-连环素信号 因此可能导致干细胞区间的增大和变异的减弱。 但是 APC突变在解除对细胞外因子通道的控制中的作用未必需要被限制在“肿瘤 癌变 ”的 初级阶段。细胞核的 b-连

11、环素沾染强有力的找出了肿瘤块大小和发育不良的一一对应的关系，而且人们已经在恶性肿瘤 入侵之前 找到了 高水平的细胞核的 b-连环素。所以，从早期的腺瘤到浸润性癌的转变是和细胞核的 b-连环素水平的增长息息相关。因此，几个 APC/b-连环素信号传导途径的下游靶目标例如原癌基因，基质溶解因子， CD44和尿激酶类的激活物受体表现出了与肿瘤块发展的相关性，而且他们已 经被证实与肿瘤的入侵与转移有关。 此外， 其他突变的基因虽然没有直接作用于细胞外分子通道，但有可能也会影响信号的转导。例如，可以在上皮肿瘤块处发现钙粘蛋白的缺失，而且钙粘蛋白通常是与细胞粘附缺陷相联系的。然而，因为钙粘蛋白与 b-连环

12、素是直接交互的，所以，钙粘蛋白的缺失就直接导致细胞质中用于细胞和信号传输的 b-连环素数目增高。因此， 通过前文展示的基因的的生物化学方面的证据，可以看出钙粘蛋白抑制器活性的升高 与 附着 是 独立的，并且是因为 b-连环素 /TCF 信号传导通路的抑制而造成的，另外，钙粘蛋白表达的缺失 ， 是 对人类癌 症中这种通路的的上流调节起作用的。 近期的研究表明， APC的 C-羧基端与有丝分裂中染色体的稳定性有关。 APC 定位在中期染色体的着丝粒上，这种定位有可能依赖于 APC 和 EB1之间的交互作用。因此， APC 基因突变的细胞有很丰富的纺锤体微管，这些纺锤体微管都不能连接到着丝粒上，使得

13、染色体不稳定。此外， Apc/细胞有一些多余的染色体，它们的缺失可能并不会影响到 APC 动粒捕获的功能。在缺乏 APC的小鼠细胞中，出现了两种染色体异常情况：可能由于染色体不分离缺失而产生的数量上的改变，以及由于染色体的断裂与愈合而造成的结 构上的改变。显然，这两种情况似乎都会出现在大部分的细胞中。这与 APC 在有丝分裂中的双重功能相一致：有丝分裂纺锤体在着丝粒处分开染色体的特有的附着物， 以及通过 APC 与微管蛋白及中心体的交互作用调节中心体的复制。前者功能的缺失将使染色体不能分开出现四倍体，而后者的缺失会导致有丝分裂的细胞 的纺锤体呈现多极化，即着丝粒被施加多个方向的力，而这会导致染

14、色体 断裂。 相应的 ， Thiagalingam和他的同事已经通过对患有大肠癌的人的染色体缺失现象的 做了 详细 的 研究， 他们 发现这些染色体有相似的分裂现象。虽然，预测有40%的缺 失是由于有丝分裂没有分离造成的， 但是有超过一半的病例是由于个别双链染色体的断裂或是由于染色体健的重组造成的。 3、由 APC 造成大肠癌发生的一种遗传模型。 随着对细胞外因子信号传导途径在肿瘤初期细胞中为提供选择性优势，以及 在发挥基因稳定性以确保肿瘤增殖和恶性转移中所发挥的本质作用的分析，大致状况慢慢浮现出来：因为 APC 基因包含两个功能，分别是控制启动中心和促进大肠癌发生， 所以 APC 的失活将激

15、活细胞外因子通道的基础构成分子，而这 会通过影响肠干细胞增殖，移动，凋亡以及可能地变异从而提供强大的选择优势。随 后，其他协同的突变可能会激发突变的 APC 使其诱导染色体不稳定 (CIN)而且加快 肿瘤向癌变化的趋势。事实上，几个已知的致癌基因和抑癌基因随着肿瘤向癌变化也会变化，他们相互合作从而促进基因组的不稳定性，并且会与 APC 发生协同作用从而诱导 CIN。所以， CIN 会通过使染色体在数量增加与在结构上发生重新排布从而加速恶性诱导。尤其是 Samowitz和他的同事 已经证明 b-连环素突变的小腺瘤 块并不像 APC 突变的腺瘤那 样，会发展成大的腺瘤甚至变成侵入性的癌。这表明，虽

16、然不论是因为 APC 缺失还是致癌的 b-连环素突变，他们都可以 使肿瘤出现，但是在染色体稳定性中， APC 另外一个功能的失活 成为结直肠中肿瘤恶性发展的主要原因。 根据以上的分析，我们提出， APC 的多功能的本质，使得它是肿瘤启动以及大肠癌抑癌基因变化的限速因子。 APC 为肠细胞提供一个选择优势并且允许最初的克隆扩充，这使得 b-连环素调节缺失。在这个阶段， 由于细胞周期及有丝分裂的检查点的监视， APC 羧基端功能序列缺失使得 CIN 隐藏起来。早期活化的致癌基因结直肠癌基因和原癌基因将 于 APC协同作用已启动 CIN然后是 17p 和 18p 上的等位基因不平衡。其它的 APC 和其他肿瘤抑制基因之间 的协同作用将刺激异倍性然后 CIN将逐步的使得 APC恶性转化和转移。 怎样将以上所说的“分子学知识”运用到诊断和治疗大肠癌中呢？从分子角度的阐述和 在细胞基质下的对结直肠肿瘤的发生的分析将指出哪一个细胞的功能将会影响或与诊断的不良预后有关系。此外，细胞外因子 /b-连环素通道下游的把目标的识别将开拓出特定的用于预防和治疗干预大肠癌的有效方法。