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，劉 艷

(1.吉林大學中日聯(lián)誼醫(yī)院 胃腸外科，吉林 長春130033;2.吉林大學白求恩醫(yī)學部；3.吉林大學中日聯(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2，劉 艷3*

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

惡性腫瘤是一種體細胞遺傳病，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)控細胞的的正常生長周期、細胞的死亡及DNA的損傷修復。基因的種系突變(germ line mutation) 在遺傳性惡性腫瘤中起主要作用[1]。突變是生物進化的必要條件之一，沒有突變就沒有進化，就沒有現(xiàn)代的遺傳學。生物的進化是在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序列當中。在短暫的生命中，人類很難看到某一物種完整的進化史。通過對歷史及化石的研究，人們發(fā)現(xiàn)物種在不同的歷史時期有著不同的存在狀態(tài)[2]。隨著時間的推移及環(huán)境的改變，有的物種由一個物種變?yōu)榱硗庖粋€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，由一個物種變?yōu)槎鄠€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化和繁衍。大量研究結(jié)果表明，基因突變在生物進化過程中導致動物、植物乃至微生物很多單位性狀內(nèi)的都有差異。腫瘤遺傳學具有相當?shù)膹碗s性，多種基因的交互作用或者單一基因的作用都可以導致腫瘤的發(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發(fā)生在一種腫瘤上[3]。隨著基因組學的不斷發(fā)展，尤其是發(fā)現(xiàn)和認識了腫瘤基因、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，人們對腫瘤的發(fā)生及發(fā)展就有了更深一步的認識。

基因的改變可能會導致RNA的改變以及蛋白質(zhì)分子的改變，蛋白質(zhì)酶的改變進一步可以導致細胞分子代謝功能紊亂[4]。細胞生長，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，各種細胞多肽、細胞骨架蛋白等。但它的本質(zhì)的核心是DNA分子的功能改變和表達異常。腫瘤分子生物學，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)生的分子機制[5]。目前對各種癌基因、抑癌基因、修復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)建了一個腫瘤形成的基本輪廓。

細胞的生長及分化紊亂可以導致細胞過度增生，細胞過度增生進一步可以導致腫瘤的發(fā)生。正常情況下細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)一對正負調(diào)控的基因，控制細胞的增生、分化。當其中一個基因出現(xiàn)問題時即可導致腫瘤的發(fā)生。原癌基因的結(jié)構(gòu)或者調(diào)控出現(xiàn)異常時，可以出現(xiàn)細胞的過度增生。抑癌基因具有抑制細胞增殖作用，調(diào)節(jié)細胞的發(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胞內(nèi)一對重要的正負調(diào)控基因。其調(diào)控如果出現(xiàn)異常，可以誘發(fā)腫瘤的遠處轉(zhuǎn)移。基因突變，基因表達異常是腫瘤發(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發(fā)生改變，但是DNA有自我修復的功能[1]。DNA作為作為遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)，這種損傷修復機制可以保持其遺傳的穩(wěn)定性，降低突變率。當然，并不是發(fā)生在DNA分子上的所有損傷都可以修復。如果DNA的這種損傷得不到修復，DNA的復制和轉(zhuǎn)錄將會受到影響，甚至可以導致細胞的癌變。核苷酸切除修復、堿基切除修復、重組修復和錯配修復是目前所知的DNA修復通路。DNA的互補雙螺旋結(jié)構(gòu)也是其損傷修復的一個重要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，使其更易于修復[7，8]。ERCC l基因是切除修復交叉互補基因1(excision repair eross complementing 1)是人類DNA修復系統(tǒng)的重要成員。

2 大腸癌相關(guān)基因突變

大腸癌的發(fā)生是一個相當復雜的過程。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，可將其分為初級遺傳事件，以及次級遺傳事件。初級遺傳事件為基因結(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，導致腫瘤發(fā)生的遺傳易感性不同。次級分子事件是指在腫瘤的發(fā)展過程中基因表達發(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，與細胞的正常生長有關(guān)。癌基因激活的一個重要機制為基因突變。

