Ras GTPase激活蛋白在腫瘤發(fā)生中的作用

黃炎，楊繼元

(長(zhǎng)江大學(xué)附屬第一醫(yī)院腫瘤科，湖北荊州434000)

Ras GTPase激活蛋白在腫瘤發(fā)生中的作用

黃炎，楊繼元

(長(zhǎng)江大學(xué)附屬第一醫(yī)院腫瘤科，湖北荊州434000)

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是多因素、多步驟參與的復(fù)雜過程，其中Ras信號(hào)通路及其相關(guān)因子又扮演著關(guān)鍵角色。Ras基因及其相關(guān)通路的異常在多種人類腫瘤中均可檢測(cè)到。Ras-GTPase激活蛋白(Ras-GAPs)可視為一種腫瘤抑制基因的產(chǎn)物，它能夠激活GTP酶，使活化的Ras蛋白轉(zhuǎn)為非活化狀態(tài)，終止信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而抑制腫瘤的發(fā)生。本文總結(jié)了關(guān)于Ras-GAPs在腫瘤中作用的研究新進(jìn)展。

RAS；RAS GTPase活化蛋白；腫瘤

目前惡性腫瘤已經(jīng)成為人類死亡的第一或第二位原因。據(jù)國(guó)家癌癥中心公布的最新數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)2013年新發(fā)惡性腫瘤病例約368.2萬例，死亡病例222.9萬例。全國(guó)惡性腫瘤發(fā)病率為270.59/10萬(男性293.79/10萬，女性246.21/10萬)[1]。惡性腫瘤的形成機(jī)制復(fù)雜，其低分化性、高侵襲性和轉(zhuǎn)移性所帶來的治療難題始終困擾著人類。其中Ras基因及相關(guān)信號(hào)通路異常引起了人們較高的關(guān)注，約有30%的腫瘤患者可見到Ras基因突變。Ras-GAPs可視為一種腫瘤抑制基因的產(chǎn)物，它能夠激活GTP酶，使活化的Ras蛋白轉(zhuǎn)為非活化狀態(tài)，終止信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而抑制腫瘤的發(fā)生。

迄今已發(fā)現(xiàn)了多種Ras GAPs基因，主要包括：神經(jīng)纖維素1(neurofibrom in 1，NF1)、DAB2相互作用蛋白(DAB2-interacting protein，DAB2IP)、Ras p21蛋白活化子1(RAS p21 protein activator 1，RASA1)、Ras GTP酶激活因子(Ras-GTPase-activating-like protein，RASAL)和IQ結(jié)構(gòu)的GTP酶活化蛋白2(IQ-motif-containing GTPase activating protein2，IQGAP2)等。

1 Ras GAPs的作用及其與RAS信號(hào)通路的關(guān)系

Ras基因是第一個(gè)被克隆分離的人類癌基因，Ras信號(hào)通路在調(diào)控細(xì)胞增殖、分化中有著重要作用。Ras蛋白為膜結(jié)合蛋白，位于細(xì)胞內(nèi)側(cè)，作為傳感器通過連接細(xì)胞膜表面的感受器和胞內(nèi)的效應(yīng)器并在細(xì)胞信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著“分子開關(guān)”的作用[3]。在鳥苷酸交換因子(GEFs)的參與下，與Ras結(jié)合的GDP被釋放，從而形成活化的Ras-GTP復(fù)合體?；罨腞as蛋白再通過級(jí)聯(lián)反應(yīng)激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞的增殖和分化[4]。通?；罨腞as蛋白會(huì)迅速失活，轉(zhuǎn)變?yōu)榕cGDP結(jié)合的非活化形式。該轉(zhuǎn)變主要是因?yàn)镽as-GAPs激活了GTP酶，水解了與Ras結(jié)合的GTP，使活化Ras蛋白失活。當(dāng)Ras-GAPs因基因突變或啟動(dòng)子DNA甲基化等原因?qū)е翯TP酶失去功能時(shí)，Ras蛋白及其下游的信號(hào)通路便處于持續(xù)的活化狀態(tài)，導(dǎo)致細(xì)胞的增殖與分化失去有序的調(diào)控，繼而促進(jìn)了腫瘤的發(fā)生發(fā)展[2]。因此Ras-GAPs對(duì)于Ras信號(hào)通路起著負(fù)向調(diào)控作用。

2 Ras GAPs主要成員的結(jié)構(gòu)及其功能

2.1 NF1 NF1基因是研究最多的一個(gè)Ras-GAPs基因，該基因在1987年便在17號(hào)染色體被發(fā)現(xiàn)，并于1990年通過定位克隆實(shí)驗(yàn)確認(rèn)其定位于17q11.2區(qū)。NF1基因是跨越350 kb的基因組DNA，編碼長(zhǎng)度為11～13 kb的mRNA，包括至少60個(gè)外顯子。NF1基因編碼一種含有2 818個(gè)氨基酸，大小為327 kD的蛋白質(zhì)，即神經(jīng)纖維素。其中由21～27號(hào)外顯子編碼的360個(gè)氨基酸與哺乳動(dòng)物GAPs基因催化區(qū)的產(chǎn)物有高度的序列同源性，故稱之為NF1 GAP相關(guān)區(qū)域(NFI GAP related domain，NF1-GRD)[5]。

