p16基因与肺癌
作者：姚松朝 李辉
单位：姚松朝 李辉(海军总医院心胸外科 北京，100037)
关键词：
中国肺癌杂志000127
肺癌是发病率和死亡率增长最快、对人类健康和生命威胁最大的恶性肿瘤。大量实验研究证明，肺癌的发生、发展和转移过程受多种基因的调控。p16基因是新发现的一种抑癌基因，又称多重肿瘤抑制基因(multiple tumor suppressor,MTS1)或CDK4 I(CDK4 inhibitor)，它的缺失或突变与多种恶性肿瘤的发生、发展有关。本文就CDK4 I/p16基因与肺癌的关系作一概述。
1 p16基因的结构与功能
p16基因是一种抑癌基因，其编码的蛋白产物为细胞周期蛋白依赖性激酶4(CDK4)抑制因子。1994年美国盐湖城的Kamb[1]与圣地亚哥的Noborl[2]同时报道发现p16基因定位于人类第9号染色体短臂。cDNA全长为444?bp，含有3个外显子和2个内含子，是一个编码148个氨基酸的开放阅读框架，其中5′端126?bp区域为第1外显子，中间307?bp为第2外显子，3′端11?bp区域为第3外显子。第2外显子代表编码区的主要部分，p16基因的改变也常发生在该区域。p16基因的突变形式主要是较大片段的纯合性缺失和基因组内微小点突变。点突变主要部位是外显子2和外显子1，第3外显子很少出现突变。p16基因序列发生点突变呈多种形式：①小片段插入和缺失造成的移码突变；②错义突变；③无义突变。p16基因的产物p16蛋白通过与细胞生长周期的关键成分——CDK4相互作用而形成复合物，抑制CDK4对细胞的增殖分化。目前认为，p16蛋白是真核细胞增殖的强烈抑制物，是真核细胞生长周期的“闸门”，对维持增殖分化平衡起着重要作用。与p53不同的是，p16特异性作用于CDK4，而不影响其它激酶系列。
, 百拇医药
Jin等[3]将野生型p16基因通过腺病毒载体导入无p16产物表达的肺癌细胞中，发现肿瘤细胞被阻滞在G1期，无法进入S期，肿瘤细胞在体内、外的生长受到抑制。Jin等[3]将p16基因导入无p16表达的肺癌细胞中，在离体或活体中不仅能阻止肿瘤细胞在S期，而且还能抑制肿瘤增殖。此外，研究证实，p16基因功能产物发挥的细胞生长抑制功能与其作为一种CDK4抑制及与野生型Rb(pRb)之间的相互调节作用密切相关[4]。
2 p16基因与肺癌
在肺癌中，p16基因及其产物的改变主要与非小细胞肺癌(NSCLC)的形成、发展有关。Xiao等[5]用原位杂交技术研究18例NSCLC，发现p16和p15基因缺失率为80%，并检出p16基因第72位密码子无义突变和75位密码子错义突变。在原发性NSCLC中，p16基因纯合性缺失率为9%(11/123)，点突变率为11%(19/177)；而在NSCLC细胞株中，纯合性缺失率可达27%(66/241)，点突变率为10%(11/105)。为什么细胞株中p16基因的纯合性缺失率远高于原发肿瘤?有人认为可能与体外培养的肿瘤细胞在培养过程中获得了一种选择性的生长优势有关，也有人认为可能是肿瘤标本中的正常组织细胞干扰所致[6，7]。
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Hayashi等[8]检测了64例原发性NSCLC，发现共有19例出现了p16基因突变，其中14例错义突变和5例缺失，结果提示p16基因的失活在NSCLC的形成中起着重要作用。王允等[9]为探讨人NSCLC中p16基因表达产物的表达及其临床意义，应用免疫组化LSAB法检测70例NSCLC组织p16基因产物的表达水平，并以20例正常肺组织标本作对照，结果肺癌组织p16基因产物阳性表达率为61.38%，癌旁组织为89.14%，正常肺组织为88.24%。肺癌中p16表达水平降低的程度与肺癌细胞分化、原发肿瘤大小和肺癌转移有密切关系(P<0.01或P<0.05)，而与肺癌病期、组织学类型、肿瘤部位和患者年龄无明显关系(P>0.05)。