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编号:10238241
INK4及其基因与血液系统恶性肿瘤研究进展
http://www.100md.com 《中华血液学杂志》 2000年第5期
     作者:申建宾 汤静燕 王耀平

    单位:200092 上海第二医科大学附属新华医院

    关键词:

    中华血液学杂志000519 自从1994年发现p16基因(INK4基因家族成员)在众多肿瘤中缺失后,INK4基因已成为对抑癌基因研究的热点。我们对近几年来INK4、INK4基因失活及其与血液系统恶性肿瘤关系的研究进展综述如下。

    1 INK4概述

    1.1 INK4概念、结构及生理功能:INK4(inhibitor of CDK4)是细胞周期素依赖性激酶抑制物(CDI)的一类。CDI与细胞周期素-细胞周期素依赖性激酶复合物(CDK-cyclin)结合而抑制细胞通过细胞周期监测点,导致周期阻抑。据氨基酸序列同源性将CDI分为两类:① p21WAF/CIP1类,包括p21WAF1、p27KIP1、p57KIP2,能与多个时相的CDK-cyclin复合物结合发挥抑制作用;② INK4类:p15INK4B(p15)、p16INK4A(p16)、p18INK4C(p18)、p19INK4D(p19),通过特异结合决定G1期细胞向S期转化进程的CDK4/cyclin D而阻碍此过程。INK4显著特点是具有4或5个ankyrin序列,为与CDK4/cyclin D结合所必需,p16靠3个ankyrin序列结合于CDK上远离cyclin D的位点[1-3]。INK4 生理功能尚不十分清楚,但体外细胞系研究提示p16可调节细胞衰亡(senescence)过程,如人纤维母细胞衰亡时呈现高水平p16,经ras癌基因转导的人纤维母细胞出现p16水平升高和细胞早衰;p16的缺失可使肿瘤细胞越过衰亡而永生化,也使小鼠对肿瘤发生更加易感[2]
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    1.2 INK4功能途径: G1期时CDK4/cyclin D水平升高使Rb(视网膜母细胞瘤基因)蛋白——pRb磷酸化,磷酸化的pRb释出包含5个成员的E2F转录因子,E2F与生长因子如c-myc、b-myb、cdc2基因启动子结合而使其活化驱动细胞通过G1期向S期转化的监测点,但p16与CDK4/cyclin D结合后,CDK4活性下降或缺失而不能磷酸化pRb,阻碍E2F释放,导致G1/S期阻滞,这称为p16/CDK4/cyclin D/Rb途径。p15、p18、p19可能也存在相似途径[2,3]

    1.3 INK4表达的调节:① 与p53针对高水平DNA损伤起反应不同,p16监视细胞一些微小变化的累积。p16水平在下列情况下升高:细胞衰老[2-4],另外,表达SV40T抗原的永生细胞以和正常细胞相同的速度积累p16和p21,提示p16水平升高可能直接与细胞增殖次数呈正相关[3];ras癌基因的表达[3];Rb失活[3,5,6],又发现细胞周期中虽然pRb水平处于经常动态变化中,但p16水平却相对稳定,因此推想只有Rb长期失活才会使p16水平升高。② p15介导肿瘤生长因子β(TGF-β)的抗增殖作用,TGF-β通过使p15 mRNA积累、增加p15稳定性而使p15水平升高[7]。③p18、p19及其mRNA在S期是积累并在G2/M期维持高水平,可能与p18、p19在细胞周期后期发挥作用有关[5]
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    2 INK4基因及其在肿瘤中的失活模式

    2.1 INK4基因:p16基因位于染色体9p21,由E、E2、E3 3个外显子及2个内含子组成,编码一个由156个氨基酸组成、相对分子质量为15.8×103的蛋白质——p16[2];p15基因亦位于9p21,距前者5′端约30kb,由2外显子组成,第2外显子序列90%与p16基因同源[3];p18位于1p32,p19位于19p13,均与p16基因部分同源[6]