NF1編碼的神經(jīng)纖維素可以激活GTP酶，對(duì)RAS信號(hào)通路進(jìn)行負(fù)向調(diào)節(jié)，故在體內(nèi)主要行使腫瘤抑制功能。NF1突變頻發(fā)，且有約50%的患者是新突變，分布散在，貫穿整個(gè)NF1基因。至今尚未發(fā)現(xiàn)明確的突變熱點(diǎn)，僅發(fā)現(xiàn)了一些突變相對(duì)集中的區(qū)域，如外顯子4、7、13、29、31、37被認(rèn)為是可能的突變熱點(diǎn)[6]。NF1在體內(nèi)有超過1 400種突變位點(diǎn)，突變類型多樣，主要包括無義、錯(cuò)義、框移和剪接突變等。大多位于無功能性的等位基因，但當(dāng)NF1基因發(fā)生雜合突變影響到GRD區(qū)域時(shí)，會(huì)降低GAP的活性，這被認(rèn)為是導(dǎo)致Ⅰ型神經(jīng)纖維瘤病發(fā)病的主要原因之一[7]。

NF1基因與Ⅰ型神經(jīng)纖維瘤病密切相關(guān)，超過90%的確診病例存在NF1基因突變[8]。Ⅰ型神經(jīng)纖維瘤病臨床表現(xiàn)多變，且并發(fā)胃腸道、肝、肺、甲狀腺以及乳腺腫瘤的概率較正常人相比大大增加。在研究神經(jīng)纖維瘤惡變?yōu)閻盒灾車窠?jīng)鞘瘤的機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，NF1基因的雜合性缺失，p53突變以及Ras蛋白的高活性共同促進(jìn)了該種惡變。NF1基因突變不僅存在于Ⅰ型神經(jīng)纖維瘤病中，也存在許多其他散發(fā)腫瘤中。一項(xiàng)囊括超過1 500多種腫瘤相關(guān)基因的研究顯示，NF1基因在肺癌、乳腺癌、前列腺癌和卵巢癌中的整體突變率為5%～10%，僅次于TP53(33%)[9]。NF1基因與人黑色素瘤同樣關(guān)系密切，有研究證實(shí)，NF1基因在促結(jié)締組織增生性黑色素瘤中的突變率比其他亞型高4～5倍，并通常與NRAS基因的激活突變共存[10]。

2.2 DAB2IP DAB2IP是Ras-GAPs家族的新成員，DAB2IP位于9號(hào)染色體q33.1-q33.2，跨越長(zhǎng)度約為96 kD的DNA，含有15個(gè)外顯子和14個(gè)內(nèi)含子，編碼分子量為110 kD的蛋白質(zhì)，其中含有1個(gè)氨基酸末端的GAPs的同源序列[11]。DAB2IP，參與調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化和凋亡，并在多種惡性腫瘤中表達(dá)下調(diào)，因而引起了人們的廣泛關(guān)注。

目前針對(duì)DAB2IP表達(dá)及其調(diào)節(jié)機(jī)制的研究主要集中在前列腺癌。Duggan等[12]做了兩個(gè)有關(guān)侵襲性前列腺癌全基因組相關(guān)性的研究，共篩選出7個(gè)與侵襲性前列腺癌具有顯著相關(guān)性的單核苷酸多態(tài)性(SNPs)位點(diǎn)，其中包括一個(gè)位于DAB2IP基因上的SNP位點(diǎn)(rs1571801)，提示DAB2IP可作為一種評(píng)價(jià)患者預(yù)后的分子標(biāo)志物。DAB2IP的表達(dá)低下不僅與前列腺癌的發(fā)病和預(yù)后相關(guān)，還與患者的放射敏感性相關(guān)。Kong等[13]研究發(fā)現(xiàn)，DAB2IP表達(dá)下調(diào)的前列腺癌細(xì)胞相比正常前列腺上皮細(xì)胞，對(duì)電力輻射導(dǎo)致的凋亡有更強(qiáng)的抵抗力，提示患者DAB2IP的表達(dá)情況有助于治療方案的選擇。DAB2IP的表達(dá)下調(diào)不僅見于前例腺癌，也見于腎細(xì)胞癌[14]、結(jié)直腸癌[15]和膀胱上皮癌[16]等多種人類腫瘤。體外研究則證實(shí)，DAB2IP在前列腺癌細(xì)胞以及膀胱上皮癌細(xì)胞的表達(dá)水平均低于正常細(xì)胞[16-17]，并多認(rèn)為這種情況是受到DAB2IP基因啟動(dòng)子DNA甲基化以及組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶EZH2的表觀遺傳調(diào)控。新近的研究發(fā)現(xiàn)，DAB2IP蛋白的功能下調(diào)還與Akt1導(dǎo)致的磷酸化、E3泛素連接酶SCFFbw7介導(dǎo)的部分降解以及腫瘤蛋白Smurf1的負(fù)向調(diào)控相關(guān)[18-19]。

