垂體瘤轉化基因在垂體細胞衰老和垂體瘤生成中機制的研究

張鐵輝　李　佳　趙冰海　崔建軍　黃李法　張世明

1.浙江省中醫院神經外科，浙江杭州310018；2.牡丹江醫學院，黑龍江牡丹江157011；3.蘇州大學附屬第一醫院神經外科，江蘇蘇州215006

垂體瘤轉化基因在垂體細胞衰老和垂體瘤生成中機制的研究

張鐵輝1，2李佳2趙冰海2崔建軍1黃李法1張世明3▲

1.浙江省中醫院神經外科，浙江杭州310018；2.牡丹江醫學院，黑龍江牡丹江157011；3.蘇州大學附屬第一醫院神經外科，江蘇蘇州215006

目的探討垂體瘤轉化基因（PTTG）在垂體細胞衰老和垂體瘤中表達規律。方法構建F344大鼠D-半乳糖誘導衰老模型和雌激素誘導泌乳素腺瘤模型。觀察大鼠的衰老表型及成瘤情況，對大鼠垂體進行病理學檢測，分子生物學方法檢測垂體PTTG、P53、P21、P16蛋白表達。結果①D-半乳糖成功誘導大鼠出現明顯衰老特征，雌激素誘導大鼠成功生成泌乳素腺瘤；②衰老大鼠垂體胞質內有空泡和異染色質生成，腫瘤大鼠垂體PRL免疫組化為強陽性；③RT-PCR顯示雌激素誘導組PTTG mRNA表達為（12.99±1.86），D-半乳糖誘導衰老組PTTG表達為（2.10±0.23），差異有高度統計學意義（P＜0.01）；D-半乳糖誘導衰老組P53、P16、P21 mRNA表達為（113.51± 23.87）、（29.26±4.44）、（67.21±10.08），在雌激素誘導垂體瘤組中表達為（83.26±8.06）、（9.83±2.13）、（28.19±2.01），兩組比較差異有統計學意義（P＜0.05）。④Western-blot條帶積分灰度值顯示D-半乳糖誘導衰老組PTTG、P21、P16蛋白表達為（0.198±0.032）、（1.239±0.051）、（1.673±0.055），雌激素誘導垂體瘤中表達為（1.002±0.041）、（0.202±0.055）、（0.409±0.059），兩組比較差異有統計學意義（P＜0.05）。結論PTTG基因過表達導致衰老繞過，垂體瘤形成。PTTG表達減弱，誘導衰老。P16、P21是垂體細胞衰老重要的調控因子。

垂體瘤轉化基因；垂體瘤；衰老

垂體瘤轉化基因（pituitary tumor transforming gene，PTTG）是1997年Pei等［1］首次從大鼠垂體瘤組織中發現的新癌基因，PTTG在垂體腺瘤及其他腫瘤中均有較高水平的表達，與腫瘤的侵襲性、轉移、血管形成、復發、預后密切相關［2-3］。近期Chesnokova等［4］研究發現垂體細胞內PTTG水平表達降低和缺失會誘發DNA損傷調控反應（DNA damage checkpoint response，DDR）導致衰老產生，進而阻止腫瘤發生及惡變，說明垂體瘤增殖過程存在衰老。提出癌基因的活化既可以導致腫瘤產生，又可以誘導細胞衰老，稱作癌基因誘導細胞衰老（oncogene-induced senescence，OIS）［5］。癌基因具有誘導腫瘤衰老和腫瘤增殖惡變的能力，設想通過調控癌基因誘導腫瘤細胞衰老，可以作為治療腫瘤的新方向。本研究擬通過建立F344大鼠D-半乳糖亞急性衰老模型，同時通過雌激素誘導大鼠泌乳素腺瘤形成，探討PTTG及衰老通路中相關因子在垂體細胞衰老和垂體瘤生長過程中的表達，初步闡明癌基因誘導衰老在垂體瘤發生過程中作用機制。

1　材料與方法

100 g左右4周齡雌性F344大鼠18只［購自北京維通利華實驗動物中心，許可證號SCXK（京）2012-0001］。隨機分為三組，正常對照組、D-半乳糖誘導衰老組和雌激素誘導垂體瘤組，每組各6只。本研究經牡丹江醫學院動物倫理委員會批準，嚴格按照NIH實驗動物倫理原則進行操作。

