大腸癌相關(guān)基因突變與大腸癌遺傳易感性的研究

侯睿智，舒振波，侯睿達(dá)，劉 艷

(1.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 胃腸外科，吉林 長春130033;2.吉林大學(xué)白求恩醫(yī)學(xué)部；3.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 超聲科)

大腸癌相關(guān)基因突變與大腸癌遺傳易感性的研究

侯睿智1，舒振波1，侯睿達(dá)2，劉 艷3*

(1.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 胃腸外科，吉林 長春130033;2.吉林大學(xué)白求恩醫(yī)學(xué)部；3.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 超聲科)

惡性腫瘤是一種體細(xì)胞遺傳病，為相關(guān)基因結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生改變的結(jié)果，本文就大腸癌與之相關(guān)的基因突變及遺傳易感性進(jìn)行綜述。

1 腫瘤的發(fā)生與基因突變的關(guān)系

惡性腫瘤的發(fā)生及發(fā)展與相關(guān)的基因結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的功能發(fā)生改變有關(guān)。這些基因參與調(diào)控細(xì)胞的的正常生長周期、細(xì)胞的死亡及DNA的損傷修復(fù)?；虻姆N系突變(germ line mutation) 在遺傳性惡性腫瘤中起主要作用[1]。突變是生物進(jìn)化的必要條件之一，沒有突變就沒有進(jìn)化，就沒有現(xiàn)代的遺傳學(xué)。生物的進(jìn)化是在DNA序列的變化下完成的。不斷的突變積累，使得新的基因片段加入到DNA序列當(dāng)中。在短暫的生命中，人類很難看到某一物種完整的進(jìn)化史。通過對(duì)歷史及化石的研究，人們發(fā)現(xiàn)物種在不同的歷史時(shí)期有著不同的存在狀態(tài)[2]。隨著時(shí)間的推移及環(huán)境的改變，有的物種由一個(gè)物種變?yōu)榱硗庖粋€(gè)物種；有的則在形態(tài)結(jié)構(gòu)上發(fā)生了劇烈的不同的變化，由一個(gè)物種變?yōu)槎鄠€(gè)物種；有的則在歷史的長河中消失殆盡。即使是同一物種，其基因結(jié)構(gòu)也有所不同。正是基因的突變導(dǎo)致了上述的變化。只有基因的突變能夠使物種適應(yīng)不斷變化的環(huán)境，物種才能夠不斷的進(jìn)化和繁衍。大量研究結(jié)果表明，基因突變?cè)谏镞M(jìn)化過程中導(dǎo)致動(dòng)物、植物乃至微生物很多單位性狀內(nèi)的都有差異。腫瘤遺傳學(xué)具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，多種基因的交互作用或者單一基因的作用都可以導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。有的基因突變只發(fā)生在一種腫瘤上，有的多種基因突變同時(shí)發(fā)生在一種腫瘤上[3]。隨著基因組學(xué)的不斷發(fā)展，尤其是發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)了腫瘤基因、腫瘤抑制基因、腫瘤轉(zhuǎn)移基因及腫瘤轉(zhuǎn)移抑制基因的結(jié)構(gòu)和功能后，人們對(duì)腫瘤的發(fā)生及發(fā)展就有了更深一步的認(rèn)識(shí)。

基因的改變可能會(huì)導(dǎo)致RNA的改變以及蛋白質(zhì)分子的改變，蛋白質(zhì)酶的改變進(jìn)一步可以導(dǎo)致細(xì)胞分子代謝功能紊亂[4]。細(xì)胞生長，發(fā)育，分裂，分化，衰老，凋亡是受多種因素影響的。這種影響來自于生長因子，生長抑制因子，激素，受體，各種細(xì)胞多肽、細(xì)胞骨架蛋白等。但它的本質(zhì)的核心是DNA分子的功能改變和表達(dá)異常。腫瘤分子生物學(xué)，它是從內(nèi)部開始，研究各種生物大分子和代謝性疾病的小分子變化，著手于分子的結(jié)構(gòu)和功能，探索的癌癥產(chǎn)生的分子機(jī)制[5]。目前對(duì)各種癌基因、抑癌基因、修復(fù)基因的研究以及相關(guān)的基因產(chǎn)物的研究，闡述了從DNA→RNA→蛋白質(zhì)→蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的基本過程，構(gòu)建了一個(gè)腫瘤形成的基本輪廓。