    2.2 INK4基因的失活方式:INK4基因失活广泛存在于多种组织类型的肿瘤,p15、p16基因的改变普遍而p18、p19基因改变少见。INK4基因有三种主要失活方式[3]:①纯合子型缺失,即2个等位基因同时缺失;②1个等位基因缺失而另一位点发生基因内突变;③1个等位基因缺失而另一位点发生5′启动子CpG岛的甲基化。p16基因失活以纯合子型缺失较常见;p15基因缺失发生率不如前者,近两年来研究表明p15基因启动子CpG岛的甲基化可能是其失活的另一主要方式[1-6] 。最近有人发现p15基因3′非翻译区(3′-UTR)CpG岛在30%的胸腺淋巴瘤中发生甲基化,且常发生在p15基因半合子型缺失但无启动子CpG岛的甲基化,也无基因内突变的肿瘤,这又提出INK4家族失活的另一方式[7]
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    2.3 INK4基因失活与其它抑癌基因(Rb、p53基因)的关系:① 由于p16与Rb处于同一环路,只需其中之一失活已足使G1期向S期转化失控。这可解释为何在实体瘤细胞系及淋巴系恶性肿瘤中p16基因与Rb关系模式以p16基因缺失伴野生型Rb的形式占绝对优势[2,3]。② 与Rb不同,实体瘤细胞系及淋巴系恶性肿瘤中常发现p16基因与p53基因同时缺失;一些肿瘤细胞系中若p16基因和p53基因同时异位表达即可诱导细胞凋亡,而p16基因单独表达导致周期阻滞,提示二者皆为肿瘤发生所需,即p16基因缺失后若p53基因正常,则细胞发生p53介导的凋亡,若p53基因也同时缺失,细胞方发生肿瘤转化。但情况可能更复杂,因为淋巴系恶性肿瘤中存在二者之一为野生型的克隆[2,6]

    3 血液系统恶性肿瘤与INK4基因

    3.1 血液系统恶性肿瘤中INK4基因失活特点[6,8-16]:① INK4基因各成分发生异常的频率:p15和p16基因异常多见,p18和p19基因异常极少见。② p15和p16基因异常的疾病分布:p15和p16基因缺失率在淋巴系肿瘤远高于粒系;集中于淋巴系中急性淋巴细胞白血病(ALL)(>30%)、成人T淋巴细胞白血病/淋巴瘤(ATL/L)、非霍奇金淋巴瘤(NHL);T细胞系ALL(>50%)比B细胞系ALL更常见,而慢性淋巴细胞白血病(CLL)、浆细胞疾病发生率低,除处于淋巴细胞性急变期的慢性粒细胞白血病(CML)有一定发生率外,其余各期CML均无此二基因缺失;甲基化更常见于p15基因,p15基因甲基化在急性髓系白血病(AML)(78%)、浆细胞疾病(67%)、骨髓增生异常综合征(MDS)(46%)、ALL(40%)、NHL(13%)均有高的发生率; p16基因甲基化在B细胞性NHL中发生率较p15基因高,而MDS中未发现p16基因甲基化,提示甲基化是此二基因失活的替代途径,并与肿瘤类型有关。③ 肿瘤类型与失活方式:ALL及NHL中此二基因的两种失活方式皆常见,但后者发生率稍低,AML、MDS、浆细胞疾病以p15基因甲基化为主要失活方式,而CML则不存在此二基因的失活,提示INK4家族对不同类型肿瘤发生所起作用大小及作用模式有差异,随着各肿瘤亚型此二基因失活模式特征的明了,将会为肿瘤分型提供又一佐证。④就年龄而言,儿童B及T细胞系ALL中p15和p16基因缺失率均较成人ALL高,而有学者研究发现74例婴儿ALL无一例存在此二基因的缺失或甲基化[6],相关证据尚待进一步积累。
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    3.2 INK4及其基因失活与临床:

    3.2.1 INK4基因失活与预后[p16基因缺失(p16del)型患者与p16基因野生(p16wt)型患者比较,括号内分数为p16del型患者数与患者总数之比]:

    ALL结果复杂:①儿童ALL[6]:T-ALL,各有一项研究分别显示完全缓解(CR)率(27/89)、持续完全缓解(CCR)率(44/67)较差,另有二项研究显示无病生存期(EFS)、复发率(RR)差异无显著性;对一组前B细胞急性淋巴细胞白血病(BCP-ALL)研究显示生存期差异无显著性;对两组未分类ALL研究分别显示生存期、EFS及RR较差,而对另一组未分类ALL研究则显示EFS及RR差异无显著性。②成人ALL:对一组未分类ALL研究显示CR和CCR差异有显著性[6];近来有报道,纯合型缺失者较半合子型缺失或无缺失者的存活期显著缩短(12个月∶33个月)[8]。可看出p16del对于儿童ALL预后不如成人ALL有肯定的参考价值。③ p16del型ALL常具有更高的白血病细胞及白细胞计数,也提示预后不良[17]
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    对一组成人NHL的观察发现CR、生存期差异有显著性,对一组ATL及一组AML患者观察均发现生存期差异有显著性,故p16del可作为NHL、ATL、AML不良预后参考,但尚待更多样本验证[6]