1.2主要試劑及設備

≥98%的β-雌二醇（Sigma公司），≥98%的D-半乳糖（Sigma公司），醫用硅膠管（內經2 mm，外徑3 mm，濟南晨生醫用導管公司），鼠抗鼠單克隆PTTG抗體（ab cam公司），鼠抗鼠單克隆P16抗體（abcam公司）。SYBR green master rox（Roche公司），transcriptor first strand cDNA Synthesis Kit（Roche公司）。

1.3構建大鼠衰老模型及垂體泌乳素腺瘤模型

10%水合氯醛按0.2 mL/100g腹腔注射麻醉，將含有10 mg E2無菌硅膠管植入雌激素誘導垂體瘤組大鼠背部皮下，正常對照組及D-半乳糖誘導衰老組植入含有生理鹽水的硅膠管。D-半乳糖誘導衰老組于術后7 d連續腹腔內注射D-半乳糖200 mg/（kg·d），造成亞急性衰老；正常對照組、雌激素誘導垂體瘤組術后7 d腹腔內注射同等量生理鹽水對照。觀察各組大鼠的精神狀態、體重、進食及尿量、肌肉是否有萎縮、毛發光澤度及有無脫毛等。術后第8周，斷頭處死全部大鼠。解剖垂體，觀察垂體形狀、大小、質地及顏色，同視神經及頸內動脈比鄰關系，觀察垂體窩鞍底形狀，骨質是否破壞。

1.4垂體病理學檢測

垂體標本常規HE染色，采用S-P法進行免疫組化染色，一抗為大鼠PRL單克隆抗體（murine，Dako公司，美國）。用PBS代替一抗平行染體做陰性對照。

教師不但要注重專業知識的學習和技能操作的規范化，還要注重自身素質的提高。首先，教師需具有較好的英文能力，以語言作為橋梁，協助學生與患者進行病情交流、促進互動，提升學生在教學中的參與度，增加對教學查房的興趣。在進行留學生教學前，教師需進行英語能力培訓，獲得留學生授課資格證書。其次，教師需要有教學責任心，悉心準備教學內容，認真備課。查房前，教師選擇合適病例，事先與患者進行充分溝通，在尊重隱私的前提下使其配合教學工作。高素質、責任心強、教學水平優良的教師隊伍是臨床教學的基礎，這樣才能在科室形成良好的教學風氣和育人環境。

1.5RT-PCR檢測垂體組織中PTTG、P53、P21、P16 mRNA表達

PTTG、P53、P21、P16基因的引物由生工生物工程（上海）有限公司合成。按照93℃，3 min；95℃，1 min，60℃30 s，72℃30 s，72℃30 s，72℃4 min；30 cycle擴增目的基因，對每個基因設β-actin做內參，內參基因為Rps16。

1.6Western-blot檢測垂體組織中PTTG、P16、P21表達

每組取3只大鼠垂體組織，提取垂體組織總蛋白，進行SDS-PAGE電泳，滴加稀釋的Anti-p16 antibody、Anti-p21 antibody，Anti-PTTG antibody，DAB顯色。照相記錄圖像，蛋白感光條帶用Kodak Carestream Molecular Imagine軟件測量積分灰度值，以各組蛋白表達量與β-Action比值進行半定量分析，顯示目的基因的蛋白表達水平。

1.7統計學方法

實驗數據采用GraphPad Prism 5.0進行分析，正態分布計量資料以均數±標準差（±s）表示，多組間比較采用方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.1動物一般狀態

6周后，D-半乳糖誘導衰老組大鼠出現精神萎靡、毛色晦暗，背部及面頰部脫毛；與正常對照組比較，尿量有所增加，差異有統計學意義（P＜0.05）。與正常對照組比較，雌激素誘導垂體瘤組大鼠尿量明顯增加，差異有高度統計學意義（P＜0.01）。見表1。

表1　三組大鼠尿量（6周）和垂體重量（±s）

表1　三組大鼠尿量（6周）和垂體重量（±s）

注：與正常對照組比較，*P＜0.05，**P＜0.01；與雌激素誘導垂體瘤組比較，▲P＜0.01

正常對照組（n=6）D-半乳糖誘導衰老組（n=6）雌激素誘導垂體瘤組（n=6）P值10.87±0.54 9.16±0.36*▲17.06±0.43**＜0.05 14.42±1.55 12.38±0.43*▲60.73±5.65**＜0.05組別尿量（mL/24 h）垂體重量（g）