2.3 IQGAP2 IQGAP2屬于近年來新發(fā)現(xiàn)的IQGAP蛋白家族之一，成員還包括IQGAP1和IQGAP3，其蛋白結(jié)構(gòu)中均含有GRD動(dòng)能區(qū)。IQGAP2基因定位在人5號(hào)染色體q13，編碼含1 575個(gè)氨基酸，分子量為180 kD的蛋白質(zhì)。IQGAP2主要分布于肝臟，但在胃腸道、前列腺、甲狀腺等組織中也有表達(dá)。

以往關(guān)于IQGAP2的研究主要集中在肝細(xì)胞癌中，并發(fā)現(xiàn)IQGAP2具有抑制肝細(xì)胞癌發(fā)生的作用。White等[20]通過對(duì)人肝細(xì)胞癌組織和細(xì)胞株的研究發(fā)現(xiàn)，78%(64/82)的人肝細(xì)胞癌組織中的IQGAP2的表達(dá)明顯減少，而在正常肝臟，肝硬化以及肝腺瘤組織中IQGAP2的表達(dá)則是上調(diào)的；有趣的是，IQGAP1的表達(dá)則截然相反。Xia等[21]對(duì)肝細(xì)胞癌組織的進(jìn)一步研究證實(shí)了這種相反的表達(dá)情況，并發(fā)現(xiàn)IQGAP2的表達(dá)下調(diào)與患者的無病生存期(DFS)和總生存率(OS)密切相關(guān)，提示IQGAP2可視為預(yù)測(cè)肝細(xì)胞癌患者預(yù)后的潛在分子標(biāo)志物。IQGAP2對(duì)胃癌有同樣的抑制作用。Jin等[22]研究發(fā)現(xiàn)，IQGAP2在胃癌組織及其細(xì)胞株中表達(dá)低下，且有47%(28/59)的胃癌組織和55% (5/9)的胃癌細(xì)胞株存在啟動(dòng)子甲基化；給予去甲基化藥物5-氮雜-2'-脫氧胞嘧啶核苷(5-aza-2'-deoxtcystine，5-Aza-dC)處理后，IQGAP2的表達(dá)量顯著增加。近期研究表明，IQGAP2與卵巢癌的發(fā)生聯(lián)系緊密。Deng等[23]在卵巢癌組織發(fā)現(xiàn)，IQGAP2的甲基化水平顯著提高，且與IQGAP2基因的表達(dá)量呈反比，生存分析顯示IQGAP2與患者無進(jìn)展生存期(PFS)相關(guān)；體外研究則發(fā)現(xiàn)，IQGAP2可以抑制卵巢癌細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，并通過抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路影響細(xì)胞的侵襲和遷移。提示IQGAP2可視為一種新的腫瘤抑制基因，并對(duì)卵巢癌的治療提供新的思路。

2.4 RASA1 RASA1是最早被發(fā)現(xiàn)的RAS GAPs之一，位于染色體5q13.1-14.3，共含有25個(gè)外顯子，可產(chǎn)生2個(gè)突變體，分別編碼含1 047和870個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)。RASA1可通過N端的SH2-SH3-SH4結(jié)構(gòu)域抑制RAS-GTPase，并阻止下游信號(hào)通路的激活；能在PDGF、EGF和CSF-1等各種生長(zhǎng)因子的作用下，調(diào)控細(xì)胞的增殖、遷移和生存凋亡。