研究结果表明，p16基因可能参与调控肺癌的发生、发展和转移过程。一些研究证明，p16基因突变在NSCLC的形成和发展中起着较重要的作用，但不是早期事件[10，11]。Okamoto等[12]检测了25例原发性NSCLC和22例转移性NSCLC，仅后者中有6例p16突变，提示p16基因突变在NSCLC的发生、发展中属于迟发事件。而Washimi等[6]同时检测了来源于18例患者的20个NSCLC细胞株及其相应肿瘤标本，共观察到6例纯合性缺失和2例点突变，其中在同一患者身上代表不同转移时的转移位点(胸腔积液、颈部淋巴结转移和皮肤转移)取材建立的细胞株都检出了突变，因此认为p16突变可能发生在转移之前。Nakagawa等在54例NSCLC中发现2例患者的原发灶中出现了p16基因点突变，而且所有检测到的p16基因突变均存在于临床Ⅲ期或Ⅳ期患者。
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黄学胜等[13]用兔抗人p16多克隆抗体，以SP免疫组化方法对106例肺癌组织中p16蛋白表达进行了检测，结果提示：①p16基因在肺癌中阳性表达率为58.5%(62/106)；②在腺癌中的表达较鳞癌和小细胞癌(SCLC)高(P<0.05)；③在鳞癌和腺癌中p16阳性表达率随分化程度的降低而下降，高分化和低分化鳞癌之间p16阳性率有非常显著差异(P<0.01)；④鳞癌和腺癌中p16阳性表达率与有无淋巴结转移有密切关系(P<0.05)；⑤p16表达与肺癌病理分期无明显关系(Ⅰ～Ⅱ期与Ⅲ～Ⅳ期比较P>0.05)。周清华等[14]的研究结果与此相近，用SSCP检测45例肺癌p16基因第2外显子的突变，仍以腺癌突变率最高，15例腺癌中有6例发生突变(占40%)，其次为鳞癌(28.0%)，再次为大细胞癌(16.7%)。
研究证明，在SCLC中，原发肿瘤尚未检测到p16基因突变，而细胞株中的突变率也不到1%。对这种现象的解释是因为SCLC中罕见pRb存在。另外，相对NSCLC而言，SCLC中常见的染色体丢失区域为3p而非9p。Washimi等[6]检测了来源于15例患者的20个SCLC细胞株和来源于18例患者的20个NSCLC细胞株(具有p16纯合子缺失)中染色体组DNAs，结果发现6个NSCLC细胞株中有p16缺失，而20个SCLC细胞株中无1例有p16纯合子缺失发生。Shapiro等[11]进行交互性Rb失活与p16INK4表达关系的研究，发现27例原发肺癌中18例p16缺失，9例Rb阳性NSCLC细胞株中均有p16缺失，而Rb阴性的1例NSCLC细胞株和5例SCLC细胞株均有明显p16表达，提示Rb阴性肿瘤中具有高水平p16表达，而Rb阳性肿瘤为达到CDK4活性的水平则需要减少功能性p16量，以满足Rb的失活。Masahiro等[15]研究p16和Rb蛋白在61例NSCLC组织中的表达情况，结果显示80.3%(49/61)的组织p16或Rb蛋白阳性，仅16.4%(10/61)的组织p16和Rb蛋白同时有阳性表达。另外，Otterson等[16]研究了88个肺癌细胞系后发现，p16和pRb基因表达之间有一种奇特的倒置关系，即表达正常野生型Rb蛋白的细胞(85%)常有p16表达缺失，而p16表达正常的细胞(90%)又常有Rb基因的突变或表达水平下降，提示p16INK4-Rb通路的高频失活可能是肿瘤形成的重要原因之一。
, 百拇医药
3 结论与展望
现有研究表明，p16基因及其产物对NSCLC的形成和进展作用已较明确，但仍有许多问题需要解决。不断深入地研究p16基因必将有助于进一步了解肺癌发生、发展的分子遗传机制。
参考文献
1，Kamb A,Gruis NA,Weaver Feldhaus J,et al.A cell cycle regulator porteinally involved in genesis of many tumor types.Science,1994,264(5157)∶436-441.