2.2解剖學觀察

雌激素誘導垂體瘤組大鼠垂體重量高于正常對照組，差異有高度統計學意義（P＜0.01）。D-半乳糖誘導衰老組大鼠垂體重量小于正常對照組大鼠，差異有統計學意義（P＜0.05）；D-半乳糖誘導衰老組大鼠垂體重量明顯小于雌激素誘導垂體瘤組，差異有高度統計學意義（P＜0.01）。見表1。正常對照組垂體粉紅色，位于鞍內，雙側視神經之間，其上覆蓋鞍隔。D-半乳糖誘導衰老組垂體明顯縮小，表面皺縮，質地較韌。雌激素誘導垂體瘤組垂體窩明顯擴大，形成大于正常對照組數倍體積的腫瘤，鞍底骨質受壓變薄，視神經移位，鞍隔上抬，腫瘤有假包膜存在，質地軟，分離腫瘤易出血。

2.3垂體組織學觀察

雌激素誘導垂體瘤組細胞排列紊亂，正常垂體腺管樣結構消失，核大小不一致，可見不典型性增生呈腫瘤樣改變；D-半乳糖誘導衰老組垂體細胞明顯減少，細胞間隙擴大，血管網稀疏，部分細胞漿內出現空泡樣改變，細胞膜皺縮，異染色質形成存在于細胞內。D-半乳糖誘導衰老組內PRL基本沒有表達，無明顯細胞內顆粒染色，正常對照組有PRL低表達，鏡下陽性細胞占比例很少，雌激素誘導垂體瘤組大于80%細胞內表達陽性。見圖1（封三）。

2.4RT-PCR檢測垂體組織內PTTG、P53、P16、P21 mRNA表達

RT-PCR顯示雌激素誘導組PTTG mRNA表達最高為（12.99±1.86），D-半乳糖誘導衰老組PTTG表達最低為（2.10±0.23），差異有高度統計學意義（P＜0.01）；D-半乳糖誘導衰老組P53、P16、P21 mRNA表達最高為（113.51±23.87）、（29.26±4.44）、（67.21±10.08），在雌激素誘導垂體瘤組中表達略升高，分別為（83.26±8.06）、（9.83±2.13）、（28.19±2.01），兩組比較差異有統計學意義（P＜0.05）。見圖2。

2.5Western-blot檢測垂體組織中PTTG、P16、P21蛋白表達

Western-blot條帶積分灰度值顯示D-半乳糖誘導衰老組PTTG、P21、P16蛋白表達為（0.198±0.032）、（1.239±0.051）、（1.673±0.055），雌激素誘導垂體瘤中表達為（1.002±0.041）、（0.202±0.055）、（0.409±0.059），兩組比較差異有統計學意義。其中雌激素誘導垂體瘤組PTTG表達最高，D-半乳糖誘導衰老組垂體中表達最低。P16、P21在D-半乳糖誘導衰老組垂體表達最高，在雌激素誘導垂體瘤組中表達最低。見圖3。

圖2　RT-PCR檢測垂體組織內PTTG、P53、P16、P21 mRNA表達

3　討論

組織學上大多數垂體腺瘤是良性腫瘤，雖然部分垂體瘤表現侵襲性生長，但很少有惡變和遠處轉移。部分垂體微腺瘤表現為停止生長，微小泌乳素腺瘤能夠進行自我消除，說明在垂體瘤發生中存在內在的衰老機制［6］。不可逆的生長抑制和具有代謝活性是細胞衰的老兩個標志性特征，表現為半乳糖苷酶（βgalactosidase，SA-β-GAL）活性增加和異染色質凝聚（senescence-associated heterochromatic foci，SAHF），研究發現DNA損傷和癌基因活化均可誘導細胞衰老［5，7］。癌基因誘導衰老是癌基因突變所產生的異常增殖信號，通過P16INK4A-Rb，ARF-P53-P21信號通路激活衰老，造成癌基因不穩定性增加，恢復和提升腫瘤抑制基因活性，使細胞處于生長停滯狀態，抑制腫瘤細胞增殖，是預防腫瘤發生及惡變的重要保護屏障［7-9］。所以對垂體泌乳素腺瘤的癌基因——PTTG進行研究，探討其是否參與垂體細胞的早熟及增殖衰老中，有助于重新認識垂體瘤的發生機制，為垂體瘤治療提供新的思路和方法。