細(xì)胞的生長及分化紊亂可以導(dǎo)致細(xì)胞過度增生，細(xì)胞過度增生進(jìn)一步可以導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。正常情況下細(xì)胞的增生與凋亡受體內(nèi)的基因調(diào)控。原癌基因及抑癌基因正是體內(nèi)一對(duì)正負(fù)調(diào)控的基因，控制細(xì)胞的增生、分化。當(dāng)其中一個(gè)基因出現(xiàn)問題時(shí)即可導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。原癌基因的結(jié)構(gòu)或者調(diào)控出現(xiàn)異常時(shí)，可以出現(xiàn)細(xì)胞的過度增生。抑癌基因具有抑制細(xì)胞增殖作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞的發(fā)育、增生、分化，一旦其功能被抑制或丟失可其抑癌作用則會(huì)減弱或者消失[6]。腫瘤轉(zhuǎn)移基因及腫瘤轉(zhuǎn)移抑制基因同樣是腫瘤細(xì)胞內(nèi)一對(duì)重要的正負(fù)調(diào)控基因。其調(diào)控如果出現(xiàn)異常，可以誘發(fā)腫瘤的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移?；蛲蛔儯虮磉_(dá)異常是腫瘤發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵因素。

DNA保留著人類重要的遺傳信息，是人類繁衍的關(guān)鍵物質(zhì)。DNA的結(jié)構(gòu)在受到外界傷害是會(huì)發(fā)生改變，但是DNA有自我修復(fù)的功能[1]。DNA作為作為遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)，這種損傷修復(fù)機(jī)制可以保持其遺傳的穩(wěn)定性，降低突變率。當(dāng)然，并不是發(fā)生在DNA分子上的所有損傷都可以修復(fù)。如果DNA的這種損傷得不到修復(fù)，DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄將會(huì)受到影響，甚至可以導(dǎo)致細(xì)胞的癌變。核苷酸切除修復(fù)、堿基切除修復(fù)、重組修復(fù)和錯(cuò)配修復(fù)是目前所知的DNA修復(fù)通路。DNA的互補(bǔ)雙螺旋結(jié)構(gòu)也是其損傷修復(fù)的一個(gè)重要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，使其更易于修復(fù)[7，8]。ERCC l基因是切除修復(fù)交叉互補(bǔ)基因1(excision repair eross complementing 1)是人類DNA修復(fù)系統(tǒng)的重要成員。

2 大腸癌相關(guān)基因突變

大腸癌的發(fā)生是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。由各種分子事件不斷疊加，不斷發(fā)展形成。在大腸發(fā)生、發(fā)展的過程當(dāng)中，從頭至尾的存在著分子事件的發(fā)生。按照其成因，可將其分為初級(jí)遺傳事件，以及次級(jí)遺傳事件。初級(jí)遺傳事件為基因結(jié)構(gòu)突變，如各種代謝酶系基因等位基因的不同，及在此基礎(chǔ)上的不同組合，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的遺傳易感性不同。次級(jí)分子事件是指在腫瘤的發(fā)展過程中基因表達(dá)發(fā)生改變，如腫瘤相關(guān)調(diào)節(jié)因子的改變。但兩者均無基因結(jié)構(gòu)上的變化[9]。但歸結(jié)其分子事件，可將其歸納為原癌基因及抑癌基因2大類。

①顯性作用的原癌基因：一般為正調(diào)節(jié)因子，與細(xì)胞的正常生長有關(guān)。癌基因激活的一個(gè)重要機(jī)制為基因突變。

A.c-myc基因：1982年Dedieu首次發(fā)現(xiàn)此基因。是一種反式作用因子，發(fā)生在腺瘤前階段，定位于8q24區(qū)段。對(duì)調(diào)控正常的細(xì)胞增殖有著非常重要的作用。因?yàn)樵谝恍┥L快速的細(xì)胞中可見其高表達(dá)。有70%的結(jié)腸癌可以出現(xiàn)c-myc的過度表達(dá)，表達(dá)可高出正常的數(shù)倍至數(shù)十倍。C-myc基因既可以刺激細(xì)胞增殖,也可以促進(jìn)細(xì)胞凋亡。C-myc基因與腫瘤發(fā)生的關(guān)系大致有三個(gè)原因：①誘導(dǎo)細(xì)胞周期、促進(jìn)細(xì)胞增殖；②抑制細(xì)胞分化；③誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。c-myc 可通過HIF-1α調(diào)控結(jié)腸癌細(xì)胞介導(dǎo)血管形成，導(dǎo)致腫瘤進(jìn)一步發(fā)展[10]。這可能是C-myc促進(jìn)腫瘤生長的另一機(jī)制。Khaled IL Zalma 的研究發(fā)現(xiàn)C-myc在不同病理類型的結(jié)腸癌中表達(dá)也有所差異[11]。