2，Noborl T,Mlurak,Wu DJ,et al.Deletion of the cyclin dependent kinase 4 inhibitor in multiple human cancer.Nature,1994,368(6473)∶753-756.
, 百拇医药
3，Jin X,Ngugen D,Zhang WW,et al.Cell cycle arrest and inhibition of tumor cell proliferation by the p16 INK4 gene mediated by an adenovirus vector.Cancer Res,1995,55(15)∶3250-3253.
4，David GW,Duan W,Emil A,et al.Homozygous deletions of the multiple tumor suppressor gene 1 in the progression of human astrocytomas.Cancer Res,1995,55(1)∶20-23.
5，Xiao S,Li D,Corson JM,et al.Codeletion of p15 and p16 gene in primary nonsmall cell lung carcinoma.Cancer Res,1995,55(14)∶2968-2971.
, 百拇医药
6，Washimi O,Nagatake M,Osada H,et al.In vivo occurrence of p16(MTS1) and p15(MTS2) alterations preferentially in non-small cell lung cancers.Cancer Res,1995,55(3)∶514-517.
7，Hung LA,Tamra L,Goodrow I,et al.Deletion and mutation analyses of the p16/MST1 tumor suppressor gene in human ductal pancreatic cancer reveals a higher frequency of abnormalities in tumor derived cell lines than in primary ductal adenocarcinoma.Cancer Res,1996,56(5)∶1137-1141.
, 百拇医药
8，Hayashi N,Sugimoto Y,Tsuchiya E,et al.Somatic mutations of the MTS1/CDK4 I gene in human primary non-small cell lung carcinoma.Biochem Biophys Res Commun,1994,202(12)∶1426-1430.
9，王允，任莉，吕重九，等.人非小细胞肺癌中p16基因产物表达研究.中国胸心血管外科临床杂志，1997，4(3)∶154-156.
10，Nakagawa K,Conrad NK,Williams JP,et al.Mechanism of inactivation CDKN2 and MTS2 in non-small cell lung cancer and association and advanced stage.Oncogene,1995,11(9)∶1843-1851.
, 百拇医药
11，Shapiro GI,Edwards CD,Kobzik L,et al.Reciprocal Rb inactivation and p16INK4 expression in primary lung cancer and cell lines.Cancer Res,1995,55(3)∶505-508.
12，Okamoto A,Hussain SP,Hagiwara,et al.Mutation in the p16INK4/MTS1/CDKN2,p15INK4B/MTS2,and p18 gene in primary and metastatic lung cancer.Cancer Res,1995,55(7)∶1448-1451.
13，黄学胜，刘锟，王云杰，等.抑癌基因p16在肺癌中的表达及意义.中国胸心血管外科临床杂志，1997，4(2)∶70-72.
, 百拇医药
14，周清华，石应康，侯梅，等.人非小细胞肺癌p16基因突变研究.中国胸心血管外科临床杂志，1997，4(2)∶67-69.
15，Masahiro S,Yoshitaka F,Hirohisa H,et al.Inversely correlated expression of p16 and Rb protein in nonsmall cell lung cancer: An immunohistochemical study.Int J Cancer,1996,65(3)∶442-444.
16，Otterson GA,Krateke RA,Coxon A,et al.Absence of p16INK4 protein is restricted to the subset of lung cancer lines that retains wildtype Rb.Oncogene,1994,9(16)∶3375-3378.