PTTG是有絲分裂中的安全素樣蛋白具有分離蛋白抑制酶活性，能阻斷有絲分裂過程中姐妹染色體的分離，引起非整倍體出現，導致基因不穩定和細胞惡性轉化，同時PTTG有效調控下游目標靶基因，如成纖維細胞生長因子2（bFGF-2）及C-myc、P21、MMP2、cyclinD3等表達，導致腫瘤血管形成、轉移、侵襲力增強等，與腫瘤的轉移、預后密切相關［10-12］。近期研究發現PTTG能夠干擾P53與DNA的結合能力，抑制P53下游基因P21的轉錄活性和蛋白表達，從而抑制P53介導的細胞凋亡，促進腫瘤增殖，在垂體腺瘤的形成和生長過程中起重要的作用。PTTG發揮調節衰老和凋亡主要通過蛋白-蛋白之間相互作用、細胞因子旁分泌-自分泌刺激和激活靶基因三條途徑完成［13-15］。本次實驗結果顯示在雌激素誘導垂體瘤組大鼠中PTTG mRNA表達水平較其他組明顯增高，在D-半乳糖誘導衰老組垂體中PTTG表達明顯降低，所以PTTG可以看作垂體瘤的癌基因，PTTG的持續作用可以促進腫瘤細胞增殖。

圖3　Western-blot檢測垂體組織中PTTG、P16、P21蛋白表達

癌基因誘導衰老能抑制腫瘤細胞增殖，主要是通過P16INK4A-pRb和ARF-P53這兩條信號通路發揮作用，P16和P21-P53是衰老信號通路網絡中的兩個重要的控制節點［13，16］。對垂體瘤細胞衰老的研究發現，敲除PTTG的垂體細胞啟動了依賴P53-P21的衰老途徑，抑制了細胞周期進展所需的CDK2活性、Rb基因磷酸化等，從而抑制腫瘤增殖［4，17］。研究發現PTTG基因缺失裸鼠中表現明顯垂體衰老特點，觸發ARFP53-P21衰老信號通路，使凋亡阻滯，誘導衰老產生，阻止垂體瘤產生。PTTG主要通過調控P21的表達而影響細胞衰老的進程。但是奇怪的是，在GH3細胞系中，過表達PTTG反而會上調P21的表達，從而促進衰老的發生。PTTG表達與P21呈負相關，調節P21會減弱PTTG表達，抑制腫瘤增殖。此研究同時指出PTTG表達水平過低誘發垂體細胞衰老，PTTG表達過高，繞過衰老，形成腫瘤。說明PTTG的表達失衡，誘發和繞過衰老，本實驗也證實垂體內PTTG表達失衡導致垂體瘤生成［15，17］。

細胞衰老及凋亡都是通過激活P53下游靶基因P21而觸發。本實驗發現亞急性衰老大鼠垂體P53蛋白表達明顯增高，研究也指出P53僅僅在腫瘤生長早期（未成熟衰老）表達升高［13，18］，本實驗也發現P53在雌激素誘導垂體瘤中表達比正常對照組高，說明垂體細胞在經歷了癌基因刺激后，產生DNA損傷突變，腫瘤生成過程中存在P53蛋白參與的細胞衰老，引進并保持垂體腫瘤細胞一定程度的衰老，抑制垂體瘤細胞進一步增殖，說明在垂體衰老中P53蛋白參與調控衰老和維持衰老。

P21是P53的一個經典靶基因，同時也是細胞周期負性調控因子，與細胞凋亡和衰老密切相關［19］。本實驗發現P21在衰老組垂體細胞中的表達是腫瘤細胞組的3倍，提示垂體細胞衰老與P21的誘導密切相關。衰老組PTTG表達水平降低，癌基因表達失衡能激活P53使P21表達增加，引起細胞衰老，表明P21參與誘發垂體細胞衰老與癌基因刺激的喪失密切相關。當癌基因表達水平下降的時候，P21由于失去癌基因刺激產生早熟衰老，引起細胞生長停滯，設想提高P21表達能夠誘導衰老和限制垂體瘤細胞增殖和惡變［13］。