B.Ras基因：其家族包括K-ras，N-ras，H-ras。目前認(rèn)為其突變是結(jié)腸癌的早期事件。在<1 cm結(jié)直腸腺瘤中，檢測(cè)到Ras基因家族點(diǎn)突變發(fā)生率約為10%，>1 cm結(jié)直腸腺瘤中，檢測(cè)到Ras基因家族點(diǎn)突變發(fā)生率約為50%，且隨著不典型增生的嚴(yán)重程度的增加其突變率也有所增高，因此基因突變率可以用來監(jiān)測(cè)腺瘤是否會(huì)發(fā)生惡變。隨著技術(shù)的發(fā)展，我國在33%的結(jié)直腸癌患者的糞便中尋及到突變的ras基因片段。這可以作為一種分子診斷的工具。其突變率的高低也可以用來推測(cè)腫瘤的愈后情況。有研究表明[12]K-Ras-Raf-Erk1/2途徑激活導(dǎo)致galectin-3蛋白表達(dá)增加，從而促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移。

②隱性作用的抑癌基因：隱性作用的抑癌基因：抑癌基因是一種負(fù)向調(diào)節(jié)因子，兩個(gè)等位基因都存在突變時(shí)其功能及表型出現(xiàn)改變，細(xì)胞的增生出現(xiàn)紊亂，細(xì)胞分化出現(xiàn)異常，繼而導(dǎo)致癌變出現(xiàn)。僅單一的等位基因突變時(shí)其功能及表型不會(huì)出現(xiàn)上述的改變。

A.APC基因：APC基因位于5q21。其表達(dá)的蛋白產(chǎn)物對(duì)維持正常的腸上皮細(xì)胞穩(wěn)定性具有重要的作用。最早在FAP(家族性腺瘤性息肉病)中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AP一種常染色體顯性遺傳病。當(dāng)結(jié)腸外癥狀表現(xiàn)明顯時(shí)，可以根據(jù)不同的結(jié)腸外表現(xiàn)稱為 Gardner綜合征或者 Turcot綜合征，均有染色體5q21的遺傳缺失。約有29%散發(fā)的結(jié)直腸腺瘤患者出現(xiàn)5q的雜合性丟失。其發(fā)病的機(jī)制可能與Knudsons[13]提出的兩次打擊學(xué)說相關(guān)。

B.MCC(mutated in colorectal cancer)基因的突變：MCC基因也位于5q2l，于1991年由Voglstein發(fā)現(xiàn)。與APC基因位點(diǎn)接近 。MCC是一種腫瘤抑制基因。其基因突變常見于散發(fā)結(jié)直腸癌。其突變發(fā)生率約為35%-45%。突變發(fā)生在G-C堿基對(duì)上較為常見。有研究表明，MCC能抑制腫瘤細(xì)胞生長速度，以及腫瘤細(xì)胞集落形成。

C.DCC(deleted in colorectal cancer)基因缺失或突變：DCC基因位于18q21，超過70 kD。DCC功能的丟失，可致細(xì)胞間接觸能力下降、粘附能力差，可導(dǎo)致癌細(xì)胞去分化及轉(zhuǎn)移。Akkiprik M研究發(fā)現(xiàn)，DCC LOH出現(xiàn)經(jīng)常伴隨著其他基因異常。在五個(gè)DCC LOH表型異常出現(xiàn)的患者當(dāng)中有4個(gè)伴隨著其他基因型異常。這可能與其預(yù)后較差相關(guān)[14]。

D.人p53基因位于17p13.1，分子量為53 kD[15]。75%結(jié)腸癌可出現(xiàn)17q雜合性丟失和或點(diǎn)突變，而在腺瘤中約有10%出現(xiàn)此情況。P53基因突變可出現(xiàn)在多種腫瘤中，如結(jié)直腸癌、肺癌、食道癌等。在結(jié)直腸癌中約半數(shù)以上的P53點(diǎn)突變涉及到175、248、273密碼子。其LOH多發(fā)生在腫瘤晚期。WT-p53基因出現(xiàn)易位、突變、重排將會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞周期出現(xiàn)異常，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡程序受損，異常細(xì)胞堆積，繼而出現(xiàn)癌變。P53可能與患者預(yù)后相關(guān)。Tang R 等研究發(fā)現(xiàn)P53可作為一獨(dú)立指標(biāo)判定Ⅱ、Ⅲ期結(jié)腸癌術(shù)后不聯(lián)合患者的預(yù)后。這類患者預(yù)后往往不佳[16]。

3 大腸癌相關(guān)基因

結(jié)腸癌的遺傳易感性：外界的因素加之遺傳背景，可以影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程。暴露于某一外界因素或者擁有遺傳背景，就增加了某一人群的遺傳易感性。

