ATM、Chk2、p53和Rad51的表達與乳腺癌的相關性研究進展

黃 波，談 順

(中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院病理科，海南 海口 570208)

ATM、Chk2、p53和Rad51的表達與乳腺癌的相關性研究進展

黃 波，談 順

(中南大學湘雅醫學院附屬海口醫院病理科，海南 海口 570208)

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤，它的發生和發展是多個基因參與的復雜過程。共濟失調-毛細血管擴張突變基因(ATM)和細胞周期檢測點激酶2(Chk2)是重要的細胞周期檢測點激酶，p53是重要的抑癌基因，重組蛋白A(Rad51)是DNA同源重組修復的主要關鍵酶之一。本文就乳腺癌與ATM、Chk2、p53及Rad51的相關性及意義做一簡要綜述。

乳腺癌；共濟失調-毛細血管擴張突變基因；點激酶2；p53；重組蛋白A

近年來，乳腺癌的發病率有逐漸上升的趨勢，在西方國家已經位居女性惡性腫瘤的首位[1]。在不斷的臨床實踐中發現了許多腫瘤標記分子，這些標記分子對腫瘤的診斷、治療、預后及評價都有至關重要的作用[2]。研究表明，乳腺癌的發生和發展受多個因素的影響，特別是與多個癌基因及抑癌基因相關，這些基因的異常具有重要的診斷和判斷預后的價值[3]。共濟失調-毛細血管擴張突變基因(Ataxia telangiectasia-mutated gene，ATM)[4]是與DNA損傷檢驗有關的一個重要基因，是直接感受DNA雙鏈斷裂損傷并起始諸多DNA損傷信號反應通路的主開關分子，其表達的蛋白是重要的細胞周期檢測點激酶，參與激活、調控多種細胞周期調節因子和DNA損傷的修復。細胞周期檢測點激酶2[5](Cell cycle checkpoint kinase 2，Chk2)是腫瘤抑制基因Chk2編碼的絲氨酸/蘇氨酸激酶，在DNA損傷引起的細胞周期檢測點調節中有著非常重要的作用，它屬于DNA損傷修復過程中非常關鍵的信號轉導蛋白，參與保持基因組的穩定性。p53[6]作為抗癌基因，它編碼的是一種分子量為53 kDa的蛋白質，命名為P53，能調節細胞周期和避免細胞癌變的發生，因此被稱為基因組的守護者，對細胞的生長、凋亡及DNA的修復都有重要的調控作用，它的蛋白表達有助于分析患者的腫瘤易感性以及判斷預后[7]。重組蛋白A(Recombination protein A，Rad51)[8]也是重要的DNA修復基因，它位于第15號染色體上，它編碼的蛋白含有339個氨基酸，是DNA同源重組修復(Homologous recombination repair，HRR)的主要關鍵酶之一，它對維持基因的穩定性有著非常重要的作用[9]。本文就ATM、Chk2、p53及Rad51與乳腺癌發生發展的相關研究進展做一簡單介紹。

1 ATM與乳腺癌的相關性及意義

ATM是腫瘤抑制基因，但當其發生突變后其抑癌功能也隨之喪失。ATM基因作為現今發現的人類最大的基因之一，其位于人類染色體11q22～q23上，全長150 kb，含有66個外顯子，它編碼350 kDa的蛋白質，包含3 056個氨基酸，是一種大分子量的蛋白，相對分子質量約為370×103。一般情況下ATM蛋白激酶以無活性的二聚體形式存在。此外，ATM基因為核內表達，其最主要的功能區為磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)，位于ATM蛋白C末端。