收稿日期：1998-08-13
修回日期：1998-09-22, http://www.100md.com
单位：姚松朝 李辉(海军总医院心胸外科 北京，100037)
关键词：
中国肺癌杂志000127
肺癌是发病率和死亡率增长最快、对人类健康和生命威胁最大的恶性肿瘤。大量实验研究证明，肺癌的发生、发展和转移过程受多种基因的调控。p16基因是新发现的一种抑癌基因，又称多重肿瘤抑制基因(multiple tumor suppressor,MTS1)或CDK4 I(CDK4 inhibitor)，它的缺失或突变与多种恶性肿瘤的发生、发展有关。本文就CDK4 I/p16基因与肺癌的关系作一概述。
1 p16基因的结构与功能
p16基因是一种抑癌基因，其编码的蛋白产物为细胞周期蛋白依赖性激酶4(CDK4)抑制因子。1994年美国盐湖城的Kamb[1]与圣地亚哥的Noborl[2]同时报道发现p16基因定位于人类第9号染色体短臂。cDNA全长为444?bp，含有3个外显子和2个内含子，是一个编码148个氨基酸的开放阅读框架，其中5′端126?bp区域为第1外显子，中间307?bp为第2外显子，3′端11?bp区域为第3外显子。第2外显子代表编码区的主要部分，p16基因的改变也常发生在该区域。p16基因的突变形式主要是较大片段的纯合性缺失和基因组内微小点突变。点突变主要部位是外显子2和外显子1，第3外显子很少出现突变。p16基因序列发生点突变呈多种形式：①小片段插入和缺失造成的移码突变；②错义突变；③无义突变。p16基因的产物p16蛋白通过与细胞生长周期的关键成分——CDK4相互作用而形成复合物，抑制CDK4对细胞的增殖分化。目前认为，p16蛋白是真核细胞增殖的强烈抑制物，是真核细胞生长周期的“闸门”，对维持增殖分化平衡起着重要作用。与p53不同的是，p16特异性作用于CDK4，而不影响其它激酶系列。
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Jin等[3]将野生型p16基因通过腺病毒载体导入无p16产物表达的肺癌细胞中，发现肿瘤细胞被阻滞在G1期，无法进入S期，肿瘤细胞在体内、外的生长受到抑制。Jin等[3]将p16基因导入无p16表达的肺癌细胞中，在离体或活体中不仅能阻止肿瘤细胞在S期，而且还能抑制肿瘤增殖。此外，研究证实，p16基因功能产物发挥的细胞生长抑制功能与其作为一种CDK4抑制及与野生型Rb(pRb)之间的相互调节作用密切相关[4]。
2 p16基因与肺癌
在肺癌中，p16基因及其产物的改变主要与非小细胞肺癌(NSCLC)的形成、发展有关。Xiao等[5]用原位杂交技术研究18例NSCLC，发现p16和p15基因缺失率为80%，并检出p16基因第72位密码子无义突变和75位密码子错义突变。在原发性NSCLC中，p16基因纯合性缺失率为9%(11/123)，点突变率为11%(19/177)；而在NSCLC细胞株中，纯合性缺失率可达27%(66/241)，点突变率为10%(11/105)。为什么细胞株中p16基因的纯合性缺失率远高于原发肿瘤?有人认为可能与体外培养的肿瘤细胞在培养过程中获得了一种选择性的生长优势有关，也有人认为可能是肿瘤标本中的正常组织细胞干扰所致[6，7]。
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Hayashi等[8]检测了64例原发性NSCLC，发现共有19例出现了p16基因突变，其中14例错义突变和5例缺失，结果提示p16基因的失活在NSCLC的形成中起着重要作用。王允等[9]为探讨人NSCLC中p16基因表达产物的表达及其临床意义，应用免疫组化LSAB法检测70例NSCLC组织p16基因产物的表达水平，并以20例正常肺组织标本作对照，结果肺癌组织p16基因产物阳性表达率为61.38%，癌旁组织为89.14%，正常肺组织为88.24%。肺癌中p16表达水平降低的程度与肺癌细胞分化、原发肿瘤大小和肺癌转移有密切关系(P<0.01或P<0.05)，而与肺癌病期、组织学类型、肿瘤部位和患者年龄无明显关系(P>0.05)。