垂體瘤老化分子機制研究進展

張鐵輝（綜述） 張世明（審校）

垂體瘤是顱內常見良性腫瘤，占顱內腫瘤的10%－25%［1］。臨床表現為對周圍組織的壓迫和引起內分泌系統功能紊亂，部分垂體瘤表現具有侵襲性和較高復發率。部分垂體微腺瘤表現停止生長，微小泌乳素腺瘤能夠自我消除，這說明在垂體細胞中存在老化機制，抑制細胞無限增殖和惡性轉化［2］。老化機制目前認為是重要的防止腫瘤入侵屏障［3］。了解垂體細胞潛在的逃避侵襲性生長和惡性轉化能力，可以深入了解腫瘤抑制通道，了解腫瘤產生機制和潛在生物學機制為分子抗腫瘤治療提供新的途徑。本文將對垂體內在老化分子機制研究進展上作一綜述。

1 老化和凋亡

細胞老化由Hayflick等學者1961年提出，他們研究發現正常人的成纖維細胞經過有限代數的體外培養后就進入了一個不可逆的增殖停滯的狀態，細胞生長停留在 G1－G0期，他們將此命名為復制性老化［4］。老化是一系列基因活動變化的結果，最終導致細胞生長停滯，而不是死亡。理論上腫瘤細胞不能進入老化，然而近來研究發現細胞老化對腫瘤細胞有潛在的作用。腫瘤細胞表現基因不穩定性，抑制癌基因、恢復抑癌基因活性、可以誘導細胞老化。在活體中老化僅僅表現在良性腫瘤細胞中，在惡性腫瘤細胞中沒有表達［5］。

細胞老化特點為不可逆的增殖停滯，但是細胞仍保持代謝活性和可生存性。凋亡和老化共同控制組織和器官的生長，同時提升腫瘤抑制基因活性。老化是被多種刺激所誘導，包括與年齡相關的端粒酶的縮短、DNA損傷、氧化應激、化療藥物、癌基因過度表達、營養狀況不良等［6，7］。DNA損傷是被持續的癌基因信號所誘發，細胞試圖消除DNA損傷，阻止基因不穩定性和避免腫瘤形成。產生三個進程，細胞周期停滯、DNA損傷結構修復、產生細胞凋亡。

細胞凋亡是殺死并消除癌變傾向的細胞，而老化是不可逆地使細胞生長停滯。在癌基因刺激應答過程中細胞老化經常發生，最終導致細胞生長停滯，而不是死亡。與凋亡的細胞程序性死亡和細胞的自體吞噬相比，細胞老化可以看做是防止細胞惡變有效的屏障。垂體細胞是很少見上皮細胞類型，不經歷惡性轉化。垂體細胞過早的老化會擺脫致癌基因、激素和轉化因子的影響。所以老化抑制細胞增殖的同時可以有效地執行其生理功能、維持內環境穩定。阻止惡性轉化。

老化伴隨細胞周期依賴激酶抑制劑p15、p16和p21的上調，同時伴有Rb基因磷酸化。細胞老化是上調細胞周期抑制因子水平，其中包括p19ARF，p21Cip1，p16INK4A。這兩類刺激信號誘導兩條信號通路：p53－p21－p Rb和 p16－p Rb通路［8］。p53和p Rb兩條信號通路的核心。這種形式叫做癌基因誘導老化 OIS（oncogene－induced－senescence）。垂體瘤細胞被細胞因子和癌基因誘導產生的老化，增加β－galactosidase（牛乳糖酶）活性，改變基因表達和引起生長停滯，緩沖細胞增殖前信號，并且防止癌基因轉化。