腫瘤的發生取決于G1、M、S細胞周期調節的失控[10]。ATM基因是一種重要的細胞周期檢測點激酶，參與細胞周期的調控。ATM基因的純合突變或者雜合性丟失(Loss of heterozygotes，LOH)是引起共濟失調毛細血管擴張癥(Ataxia—telangiectasia，AT)的主要原因[11]。研究表明，攜帶有ATM突變基因雜合子的女性，其乳腺癌的發病率比不攜帶ATM突變基因的要高出2～7倍[12]。在30%～50%的浸潤性乳腺癌中，腫瘤上皮細胞中ATM的表達均出現很大程度的下降或者缺失[13]，而且在散發性的乳腺癌中ATM蛋白的表達水平也有所下降[14]。研究也發現，ATM的表達在癌和癌旁組織無差別[15]。這些結果均提示ATM表達的下降與乳腺癌的發生有關。一般，ATM主要通過三條途徑來參與DNA損傷的修復[16-17]，第一條途徑是通過激活細胞周期檢測點。ATM蛋白激酶參與DNA損傷后激活G1/S、S和G2/M，這條途徑的信號通路主要有兩條：其一是激活Chk2[18]，使p53被磷酸化而激活，最終使細胞不能通過檢查點而導致細胞周期的阻滯；其二是通過激活Chk1，然后Chk1引起細胞周期調控因子CDC25的Ser216磷酸化，再通過抑制CDC25的活性，從而抑制M-CDK的活性，最終使細胞周期中斷。第二條途徑是參與細胞凋亡。ATM蛋白激酶通過調節DNA損失與死亡受體信號傳遞之間的相互作用來介導腫瘤細胞的凋亡[19]。第三條途徑是通過調控DNA損傷的修復來參與。當DNA發生損傷時，ATM通過磷酸化其下游的Chk2、c-Abl、RPA和p53等多種蛋白來參與細胞周期檢驗點，這樣就會使受損的DNA停滯于細胞周期檢測點并對其進行修復[20]。ATM作為腫瘤抑制基因，有可能成為乳腺癌治療的一個潛在靶點。

2 Chk2與乳腺癌的相關性及意義

Chk2基因的蛋白質產物位于人類染色體22q12.1上，其cDNA全長為1 731 bp，包含14個外顯子，其中在第一個外顯子上游的5'端還有一段7 kb長的非編碼的外顯子區域，它代表的是一種在細胞網絡內種系間發生的保守信號元件，該網絡可以在DNA受損時作出反應并以此來保證基因的完整性。Chk2蛋白質由543個氨基酸組成，其結構特異性區域包括三個，一個是FHA區域(112～175殘基)，一個是N末端SQ/TQ群區域(20～75氨基酸殘基)，一個是絲氨酸-蘇氨酸激酶區(225～490殘基)。

Chk2激酶的活化過程比較復雜。首先是T68位點的磷酸化，其次是激活T—loop環上的T383以及T387位點，從而啟動Chk2蛋白的自磷酸化過程，最終形成能夠發揮生物學作用的二聚體[21]。因此，可以說磷酸化的Chk2-T68蛋白比Chk2總蛋白更能夠反映Chk2激酶的活化[21]。Chk2是在DNA受損時做出反應的重要信號轉導蛋白，當DNA損傷后，Chk2激酶可以通過磷酸化途徑激活其下游的多種DNA修復基因[22]。具體如下：首先激活的Chk2激酶可以磷酸化細胞周期調控因子Cdc25A的Serl23、Ser292及Serl78，然后通過多聚泛素化介導的蛋白降解途徑導致Cdc25A降解，從而引起Cdc25A的效應底物周期蛋白依賴蛋白激酶2(Cyclin-dependent kinase 2，Cdk2)無法去磷酸化，最終使細胞周期素A(Cyclin A)/Cdk2復合體保持在無活性狀態，引起細胞S期阻滯[23]。此外，活化的Chk2激酶還可以通過p53導致G1期阻滯[24]。再者，Chk2激酶可以磷酸化Cdc25C，使其和14-3-3蛋白相結合從而導致其活性喪失，最終致使其不能進一步活化Cdc2并且抑制Cdc2/cyclin B復合物的形成，導致G2/M期的轉換停止[25]。因此，Chk2的缺陷可以導致各種類型的散發的或者遺傳性的惡性腫瘤。