RASA1與乳腺癌有著密切的關(guān)系，其表達(dá)水平與乳腺癌的病理分期，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及患者的預(yù)后均有相關(guān)性。Liu等[24]在研究乳腺浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌時(shí)發(fā)現(xiàn)，有60.6%(226/373)患者存在RASA1蛋白和mRNA的表達(dá)水平顯著低于正常的乳腺組織；同時(shí)，他們還發(fā)現(xiàn)RASA1表達(dá)水平的降低與患者的較短的OS和PFS有關(guān)。因此，RASA1的低表達(dá)水平可視為乳腺癌患者預(yù)后不良的一個(gè)預(yù)測(cè)指標(biāo)。在體外實(shí)驗(yàn)中，Sharma等[25]在對(duì)三陰性乳腺癌細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，RASA1的表達(dá)下調(diào)，并且RASA1在m iR-206/21的調(diào)控下可以抑制RAS/ERK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的過度活化，說明RASA1在乳腺癌的發(fā)生發(fā)展中可能起著重要的抑制作用。RASA1在胰腺癌中亦發(fā)揮著重要的抑癌作用。秦玉璇[26]在研究胰腺癌時(shí)發(fā)現(xiàn)，胰腺癌組織中RASA1的表達(dá)顯著低于胰腺良性病變組織；此外，胰腺癌細(xì)胞中RASA1mRNA和蛋白的表達(dá)量較正常胰腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞相比均有顯著下降，且KRAS基因野生型的胰腺癌細(xì)胞中RASA1 mRNA的表達(dá)量顯著低于KRAS基因突變型的胰腺癌細(xì)胞。RASA1在腫瘤中同時(shí)還受到啟動(dòng)子DNA甲基化的表觀遺傳調(diào)控。Li等[27]在胃癌的研究中發(fā)現(xiàn)，胃癌細(xì)胞株再經(jīng)過去甲基化藥物(5'-aza-dc)處理后，RASA1 mRNA和蛋白的表達(dá)水平均有所降低，提示RASA1在胃癌中表達(dá)受到啟動(dòng)子甲基化水平的調(diào)節(jié)。近期研究還表明RASA1在惡性黑色素瘤[28]及宮頸癌[29]中同樣有著重要的抑癌作用。

2.5 RASAL1 RASAL1也是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種鈣離子依賴性的RAS蛋白活性調(diào)節(jié)基因，位于人12號(hào)染色體q24.13，全長(zhǎng)1 100 bp，包括23個(gè)外顯子。RASAL1基因在胃腸道腫瘤中表達(dá)失活被證明與其啟動(dòng)子甲基化相關(guān)。潘英等[30]人在對(duì)胃癌的研究中發(fā)現(xiàn)，胃癌組織中RASAL1基因啟動(dòng)子的甲基化率(70%)顯著高于癌旁組織(30%)，并與腫瘤的大小、分化程度以及侵襲深度均有相關(guān)性，說明RASAL1基因啟動(dòng)子的高甲基化可能在胃癌的發(fā)生發(fā)展過程中起到了重要作用。Yuan等[31]在對(duì)結(jié)腸癌的研究中同樣發(fā)現(xiàn)，RASAL1基因啟動(dòng)子區(qū)甲基化在腫瘤組織中高達(dá)67.5%(26/40)，明顯高于正常組織30%(12/40)；同時(shí)發(fā)現(xiàn)，RASAL1基因的甲基化率與Ras活性呈正相關(guān)，提示RASAL1的表達(dá)下降會(huì)導(dǎo)致Ras-GTP的滅活減少，并提高Ras蛋白及下游信號(hào)通絡(luò)的活性，對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展起到促進(jìn)作用。

3 結(jié)語

Ras癌基因與人類腫瘤的關(guān)系密切，超過30%的人類腫瘤中均可見到Ras基因突變，深入研究Ras癌基因與腫瘤關(guān)系對(duì)腫瘤的診斷、治療以及判斷預(yù)后均有十分重大的意義。Ras-GAPs因可抑制Ras及其信號(hào)通路的活性，進(jìn)而抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展而受到廣泛關(guān)注?，F(xiàn)研究已發(fā)現(xiàn)，在多種人類腫瘤中均可見到Ras-GAPs因基因突變或啟動(dòng)子甲基化而表達(dá)失活，且發(fā)現(xiàn)去甲基化藥物可以逆轉(zhuǎn)Ras-GAPs基因的表達(dá)下調(diào)。但有關(guān)Ras-GAPs在抑制腫瘤發(fā)生的分子機(jī)制仍不甚清楚，今后的研究有望從這方面展開，并為進(jìn)一步指導(dǎo)臨床治療提供幫助。

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Role of Ras GTPase activating proteins in tumorgenesis.

HUANG Yan,YANG Ji-yuan.Department of Oncology,the First Affiliated Hospital of Yangtze University,Jingzhou 434000,Hubei,CHINA

The occurrence and development of tumor is a multi-factor,multi-step involved process,in which the RAS signaling pathway plays an important role.Ras gene and its pathways can be detected in many human tumors.Ras-GTPase activating proteins(Ras-GAPs)can be seen as the products of a tumor suppressor gene.It can activate the GTP enzyme and hydrolyze GTP,leading to Ras protein inactivation through GTP to GDP conversion,so as to“turn off”the Ras signaling pathway.This review summarizes the progress of research about Ras GAPs in recent years.

Ras;Ras GTPase activating proteins;Tumor

R730.1

A

1003—6350（2018）13—2156—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.13.029

2016-06-06)

楊繼元。E-mail：yangjiyuanchina@163.com