环境因素致癌与p53基因突变
作者：袁素波 廖明阳 王治乔
单位：100850 北京，军事医学科学院毒物药物研究所，国家生物医学分析中心致癌致畸致突变物实验室
关键词：
中华劳动卫生职业病杂志990136 目前我国环境质量处于区域性改善、全国性质量下降的严重形势之下，环境相关疾病尤其是环境因素引起的恶性肿瘤受到广泛关注。环境致癌因素中80%以上为化学性致癌物。环境毒理在研究化学致癌及其相应的分子机制时，p53基因常作为研究的重要靶基因。本文拟就这方面的研究现状作一扼要综述。
一、p53基因在环境癌变机制研究中的作用
癌变是一个涉及正常细胞基因激活转变为癌基因以及肿瘤抑制基因失活的多步骤过程。p53基因是重要的抑癌基因，它尤其适合作为研究各种致癌因素，如化学致癌剂、物理致癌剂及病毒，从致癌作用初始到发展成为临床肿瘤的分子线索。p53基因在众多肿瘤中广泛突变是已知的事实，对人肿瘤组织进行的大量的分子病理学的研究结果为肿瘤病因学和p53基因功能的研究提供了较为丰富的信息。
, http://www.100md.com
从积累的p53基因突变谱分析结果看，肿瘤病因主要分内源性和外源性两类。某些来自环境的外源性致癌原有其特定的突变谱，如黄曲霉素B引起p53基因249号密码子第三位碱基的G→T颠换，形成p53基因特征性的突变标记。由复杂的化学混合物在沙门氏回变试验中所产生的突变谱主要是其中的一种、一类或少数几种物质诱变的结果。这类物质引起的人肺癌、皮肤癌的p53基因突变谱与沙门氏试验的结果一致[1]。该结论可以用于分子流行病学通过p53基因突变谱的异同推测潜在致癌原。
对一些常见肿瘤如肺、乳腺、食道以及结肠肿瘤，p53基因突变可发生于癌前病灶。收集这些部位的脱落细胞、组织样品或分泌物进行基因生物学的分析，可发现高危人群。对已发病例，p53基因突变往往提示预后不良。从p53基因的研究轨迹可以看出，其研究的成功之处在于基础研究、临床运用和流行病学调查三举并行，促成了实验研究结果向临床实践的快速转化[2]。
二、p53基因与化学及辐射致癌
, 百拇医药
1.p53与化学致癌：突变研究提示，某些诱变剂对DNA损伤的结果是产生较窄的相对特异的突变谱，即特定致癌剂可能存在其规律性的突变谱。为此，化学致癌动物模型及基因水平的研究相继展开。
Ohgaki[3]报道用亚硝基甲胺诱导的Wistar大鼠肾间质瘤基因组DNA的p53基因点突变率高达75%(6/8)，突变集中在p53进化高保守区的第6外显子的204及213号密码子，其中两例的突变谱均为G→A转换。由于两突变碱基的吻合似乎成为亚硝胺致鼠肾间质瘤的“突变热点”。Weghorst等[4]报道的对亚硝胺及亚硫化镍铁诱发的大鼠肾间质瘤动物模型的p53研究结果中，亚硝胺所致肾间质瘤中p53点突变率为1/10，突变位于第10外显子345号密码子，突变类型为C→T转换；亚硫化镍铁组未见p53突变。
贾光[5]报道了环境致癌物重铬酸钾(K2Cr2O7)对培养的人胚肺细胞p53及下游效应基因p21表达的影响。未引起明显细胞毒作用的低剂量的铬化合物即可导致细胞中p53和p21基因mRNA表达明显增强，高于本底9倍以上；较高剂量时，这两个基因的表达明显被抑。因此，铬至少从基因表达水平干扰了p53和p21基因的转录过程。
, http://www.100md.com
其它啮齿动物的肿瘤模型亦未发现以p53失活为主的致癌途径。由亚硝基二甲基胺、4-氨基苯并芘、二甲基苯甲基苯并蒽、乙胺荧光素诱导的小鼠原发性肝癌均未见p53保守区域内的突变事件。缺乏p53基因的转基因小鼠发育正常，但对淋巴及血液系统肿瘤易感性增高，说明p53对胚胎发育并非必需，但其缺乏可使自发性肿瘤的发生率增加。因此，就目前的化学致癌模型来说，除p53基因失活的机制之外尚存在其它的成瘤途径。即使p53基因结构正常，也还存在一些转录后机制，足以使野生型的p53蛋白不能发挥其正常功能[6]。