3 p53與乳腺癌的相關性及意義

p53基因通常分為突變型(mt p53)和野生型(wt p53)兩種，定位于17p13.1。wt p53基因能夠抑制腫瘤形成，而mt p53通常通過阻止wt p53結合到靶基因啟動子來對抗wt p53的功能，對其施加明顯的負面效應，因此mt p53可以引起細胞的轉化及癌變[26]。由于wt p53蛋白半衰期很短，故用免疫組化的方法檢測不到野生型的p53蛋白，但是mt p53蛋白降解速度非常緩慢并且積聚在核內，因此用免疫組化的方法能夠很容易的檢測到[27]。

Rohon等[28]曾經報道，可以用p53蛋白表達的程度來作為判斷乳腺癌良、惡性程度的標準之一。研究顯示，p53基因幾乎是各種類型的腫瘤細胞形成過程中最容易發生突變的抑癌基因[4]。p53蛋白和乳腺病理組織學分級呈明顯的正相關，在乳腺浸潤性導管癌中的表達也顯著高于癌旁正常組織，并且與淋巴結轉移也有一定的相關性。如果p53基因突變，那么將會導致其半衰期延長，這樣不但會喪失其抑制癌變的功能，而且還會導致其具有促癌變和抑制其他wt p53發揮作用的功能，最終導致腫瘤的發生和轉移[29-30]。其具體機制如下：p53突變，p53蛋白失活，然后細胞分裂失去了節制，不能激活DNA的修復和停止細胞周期，細胞凋亡停止，最終起不了維護基因組穩定性的作用[31]。由于p53基因的突變或者缺失造成了腫瘤細胞不能正常的發生細胞凋亡，并且增加了腫瘤細胞對放化療的抵抗性，因此重新激活p53將成為人們的又一個難題[32-33]。目前，國際及國內有關乳腺癌病理特征的研究表明，p53蛋白陽性的乳腺癌具有較強的增殖能力，并且容易發生復發及轉移，預后較差[34-35]。

4 Rad51與乳腺癌的相關性及意義

Rad51是一個非常重要的DNA修復蛋白，其蛋白庫編號是1B22，Rad51的關鍵肽段有兩個，分別是191～220和231～260，與關鍵肽段對應的序列是YARAFNTDHQTQLLYQASAM-MVESRYALLI和DYSGRGELSARQMHLARFLRMLLRLADEFG，這也是目前人們研究較多的抑癌基因產物[36]。如果Rad51的一些關鍵位點上的關鍵氨基酸如第247位上的Arg和第205位上的Tyr等發生突變，就會造成該基因失活，最終導致腫瘤的形成。

當缺氧、電離輻射等一些可以導致DNA損傷的因素刺激細胞造成DNA雙鏈斷裂(Double—strand break，DSB)時，首先外切酶將會剪開DNA雙鏈的5'端，留下一個3'端單鏈，并且該單鏈可以引導Rad51蛋白聚集在單鏈DNA上，從而最終形成聚合于DNA3’端的Rad51核蛋白絲，并通過鏈的轉移及交換來啟動同源重組過程[37]。在這個過程中，若DNA損傷的修復出現了錯誤，則基因組的穩定將會受到影響，并且有可能導致乳腺癌的發生。

5 結語

乳腺癌的發生和發展是很多因素、很多步驟和很長時間累加的結果，它不僅與生理生育及生活方式有關，而且和遺傳有著很大的關系，其過程涉及到很多個癌基因和抑癌基因，這些基因會在乳腺癌的發生和發展中通過相互協同的方式共同起作用。ATM、Chk2、p53及Rad51四者之間相互協同，共同維持細胞基因組的穩定性，同時對損傷的基因組進行修復。因此，我們不但要仔細研究單個的相關基因，更要深入地研究多個相關基因在乳腺癌的發生和發展中的相互關系。如：當細胞的DNA受到損傷或者DNA的復制過程受到阻礙時可激活ATM，此激活狀態的ATM可以進一步磷酸化來激活Chk2，而此激活狀態的Chk2又可以磷酸化p53的絲氨酸Ser20位點，這就可以使p53保持穩定，同時，ATM也可通過調節p53來誘導凋亡，p53對Chk2也有負反饋的調節作用。此外，野生型的p53也可以抑制Rad51的轉錄[38]。如此一來，ATM、Chk2、p53及Rad51四者之間相互作用，相互協同，共同形成一個網絡系統，在乳腺癌的發生發展中發揮著重要作用。只有這樣才能更深層次的認識乳腺癌的發生、發展以及指導治療和預防并判斷預后。