P16基因是細胞周期依賴性激酶CDK4抑制劑，P16INK4A同CDK4結合調控視網膜母細胞瘤Rb蛋白磷酸化水平，使Rb基因與轉錄因子E2F相結合，處于非磷酸化狀態，進而抑制細胞由G1期進入S期，導致細胞生長停滯，產生衰老，因此又稱為衰老相關基因［20］。P16有特異的自我更新功能，能夠持續的表達，維持衰老通路的完整性［19-20］。本實驗發現正常對照組內P16水平也較垂體瘤組內升高，也行正常垂體內存在一定程度的衰老，正常的垂體衰老是抑制內分泌細胞過度增殖導致分泌激素過量，是機體的一種平衡和保護機制。垂體瘤內P16水平下降并與P21表達正相關，說明大鼠在雌激素及癌基因的持續刺激下，P16表達下降，早熟衰老消失，腫瘤增殖。所以如何提高腫瘤進展期衰老相關基因表達，誘導衰老限制腫瘤增殖和惡性變，是將來研究的重點。

本實驗證實在衰老垂體呈中PTTG表達水平明顯下降，與P53、P21、P16表達負相關，說明D-半乳糖激活垂體細胞ARF-P53-P21/PRb-P16衰老通路，P53、P21表達提升，抑制PTTG的表達，引起細胞生長停滯。而雌激素作用引起PTTG表達增高，導致姐妹染色體分離受限，細胞周期停滯，非整倍體形成，發生了癌基因表達水平失衡誘發的早熟衰老，但是由于雌激素持續釋放，PTTG明顯升高產生衰老繞過，進一步引起細胞損傷，產生垂體瘤細胞增殖。設想通過調控PTTG誘發衰老，使垂體瘤細胞增殖停滯、侵襲性降低、激素異常分泌，有較大臨床應用前景。

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Mechanism study of pituitary tumor transforming gene in pituitary senescence and tumorigenesis

ZHANG Tiehui1，2LI Jia2ZHAO Binghai2CUI Jianjun1HUANG Lifa1ZHANG Shiming3▲
1.Department of Neurosurgery，Chinese Medicine Hospital of Zhejiang Province，Zhejiang Province，Hangzhou310018，China；2.Mudanjiang Medical College，Heilongjiang Province，Mudanjiang157011，China；3.Department of Neurosurgery，the First Affiliated Hospital of Suzhou University，Jiangsu Province，Suzhou215006，China

Objective To investigate the pituitary tumor transforming gene（PTTG）expression pattern in pituitary cell senescence and pituitary adenoma tumorigenesis.Methods D-galactose induced F344 rats aging model.The rats aging expression and tumor generation condition were observed through pathological detection，molecular biology method was used to measure the expression of PTTG，P53，P21，P16 in pituitary tissue.Results①D-galactose induced F344 rats showed significant characteristics of aging and oestrogen induced rats successfully generated prolactin adenoma；②aging Rats visible cytoplasmic vacuoles occurred，heterochromatin exists in the pituitary cell，pituitary PRL immunohistochemical was strong positive in tumor group rats；③RT-PCR showed that PTTG mRNA expression in estrogen induced pituitary adenoma group was（12.99±1.86），PTTG expression of D-galactose induced aging group was（2.10±0.23），the difference was statistically significant（P＜0.01）；P53，P16，P21 mRNA expression of D-galactose induced aging group was（113.51±23.87），（29.26±4.44），（67.21±10.08），P53，P16，P21 mRNA expressed in estrogen induction of pituitary adenoma group was（83.26±8.06），（9.83±2.13），（28.19±2.01），the differences were statistically significant（P＜0.05）；④Western-blot strip integral grey value showed PTTG，P21 and P16 protein expression of D-galactose induced aging group was（0.198±0.032），（1.239±0.051），（1.673±0.055）and expressed in estrogen induced pituitary adenoma group was（1.002±0.041），（0.202±0.055），（0.409±0.059），the differences were statistically significant（P＜0.05）.Conclusion PTTG over-expression leads to senescence bypassed pituitary adenoma formation，PTTG weak expression leads to senescence. P16，P21 are important regulatory factors in pituitary cell senescence.

Pituitary tumor transforming gene；Pituitary adenoma；Senescence

R736.4

A

1673-7210（2015）05（c）-0007-05

2015-02-10本文編輯：蘇暢）

黑龍江省青年基金資助項目（QC08C99）。