2.p53与辐射致癌：(1)非电离辐射：紫外线是皮肤癌发病的主要致癌因素，紫外线暴露可引起皮肤鳞癌、基底细胞癌和黑色素瘤。p53基因突变及部分突变谱在皮肤肿瘤中的重要作用已通过人和动物的皮肤肿瘤得到证实。Kanjilal[7]报道：在11例紫外线诱导的小鼠皮肤癌中，p53突变率为100%。另外在紫外线诱导的4种不同种系的小鼠的35例皮肤癌中，20%存在p53基因的碱基替换。在人类皮肤鳞癌和非黑色素基底细胞癌中，p53突变率分别为58%(14/24)和56%(15/27)，突变位点与动物实验结果一致。为此，可以认为p53突变是紫外线致癌的特征性改变之一。紫外线致癌的分子机制是产生DNA光产物环丁基嘧啶二聚体，即嘧啶碱基间的桥联，从而导致DNA结构发生改变(其性质与致癌物相同)，如未被及时修复即可致碱基串联性突变，其最常见的形式为CC→TT转换。由紫外线引起的这种突变谱现在尚未在其它诱变剂的作用中发现。串联突变的发生率为：鳞癌9%、基底细胞癌12%。突变大多集中在进化保守区域的5个密码子上，即：151～152、247～248、178～179、278及281～282。此外，紫外线还引起一些其它形式的突变，如：C∶T→G∶A、T∶T→A∶A、T∶C→A∶G。有资料显示：在p53的编码区域内，对于嘧啶二聚体的修复率是不同的，94%的C∶G→T∶A、CC∶GG→TT∶AA突变发生在那些受紫外线照射24小时以后尚留有10%的嘧啶二聚体的部分。可见，对嘧啶二聚体的慢修复率是导致突变部位特异的原因。由突变所致的氨基酸置换进而导致了p53蛋白的失活[8]。阳光暴露是恶性黑色素瘤主要的发病原因，其肿瘤细胞内可见p53蛋白积累，但p53基因突变却极为罕见。这可能与p53蛋白与其它基因和蛋白(如mdm2等)的相互作用及其下游调节机制有关。p16基因在恶性黑色素瘤中呈现较高的缺失突变率可能是该肿瘤的另一种致癌途径[9]。(2)电离辐射：氡在衰变的过程中释放出α射线。流行病学调查发现：铀矿工人肺癌同坑道内氡子体含量呈剂量—反应正相关关系，与吸烟呈协同作用。分子生物学的研究提示：接触高浓度氡子体的铀矿工人肺癌p53基因点突变率较高。科罗拉多高原铀矿工人肺癌p53基因的突变热点(16/30)位于249号密码子，AGG→ATG(Arg→met)，其中3例为非吸烟者。提示249号密码子的突变与吸烟无关。考虑到坑道中尚有其他致癌物，该特征突变谱尚有待进一步的实验证实[10]。
, 百拇医药
哺乳动物肿瘤模型研究发现：p53突变频率与肿瘤组织学类型有关，γ射线诱发小鼠胸腺淋巴瘤中，仅2/15的肿瘤在p53的高度保守区内发生突变；而由γ射线所致的小鼠骨肉瘤，18/31的肿瘤有p53基因结构改变或p53 RNA表达水平的升高[11]。因此，p53可能是辐射致小鼠骨肉瘤癌变过程中相关性较强的基因。
北京放射医学研究所用α粒子单次照射大鼠气管上皮细胞，建立了恶性转化细胞系[12]。该细胞系DNAp53-SSCP分析结果显示第8外显子有点突变；测序结果表明第265号密码子CGG→CCG颠换。为此认为p53基因突变是辐射致癌机制中的重要事件。
部分化学毒物和射线是具遗传毒性的致癌物，它们作用的靶部位常位于细胞核，作用靶分子多为细胞基因组DNA，引起抑癌基因的失活或癌基因的激活。研究这两类基因的变异情况，对于了解化学毒物和辐射危害的致癌机制具有重要意义。已经进行的p53基因的突变研究及其深入开展的p53相关上、下游基因的探索，为化学和射线致癌分子机制的研究奠定了理论和方法学的基础。然而据估计人类基因组中约有10万个基因，而90%以上的肿瘤至少都存在两个以上的基因突变，要在这浩瀚的基因中寻找那些与特定致癌物特异相关的靶基因，并研究这些基因间的相互关系、作用网络及基因产物功能，尚需大量艰苦的工作。
, http://www.100md.com
参 考 文 献
[1] Demarini DM.Mutation spectra of complex mixture.Mutat Res,1998,411:11-18.
[2] Harris CC.p53 tumor suppressor gene:at the crossroads of molecular.Environ Health Perspect,1996,104 (Suppl 3):435-439.