[1]Desantis C,Ma J,Bryan L,et al.Breast cancer statistics,2013[J]. CACancer J Clin,2014,64(1)：52-62.

[2]朱東兵,陳 莉,朱小燕.乳腺癌ER、PR、C-erbB-2和nm23表達的相關性及臨床病理意義[J].診斷病理學雜志,2007,14(5)：361-365.

[3]吳美華,馮震博.乳腺癌中HER-2,P16和p53的表達及預后意義[J].當代醫學,2011,17(9)：15-17.

[4]裴小娟,楊清緒,劉少杰,等.細胞周期調節因子ATM、Chk2和p53在乳腺浸潤性導管癌中的表達及其臨床病理意義[J].中華病理學雜志,2012,41(7)：479-480.

[5]高麗麗,朱長樂.乳腺癌中Chk2、p53和Rad51的表達及意義[J].臨床與實驗病理學雜志,2014,30(3)：308-311.

[6]閆美鳳,張永勝.p53與Gadd45a蛋白在胃癌組織中的表達及臨床病理學意義[J].醫學研究生學報,2014,27(3)：282-285.

[7]胡愛俠,孫淼淼,陳奎生.HER-2、p16、p53蛋白在乳腺浸潤性導管癌中的表達及意義[J].臨床與實驗病理學雜志,2012,28(9)：959-962.

[8]Schild D,Wiese C.Overexpression of RAD51 suppresses recombination defects：a possible mechanism to reverse genomic instability [J].NucleicAcids Res,2010,38(4)：1061-1070.

[9]石 靜,王雅杰,王 寧,等.Rad51與乳腺癌的發生[J].醫學研究雜志,2010,39(11)：15-17.

[10]裴小娟,劉少杰,張素花,等.共濟失調性毛細血管擴張癥突變基因mRNA在乳腺癌組織中的表達及其臨床意義[J].汕頭大學醫學院學報,2012,25(1)：8-10.

[11]Thompson D,Duedal S,Kirner J,et al.Cancer risks and mortality in heterozygous ATM mutation carriers[J].J Natl Cancer Inst, 2005,97(11)：813-822.

[12]Thompson D,Antoniou AC,Jenkins M,et al.Two ATM variants and breast cancer risk[J].Hum Mutat,2005,25(6)：594-595.

[13]Angele S,Taniere P,Hall J.What do we know about ATM protein expression in breast tissue[J].Bull Cancer,200l,88(7)：67l-675.

[14]Hall J.The Ataxia—telangiectasia mutated gene and breast cancer：gene expression profiles and sequence variants[J].Cancer Lett, 2005,227(2)：105-114.

[15]馮 丹,王 寧,賈朝陽,等.DNA損傷修復通路相關蛋白ATM、pCHK2在乳腺癌中的表達及臨床意義[J].醫學研究雜志,2013, 42(11)：26-30.

[16]Treilleux I,Chapot B,Goddard S,et al.The molecular causes of low ATM protein expression in breast carcinoma;promoter methylation and levels of the catalytic subunit of DNA-dependent protein kinase[J].Histopathology,2007,51(1)：63-69.

[17]武彤彤,吳春蓮,羅京華,等.細胞周期調節因子在乳腺導管增生性疾病及乳腺癌中的表達及意義[J].中國醫藥指南,2013,11(19)：1-2.

[18]Shiloh Y.ATM and relate protein kinases：safeguarding genome integrity[J].Nature Rev Cancer,2003,3(3)：155-168.