2 垂體瘤轉化基因（PTTG）與老化關系

垂體瘤轉化基因（Pituitary tumor transforming gene，PTTG），最早從垂體瘤細胞中檢測得到，位于5號染色體長臂5q33，大多數正常成人組織中PTTG僅弱表達甚至檢測不到，而胚胎肝、睪丸、胸腺組織中有高表達；文獻報道，其在肺癌、乳腺癌、肝癌、白血病、淋巴瘤、結腸癌、垂體腫瘤等細胞和腫瘤細胞系 （淋巴細胞系、骨髓細胞系等）中均有高表達。研究發現，PTTG過表達可以引起活體內細胞轉化，導致裸鼠腫瘤形成，促進腫瘤細胞血管生成。vlotides發現PTTG表達水平與腫瘤侵襲力、腫瘤復發、預后密切相關［9］。Abbud發現過度表達可以引起垂體異常增生和腫瘤形成［10］。近期研究發現PTTG可以調控引起垂體瘤細胞凋亡的信號通路，PTTG參與有絲分裂，DNA修復和凋亡。PTTG缺失導致大量垂體形成非整倍體細胞，造成DNA損傷CDK2活性下調、Cyclin A水平下降，觸發ARF／p53／p21老化信號通路，降低RB基因磷酸化，增加γ－galactosidase表達。在垂體瘤中其過表達還可導致非整倍性細胞分裂，引起遺傳不穩定性，導致細胞分裂中后期染色體不穩定性產生同時促進垂體瘤形成。激活c－myc等增殖相關基因可促進細胞增殖及成瘤，進而啟動細胞惡性轉化［11，12］。Zhang發現PTTG激活堿性成纖維生長因子（bFGF）導致細胞增殖，與bFGF形成正反饋環路，bFGF具有促進有絲分裂、刺激腫瘤血管生成、調控激素分泌并促進細胞有絲分裂功能［13］。這是癌基因誘導的老化在腫瘤生成的早期防止細胞進一步轉化的體現。PTTG作為一種癌基因，產生的基因不穩定性和誘導產生的P21引起的老化可以限制腫瘤生長［12］。PTTG通過不同途徑影響腫瘤形成。其中增殖停滯是由于PTTG過度表達引起凋亡所致。說明PTTG在腫瘤早期形成中作用。PTTG過表達會誘導正常細胞中產生類似老化型細胞。PTTG過表達誘導P53表達和限制RB蛋白表達和磷酸化。表達PTTG的纖維細胞觀察到DNA損傷誘導的H2AX聚集。（1）PTTG能夠和P53結合一起調節腫瘤細胞凋亡和轉錄活性；（2）PTTG蛋白與Ku蛋白相互作用，Ku蛋白是DNA結合蛋白，是DNA依賴蛋白調節亞組基因，調整DNA雙鏈損傷反應［14］；（3）PTTG在體外和活體內可以分泌成纖維生長因子誘導血管生成。PTTG缺失與垂體單倍體形成和DNA損失通道活化相關。PTTG過度表達可以引起P53依賴性和P53非依賴性細胞凋亡，而在P53缺乏情況下PTTG仍可導致細胞非整倍體形成。PTTG這種既能導致細胞凋亡，又能引起細胞非整倍體形成的雙重作用是獨特的，其雙重作用是PTTG誘導腫瘤形成的一種可能機制。作為腫瘤標記物、腫瘤的診斷、判斷預后的關鍵可能成為腫瘤基因治療的新靶點［15］。

3 p21、P53在垂體老化中作用

p21蛋白是目前已知具有最廣泛激酶抑制活性的細胞周期抑制蛋白，通過依賴或非依賴p53途徑，參與細胞生長、發育、分化、衰老及凋亡。p21CIPl／WAFl作為細胞周期負性調控因子，與細胞凋亡密切相關。p21與Cyclin－CDK復合物結合，廣泛地抑制各種Cyclin－CDK復合物，如cyclinD－CDK4／CDK6、CDK2的活性，使pRb蛋白不能發生磷酸化，E2F轉錄因子不能釋放，p21Cip1／Waf1蛋白阻止G1和S期細胞轉化并且導致細胞周期停滯，使細胞周期停滯在G1期，DNA復制受抑制，從而使受損的細胞有充分的時間修復［16］。高水平P21導致依賴和非依賴p53凋亡停滯。P21表達與垂體細胞老化關系密切，能限制發育缺陷細胞繼續生長。P21導致染色體的不穩定性和DNA損失信號通路的激活，并且激活p53／p21依賴的老化。缺氧等DNA損傷信號提高p53／p21水平。這些結果顯示PTTG缺乏會誘發p53／p21依賴的老化通路。在多數生長激素腺瘤中PTTG過度表達和DNA損傷和依賴p21老化有關，PTTG是P21內在的促進因素。PTTG缺失和過表達都能夠觸發核內P21表達，核內大量p21表達能夠降低PTTG缺失的Rb＋／－小鼠中垂體瘤的生長。P21缺失增加Rb＋／－Pttg－／－細胞遺傳不穩定性和染色體變異，是腫瘤形成、產生突變、過度表達癌基因和腫瘤抑制基因的經典機制［12］。