①抑癌基因的缺失突變：生長異?；蛘叻只惓５募?xì)胞會(huì)隨著抑癌基因的缺失而出現(xiàn)，這些異常的細(xì)胞不斷的累積，導(dǎo)致癌癥的發(fā)生，APC、DCC、MCC及p53等抑癌基因在結(jié)直腸癌的發(fā)生或者發(fā)展中出現(xiàn)缺失，極易受內(nèi)源性或者外源性致癌物的打擊，導(dǎo)致癌變，這樣就形成一組易感人群。Gardner綜合征患者及散發(fā)的結(jié)直腸癌患者當(dāng)中存在著抑癌基因等位基因的缺失。60%-87%的FAP及GS患者出現(xiàn)APC基因突變。散發(fā)型結(jié)腸癌中MCC突變是較為常見的，突變率約為15%。APC基因突變是一種可以較早在體細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的分子事件，有研究表明研究發(fā)現(xiàn)檢測(cè)APC基因突變可用于篩查有遺傳背景的FAP家系人群。以便及早發(fā)現(xiàn)，及早治療。

②DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)缺陷：遺傳學(xué)及流行病學(xué)研究表明結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展存在家族集中傾向。除FAP及GS外，HNPCC占結(jié)腸癌中的3%-30%。基因的突變都會(huì)導(dǎo)致DNA的錯(cuò)配修復(fù)功能障礙或者喪失，這種功能的改變使自發(fā)性突變及非自發(fā)性突變?cè)诩?xì)胞內(nèi)不斷的蓄積，繼而導(dǎo)致復(fù)制錯(cuò)誤，也相應(yīng)的增加了遺傳的不穩(wěn)定性。MSH2、MSH3、 MSH6、MLHl、MLH3均被證實(shí)為導(dǎo)致Lynch綜合征的錯(cuò)配修復(fù)基因，有學(xué)者認(rèn)為錯(cuò)配修復(fù)基因的突變導(dǎo)致重復(fù)DNA序列或者DNA修復(fù)錯(cuò)誤。從而出現(xiàn)DNA微衛(wèi)星不穩(wěn)定，微衛(wèi)星的不穩(wěn)定可能導(dǎo)致抑癌基因的失活和癌基因的激活[17]。但其具體機(jī)制尚不明確。dMMR(DNA錯(cuò)配修復(fù)基因)在不同人群中出現(xiàn)的幾率不同，如在肥胖的結(jié)腸癌患者當(dāng)中出現(xiàn)的幾率低，肥胖與不良預(yù)后獨(dú)立相關(guān)，dMMR有利判斷肥胖患者預(yù)的后[18]。

③遺傳不穩(wěn)定性與結(jié)腸癌的易感性：Lynch綜合征根據(jù)其是否伴隨腸外惡性腫瘤的高發(fā)生率分為兩種類型，LynchⅠ型和LynchⅡ型。錯(cuò)配修復(fù)基因突變是其發(fā)病原因。約占新發(fā)結(jié)直腸癌的2-5%?；即司C合征的結(jié)腸癌患者發(fā)病年齡較一般患者早，均齡為45歲。HNPCC家系連鎖分析及少數(shù)散發(fā)大腸癌患者中出現(xiàn)重復(fù)DNA，提示其遺傳不穩(wěn)定性及高易感性。

4 展望

結(jié)直腸癌的發(fā)生是遺傳和環(huán)境相互共同作用的結(jié)果，是一個(gè)多基因、多步驟的過程。此外，也有各種類型的原癌基因，腫瘤抑制基因，代謝酶基因和DNA修復(fù)基因和其它協(xié)同作用的基因：當(dāng)身體暴露于外部的致癌因素后，機(jī)體會(huì)通過代謝酶消除致癌物，然后原癌基因與抑癌基因協(xié)同作用來調(diào)整細(xì)胞周期，促進(jìn)受損細(xì)胞凋亡，消除受損細(xì)胞的增殖、分化；當(dāng)其中一個(gè)步驟出現(xiàn)問題時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。因此腫瘤的發(fā)生并非單一分子事件，而是多基因調(diào)控的多分子協(xié)同事件。

目前有相關(guān)研究所的一個(gè)問題：國內(nèi)更多的研究是尋找新基因突變和其與腫瘤之間的易感性，然而對(duì)各個(gè)基因之間的相互作用及其作用機(jī)制較少報(bào)道。當(dāng)我們討論結(jié)腸直腸癌的原因時(shí)，不僅要分析單個(gè)基因的多態(tài)性，而且要分析環(huán)境和基因，基因和基因之間的相互作用，才能對(duì)結(jié)直腸癌有更深入的理解。

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2015-11-21)

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