[19]劉小群,喬田奎.ATM與腫瘤的關系研究進展[J].中國癌癥雜志, 2010,21(12)：973-977.

[20]Eastman A.Cell cycle checkpoints and their impact on anticancer thempeutic stmtegies[J].J Cell Biochem,2004,91(2)：223-231.

[21]賈朝陽,馮 丹,王雅杰,等.乳腺癌組織中CHK2和pCHK2蛋白的表達及臨床意義[J].醫學研究雜志,2013,42(11)：40-43.

[22]賈朝陽.乳腺癌中CHK2和pCHK2蛋白表達的臨床意義[D].上海第二軍醫大學,2013.

[23]Falck J,Mailand N,Sylju?sen RG,et al.The ATM-Chk2-Cdc25A checkpoint pathway guards against radioresistant DNA synthesis [J].Nature,2001,410(6830)：842-847.

[24]Squatrito M,Brennan CW,Helmy K,et al.Loss of ATM/Chk2/p53 pathway components accelerates tumor development and contributes to radiation resistance in gliomas[J].Cancer Cell,2010,18(6)：619-629.

[25]Peng CY,Graves PR,Thoma RS,et al.Mitotic and G2 checkpoint control：regulation of 14-3-3 protein binding by phosphorylation of Cdc25C on serine-216[J].Science,1997,277(5331)：1501-1505.

[26]Daniel AR,Hagan CR,Lange CA.Progesterone receptor action：defining a role in breast cancer[J].Expert Rev Endocrinol Metab, 2011,6(3)：359-369.

[27]Iwasa M,Imamura Y,Noriki S,et al.Immunohistochemical detection of early-stage carcinogenesis of oral leukoplakia by increased DNA-instability and various malignancy markers[J].Eur J Histochem,2001,45(4)：333-346.

[28]Rohan TE,Li SQ,Hartwick R,et al.p53Alterations and protein accumulation in benign breast tissue and breast cancer risk：a cohort study [J].Cancer Epidemiol Biomarkers Prev,2006,15(7)：1316-1323.

[29]王 芬.c-erbB-2和p53在乳腺癌組織中的表達及臨床意義[J].中國腫瘤外科雜志,2012,4(5)：279-280.

[30]Musgrove EA,sutherland RL.Biological determinants of endocrine resistance in breast cancer[J].Nat Rev Cancer,2009,9(9)：63l-643.

[31]張朝林,李 宏,李金平,等.p53、Ki67、EGFR、Nm23在乳腺癌組織中的表達及臨床意義[J].海南醫學,2014,25(1)：15-17.

[32]Harrison C.Anticancer drugs：Reactivating p53[J].Nat Rev Drug Discov,2012,11(7)：517.

[33]Yu X,Vazquez A,Levine AJ,et al.Allele-specific p53 mutant reactivation[J].Cancer Cell,2012,21(5)：614-625.

[34]Patil VW,Tayade MB,Pingale SA,et al.The p53 breast cancer tissue biomarker in Indian women[J].Breast Cancer(Dove Med Press),2011,11(3)：71-78.

[35]González-Sistal A,Sánchez AB,Del Rio MC,et al.Association between tumor size and immunohistochemical expression of Ki-67, p53 and BCL2 in a node-negative breast cancer population selected from a breast cancer screening program[J].Anticancer Res,2014, 34(1)：269-273.

[36]馬 麗,張雅崢,盧 奎,等.BRC肽結構及與生物大分子的相互作用研究方法[J].河南工程學院學報(自然科學版),2013,25(1)：47-51.

[37]Thacker J.The RAD5l gene family.genetic instability and cancer [J].Cancer Letters,2005,219：125-135.

[38]Lazaro-Trueba I,Arias C,Silva A.Double bolt regulation of Rad51 by p53：a role for transcriptional repression[J].Cell Cycle,2006,5 (10)：1062-1065.

R737.9

A

1003—6350（2015）21—3187—04

2014-12-19)

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.21.1158

黃 波。E-mail：954778478@qq.com