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。對調(diào)控正常的細胞增殖有著非常重要的作用。因為在一些生長快速的細胞中可見其高表達。有70%的結(jié)腸癌可以出現(xiàn)c-myc的過度表達，表達可高出正常的數(shù)倍至數(shù)十倍。C-myc基因既可以刺激細胞增殖,也可以促進細胞凋亡。C-myc基因與腫瘤發(fā)生的關(guān)系大致有三個原因：①誘導細胞周期、促進細胞增殖；②抑制細胞分化；③誘導細胞凋亡。c-myc 可通過HIF-1α調(diào)控結(jié)腸癌細胞介導血管形成，導致腫瘤進一步發(fā)展[10]。這可能是C-myc促進腫瘤生長的另一機制。Khaled IL Zalma 的研究發(fā)現(xiàn)C-myc在不同病理類型的結(jié)腸癌中表達也有所差異[11]。

B.Ras基因：其家族包括K-ras，N-ras，H-ras。目前認為其突變是結(jié)腸癌的早期事件。在<1 cm結(jié)直腸腺瘤中，檢測到Ras基因家族點突變發(fā)生率約為10%，>1 cm結(jié)直腸腺瘤中，檢測到Ras基因家族點突變發(fā)生率約為50%，且隨著不典型增生的嚴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)測腺瘤是否會發(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腫瘤的愈后情況。有研究表明[12]K-Ras-Raf-Erk1/2途徑激活導致galectin-3蛋白表達增加，從而促進腫瘤的轉(zhuǎn)移。

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

A.APC基因：APC基因位于5q21。其表達的蛋白產(chǎn)物對維持正常的腸上皮細胞穩(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。當結(jié)腸外癥狀表現(xiàn)明顯時，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)病的機制可能與Knudsons[13]提出的兩次打擊學說相關(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堿基對上較為常見。有研究表明，MCC能抑制腫瘤細胞生長速度，以及腫瘤細胞集落形成。

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，可致細胞間接觸能力下降、粘附能力差，可導致癌細胞去分化及轉(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DCC LOH表型異常出現(xiàn)的患者當中有4個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、重排將會導致細胞周期出現(xiàn)異常，誘導細胞凋亡程序受損，異常細胞堆積，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可作為一獨立指標判定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：生長異常或者分化異常的細胞會隨著抑癌基因的缺失而出現(xiàn)，這些異常的細胞不斷的累積，導致癌癥的發(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胞中發(fā)現(xiàn)的分子事件，有研究表明研究發(fā)現(xiàn)檢測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損傷修復系統(tǒng)缺陷：遺傳學及流行病學研究表明結(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%。基因的突變都會導致DNA的錯配修復功能障礙或者喪失，這種功能的改變使自發(fā)性突變及非自發(fā)性突變在細胞內(nèi)不斷的蓄積，繼而導致復制錯誤，也相應(yīng)的增加了遺傳的不穩(wěn)定性。MSH2、MSH3、 MSH6、MLHl、MLH3均被證實為導致Lynch綜合征的錯配修復基因，有學者認為錯配修復基因的突變導致重復DNA序列或者DNA修復錯誤。從而出現(xiàn)DNA微衛(wèi)星不穩(wěn)定，微衛(wèi)星的不穩(wěn)定可能導致抑癌基因的失活和癌基因的激活[17]。但其具體機制尚不明確。dMMR(DNA錯配修復基因)在不同人群中出現(xiàn)的幾率不同，如在肥胖的結(jié)腸癌患者當中出現(xiàn)的幾率低，肥胖與不良預(yù)后獨立相關(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。錯配修復基因突變是其發(fā)病原因。約占新發(fā)結(jié)直腸癌的2-5%。患此綜合征的結(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修復基因和其它協(xié)同作用的基因：當身體暴露于外部的致癌因素后，機體會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)整細胞周期，促進受損細胞凋亡，消除受損細胞的增殖、分化；當其中一個步驟出現(xiàn)問題時，將會導致腫瘤的發(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，然而對各個基因之間的相互作用及其作用機制較少報道。當我們討論結(jié)腸直腸癌的原因時，不僅要分析單個基因的多態(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，才能對結(jié)直腸癌有更深入的理解。

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2015-11-21)

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