p21在細胞周期DNA損傷修復調節和細胞凋亡中具有重要作用，它能抗凋亡，同時它又抑制增殖、促進凋亡，因此它具有雙重性，在疾病治療中人為的增加或減弱p21的表達可協同藥物的治療作用，細胞外調節激酶（ERK）與p21Cip1／Waf1的穩定性有關，對DNA損傷反應有潛在的抗凋亡作用，并且增加p21在細胞質中水平，發現阻止ERK釋放在DNA損傷中會降低p21Cip1／Waf1細胞質中水平，增加p21Cip1／Waf1在細胞核內水平。這個結果說明在DNA損傷中ERK數量改變參與p21Cip1／Waf1細胞內位置調節［17］。DNA損傷后CDK2的活性被p21Cip1／Waf1蛋白抑制導致磷酸化RB蛋白積聚，與E2F因子相結合［16］。因此，p2l對垂體瘤細胞凋亡的影響機制的研究就顯得至關重要。P53基因是重要的抑癌基因。P53蛋白作用為轉錄因子，調節其下游基因導致細胞周期停滯、DNA修復和程序化細胞死亡。DNA損傷是個潛在的刺激，如果損傷很嚴重的時候會刺激P53蛋白修復DNA損傷和誘導細胞凋亡。研究發現P53在PTTG誘導正常和腫瘤細胞生長阻滯中是必須的。p21抑制Cdk2活性，導致降低Rb磷酸化，Pttg缺失導致增加垂體細胞Cdk2活性和cyclin A蛋白水平，減少Rb磷酸化，這些可以解釋垂體細胞較低增殖率和惡性轉化率。

4 細胞因子對老化作用

在垂體瘤細胞老化中有很多細胞因子，基因誘導凋亡過程中激活產生細胞因子，細胞因子靠細胞內聯系進行信號調節，執行和精確調節老化反應。因此，凋亡和自我吞噬是一潛在防止腫瘤惡化屏障［18］。Arzt研究發現在OIS過程中IL－6，是垂體瘤細胞增殖、調節細胞分化的重要因素［19，20］。發現在垂體瘤老化中細胞因子是重要的內因。KLF6（Kruppel－like factor6）真核鋅蛋白轉錄因子，他通過調節其下游目標基因的轉錄表達而在細胞周期調控、細胞的增生分化中擔任重要的角色。KLF6的缺失導致PTTG水平上調，可以產生細胞增殖、血管生成和染色體不穩定性、廣泛變異，最終腫瘤形成。可以看出KLF6有其特殊的抗腫瘤特性［21］。p53／p21介導老化不能激活無功能腺瘤，但是其細胞質內充滿豐富的凝集素，高凝集素水平限制細胞增殖，凝集素激活CDK抑制劑p15，p16和p27阻止細胞增殖，抑制凝集素表達增強垂體促性腺細胞增殖。顯示在垂體促性腺細胞中誘導凝集素積聚會限制增殖FOXL2（一種轉錄因子在垂體促性腺細胞中特別表達）。FOXL2是凝集素的促進子，突出了特異的家族特異性通路限制垂體瘤細胞生長，調控無功能垂體瘤無限制生長［22］。

5 垂體瘤基因治療現狀

Leon研究發現血管內皮生長因子（VEGF）影響內皮細胞增殖和生存，所以VEGF受體是調節血管生成關鍵調節部位，是重要治療靶點［23］。把VEGF作為治療靶點，可以阻止血管生成，進而抑制腫瘤形成。臨床應用貝伐單抗（Bevacizumab）對垂體癌細胞抗血管生成治療，取得良好效果，腫瘤明顯縮小。

應用替莫唑胺（TMZ）對功能型垂體腺瘤及垂體腺癌進行治療，其療效要好于無功能型垂體瘤［24］。研究發現替莫唑胺的作用機制主要是通過對DNA中鳥嘌呤的06和N7位置上的烷化作用而誘發細胞的凋亡。體外實驗研究也表明，用MMQ、GH3和At T20三個垂體瘤細胞系進行體外培養，在各自的TMZ濃度下培育24h后均出現了顯著的細胞凋亡［25］。證明TMZ抑制了細胞增殖和誘導細胞凋亡，同時也能減少PRL瘤的激素分泌，其臨床應用前景較好。

6 前景展望與小結

老化是阻止腫瘤形成的屏障，垂體瘤細胞老化機制對于有效處理靜止腫瘤和抑制腫瘤向惡性轉化意義重大。垂體瘤大部分是良性腫瘤，很少惡性轉變，存在阻止侵襲性增殖和惡性轉化的機制，我們探索垂體細胞增殖控制機制，深入的研究必將發現腫瘤抑制通道和新的細胞治療途徑。

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