研究结果表明，p16基因可能参与调控肺癌的发生、发展和转移过程。一些研究证明，p16基因突变在NSCLC的形成和发展中起着较重要的作用，但不是早期事件[10，11]。Okamoto等[12]检测了25例原发性NSCLC和22例转移性NSCLC，仅后者中有6例p16突变，提示p16基因突变在NSCLC的发生、发展中属于迟发事件。而Washimi等[6]同时检测了来源于18例患者的20个NSCLC细胞株及其相应肿瘤标本，共观察到6例纯合性缺失和2例点突变，其中在同一患者身上代表不同转移时的转移位点(胸腔积液、颈部淋巴结转移和皮肤转移)取材建立的细胞株都检出了突变，因此认为p16突变可能发生在转移之前。Nakagawa等在54例NSCLC中发现2例患者的原发灶中出现了p16基因点突变，而且所有检测到的p16基因突变均存在于临床Ⅲ期或Ⅳ期患者。
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黄学胜等[13]用兔抗人p16多克隆抗体，以SP免疫组化方法对106例肺癌组织中p16蛋白表达进行了检测，结果提示：①p16基因在肺癌中阳性表达率为58.5%(62/106)；②在腺癌中的表达较鳞癌和小细胞癌(SCLC)高(P<0.05)；③在鳞癌和腺癌中p16阳性表达率随分化程度的降低而下降，高分化和低分化鳞癌之间p16阳性率有非常显著差异(P<0.01)；④鳞癌和腺癌中p16阳性表达率与有无淋巴结转移有密切关系(P<0.05)；⑤p16表达与肺癌病理分期无明显关系(Ⅰ～Ⅱ期与Ⅲ～Ⅳ期比较P>0.05)。周清华等[14]的研究结果与此相近，用SSCP检测45例肺癌p16基因第2外显子的突变，仍以腺癌突变率最高，15例腺癌中有6例发生突变(占40%)，其次为鳞癌(28.0%)，再次为大细胞癌(16.7%)。
研究证明，在SCLC中，原发肿瘤尚未检测到p16基因突变，而细胞株中的突变率也不到1%。对这种现象的解释是因为SCLC中罕见pRb存在。另外，相对NSCLC而言，SCLC中常见的染色体丢失区域为3p而非9p。Washimi等[6]检测了来源于15例患者的20个SCLC细胞株和来源于18例患者的20个NSCLC细胞株(具有p16纯合子缺失)中染色体组DNAs，结果发现6个NSCLC细胞株中有p16缺失，而20个SCLC细胞株中无1例有p16纯合子缺失发生。Shapiro等[11]进行交互性Rb失活与p16INK4表达关系的研究，发现27例原发肺癌中18例p16缺失，9例Rb阳性NSCLC细胞株中均有p16缺失，而Rb阴性的1例NSCLC细胞株和5例SCLC细胞株均有明显p16表达，提示Rb阴性肿瘤中具有高水平p16表达，而Rb阳性肿瘤为达到CDK4活性的水平则需要减少功能性p16量，以满足Rb的失活。Masahiro等[15]研究p16和Rb蛋白在61例NSCLC组织中的表达情况，结果显示80.3%(49/61)的组织p16或Rb蛋白阳性，仅16.4%(10/61)的组织p16和Rb蛋白同时有阳性表达。另外，Otterson等[16]研究了88个肺癌细胞系后发现，p16和pRb基因表达之间有一种奇特的倒置关系，即表达正常野生型Rb蛋白的细胞(85%)常有p16表达缺失，而p16表达正常的细胞(90%)又常有Rb基因的突变或表达水平下降，提示p16INK4-Rb通路的高频失活可能是肿瘤形成的重要原因之一。
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3 结论与展望
现有研究表明，p16基因及其产物对NSCLC的形成和进展作用已较明确，但仍有许多问题需要解决。不断深入地研究p16基因必将有助于进一步了解肺癌发生、发展的分子遗传机制。
参考文献
1，Kamb A,Gruis NA,Weaver Feldhaus J,et al.A cell cycle regulator porteinally involved in genesis of many tumor types.Science,1994,264(5157)∶436-441.