    3.2.2 INK4基因失活与疾病进展:① ALL[6]:对两个大样本研究发现,儿童T-ALL p16del/p15del及p16基因甲基化/p15基因甲基化(p16met/p15met)发生率在确诊时与复发时差异无显著性;对一组儿童BCP-ALL的观察结果亦显示p16del发生率在确诊与复发时相同;合并四项研究,在27例确诊时p16基因正常的ALL,6例在复发时转为p16del。目前看来,INK4基因失活与ALL进展无显著相关。② NHL:一项报道显示静止型NHL p16del发生率为5%,而侵袭性者为33%[12];另一项研究显示高恶性者p16del发生率(5例中5例)较低度恶性者(20例中2例)高[11]。提示p16del对估计NHL进展有参考作用。③ MDS:7例p15基因正常的早期患者随疾病进展有5例发生了甲基化, 另一项研究显示7例p15基因正常的MDS患者转化为白血病后5例发生了甲基化[6],这提示p15 met与MDS进展关系甚密切。④ 从年龄来看,儿童ALL进展中p16、p15基因缺失或甲基化发生率较成人ALL、ATL、MDS进展中失活率低[(0%~33%)∶(33%~71%)][6]
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    3.2.3 INK4基因表达(INK4及其mRNA)与预后:Villuendas等[11]报道153例NHL中低恶性的41例p16的表达正常,71例高恶性者中41例(58%)全部或部分丧失p16的表达,而发生由低恶性向高恶性转化的41例在转化前p16的表达正常,转化后35例(85%)全部或部分丧失p16的表达,并发现正常表达p16的皆无p16基因的改变,同时,有p16基因改变的全部或部分丧失p16的表达。这说明对于NHL的进展,p16的表达和基因具有同样的意义。出乎意料的是,最近Mekki等[7]报道儿童ALL中高表达p16者EFS最短;p16低水平者预后较好;无p16表达者预后中等,这似与p16的作用相矛盾。作者注意到高表达p16的细胞呈现即将衰老的表型,故疑高表达p16与这些细胞经历较多次分裂有关;另外这些细胞中CDK4、p21水平较高,而CDK4能使瘤细胞通过G1期获得更强的增殖优势,p21可降低对化疗的敏感性,故不良预后也与高水平的CDK4、p21有关。这说明基因具体的表达情况不一定与基因状态直线相关,还要受到诸多其他因素影响,同时明确基因表达水平应作为基因检测常规,才能更详尽地了解基因失活与预后的关系。
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    3.3 INK4基因与血液肿瘤细胞株:血液肿瘤细胞株中p18del及p19del均罕见,B细胞系(p16del 34%、p15del 56%)与T细胞系(p16del 77%、p15del 65%)肿瘤细胞株p16del、p15del常见, BCP系(p16del 63%、p15del 71%)及未成熟T细胞系(p16del 81%、p15del 81%)最高,粒系为p16del 29%、p15del 27%,总之,血液肿瘤细胞株分布与相应原代肿瘤相似,但发生率更高,这在粒系细胞株体现得更明显[6,18,19]。有三种可能造成肿瘤细胞株较相应原代肿瘤细胞p16/p15基因缺失发生率高:① 建株时具此二基因缺失的细胞克隆有更大的生长优势,更易建株;②建株过程中细胞因人为因素而新发生基因缺失;③ 建株后,随着细胞扩增发生缺失。综合以往研究[6,18,19],36个淋巴系肿瘤标本(30种BCP-ALL、4种未成熟B细胞性、7种未成熟T细胞性、3种双表型性)及其细胞株在建株前后p16基因状态相同,未发现一例p16wt向p16del转化,基本上排除了第2种可能,粒系是否有类似结果尚待证实。另外,许多长时间培养的p16wt白血病细胞株仍可保持p16wt状态,提示第3种可能也较小。现普遍认为建株时此二基因缺失的细胞克隆有更大的生长优势是正确的解释。
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    4 前景展望

    4.1 研究趋向:p16的发现源于对多种肿瘤中常发生部分缺失的染色体9p的研究,此处还有p16β(鼠为p19Arf)、p15、IFN-γ等基因,虽然有报道9p21-22缺失常累及p16而非p15、IFN-γ,但p16和p15常相伴缺失、p15met在某些肿瘤的高发生率[20]、p19Arf可诱导p53依赖的凋亡[21]、t(17;19)ALL中E2A-HLF融合蛋白与p16/p15纯合型缺失正相关等的发现[22],已使人们将这些基因并重,并与CDK、p53等与细胞周期及凋亡有关基因相结合,通过研究它们的相互作用探索其对肿瘤发生的意义。

    4.2 抗肿瘤的新思路:使发生INK4失活的癌细胞重新表达INK4。体外通过转染、转化或直接将p16显微注射入Rb正常的肿瘤细胞内[2,5],用DAC(decitabine,5-AZA-2′deoxycytidine)使p15met去甲基化均获得了肯定的抑癌作用[2,5,16],而INK4与其他抑癌基因联合作用已成为INK4抗肿瘤研究的必然趋势。
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    (收稿日期:1999-06-21), 百拇医药