2，Noborl T,Mlurak,Wu DJ,et al.Deletion of the cyclin dependent kinase 4 inhibitor in multiple human cancer.Nature,1994,368(6473)∶753-756.
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3，Jin X,Ngugen D,Zhang WW,et al.Cell cycle arrest and inhibition of tumor cell proliferation by the p16 INK4 gene mediated by an adenovirus vector.Cancer Res,1995,55(15)∶3250-3253.
4，David GW,Duan W,Emil A,et al.Homozygous deletions of the multiple tumor suppressor gene 1 in the progression of human astrocytomas.Cancer Res,1995,55(1)∶20-23.
5，Xiao S,Li D,Corson JM,et al.Codeletion of p15 and p16 gene in primary nonsmall cell lung carcinoma.Cancer Res,1995,55(14)∶2968-2971.
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6，Washimi O,Nagatake M,Osada H,et al.In vivo occurrence of p16(MTS1) and p15(MTS2) alterations preferentially in non-small cell lung cancers.Cancer Res,1995,55(3)∶514-517.
7，Hung LA,Tamra L,Goodrow I,et al.Deletion and mutation analyses of the p16/MST1 tumor suppressor gene in human ductal pancreatic cancer reveals a higher frequency of abnormalities in tumor derived cell lines than in primary ductal adenocarcinoma.Cancer Res,1996,56(5)∶1137-1141.
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8，Hayashi N,Sugimoto Y,Tsuchiya E,et al.Somatic mutations of the MTS1/CDK4 I gene in human primary non-small cell lung carcinoma.Biochem Biophys Res Commun,1994,202(12)∶1426-1430.
9，王允，任莉，吕重九，等.人非小细胞肺癌中p16基因产物表达研究.中国胸心血管外科临床杂志，1997，4(3)∶154-156.
10，Nakagawa K,Conrad NK,Williams JP,et al.Mechanism of inactivation CDKN2 and MTS2 in non-small cell lung cancer and association and advanced stage.Oncogene,1995,11(9)∶1843-1851.
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11，Shapiro GI,Edwards CD,Kobzik L,et al.Reciprocal Rb inactivation and p16INK4 expression in primary lung cancer and cell lines.Cancer Res,1995,55(3)∶505-508.
12，Okamoto A,Hussain SP,Hagiwara,et al.Mutation in the p16INK4/MTS1/CDKN2,p15INK4B/MTS2,and p18 gene in primary and metastatic lung cancer.Cancer Res,1995,55(7)∶1448-1451.
13，黄学胜，刘锟，王云杰，等.抑癌基因p16在肺癌中的表达及意义.中国胸心血管外科临床杂志，1997，4(2)∶70-72.
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14，周清华，石应康，侯梅，等.人非小细胞肺癌p16基因突变研究.中国胸心血管外科临床杂志，1997，4(2)∶67-69.
15，Masahiro S,Yoshitaka F,Hirohisa H,et al.Inversely correlated expression of p16 and Rb protein in nonsmall cell lung cancer: An immunohistochemical study.Int J Cancer,1996,65(3)∶442-444.
16，Otterson GA,Krateke RA,Coxon A,et al.Absence of p16INK4 protein is restricted to the subset of lung cancer lines that retains wildtype Rb.Oncogene,1994,9(16)∶3375-3378.
收稿日期：1998-08-13
修回日期：1998-09-22, http://www.100md.com