[3] Ohgaki H,Hard GC,Hirota N,et al.Selective mutation of codons 204 and 213 of the p53 gene in rat tumors induced by alkylating N-nitroso compounds.Cancer Res,1992,52:2995-2998.
, http://www.100md.com
[4] Weghorst CM,Dragnev KH,Buzard GS,et al.Low incidence of point mutations detected in the p53 tumor suppressor gene from chemically induced rat renal mesenchymal tumors.Cancer Res,1994,54:215-219.
[5] 贾光，刘世杰，吕有勇，等.重铬酸钾对HEL细胞p53及WAF1基因表达的影响.中国药理与毒理学杂志，1997，11(2)：5.
[6] Kress S,Konig J,Schweizer J,et al.p53 mutations are absent from carcinogen-induced mouse liver tumors but occur in cell lines established from these tumors.Mol Carcinog,1992,6:148-158.
, 百拇医药
[7] Kanjilal S,Pierceall WE,Cummings KK,et al.High frequency of p53 mutations in ultraviolet radiation-induced murine skin tumors:evidence for strand bias and tumor heterogeneity.Cancer Res,1993,53:2961-2964.
[8] Tornaletti S,Pfeifer GP.Slow repair of pyrimidine dimers at p53 mutation hotspots in skin cancer.Science,1994,263:1436-1438.
[9] Kamb A,Gruis NA,Weaver-Feldhaus F,et al.A cell cycle regulator potentially involved in genesis of many tumor types.Science,1994,264:436-440.
, 百拇医药
[10] Moolgarkar SH,Luebeck EG,Krewski D.Radon cigarette smoke and lung cancer:a re-analysis of the colorado plateau uranium miner's data.Epidemiology,1993,4:204-217.
[11] Brathwaite O,Bayona W,Newcomb EW.p53 mutations in C57BL/6J murine thymic lymphomas induced by gamma-radiation and N-methylnitrosourea.Cancer Res,1992,52:3791-3795.
[12] 赵永良，吴德昌，刘国廉，等.辐射转化大鼠气管上皮细胞p53基因突变分析.中华放射医学与防护杂志，1998，18(2)：36-38.
(收稿：1997-07-30 修回：1998-11-30), 百拇医药
单位：100850 北京，军事医学科学院毒物药物研究所，国家生物医学分析中心致癌致畸致突变物实验室
关键词：
中华劳动卫生职业病杂志990136 目前我国环境质量处于区域性改善、全国性质量下降的严重形势之下，环境相关疾病尤其是环境因素引起的恶性肿瘤受到广泛关注。环境致癌因素中80%以上为化学性致癌物。环境毒理在研究化学致癌及其相应的分子机制时，p53基因常作为研究的重要靶基因。本文拟就这方面的研究现状作一扼要综述。
一、p53基因在环境癌变机制研究中的作用
癌变是一个涉及正常细胞基因激活转变为癌基因以及肿瘤抑制基因失活的多步骤过程。p53基因是重要的抑癌基因，它尤其适合作为研究各种致癌因素，如化学致癌剂、物理致癌剂及病毒，从致癌作用初始到发展成为临床肿瘤的分子线索。p53基因在众多肿瘤中广泛突变是已知的事实，对人肿瘤组织进行的大量的分子病理学的研究结果为肿瘤病因学和p53基因功能的研究提供了较为丰富的信息。
, http://www.100md.com
从积累的p53基因突变谱分析结果看，肿瘤病因主要分内源性和外源性两类。某些来自环境的外源性致癌原有其特定的突变谱，如黄曲霉素B引起p53基因249号密码子第三位碱基的G→T颠换，形成p53基因特征性的突变标记。由复杂的化学混合物在沙门氏回变试验中所产生的突变谱主要是其中的一种、一类或少数几种物质诱变的结果。这类物质引起的人肺癌、皮肤癌的p53基因突变谱与沙门氏试验的结果一致[1]。该结论可以用于分子流行病学通过p53基因突变谱的异同推测潜在致癌原。
对一些常见肿瘤如肺、乳腺、食道以及结肠肿瘤，p53基因突变可发生于癌前病灶。收集这些部位的脱落细胞、组织样品或分泌物进行基因生物学的分析，可发现高危人群。对已发病例，p53基因突变往往提示预后不良。从p53基因的研究轨迹可以看出，其研究的成功之处在于基础研究、临床运用和流行病学调查三举并行，促成了实验研究结果向临床实践的快速转化[2]。
二、p53基因与化学及辐射致癌
, 百拇医药
1.p53与化学致癌：突变研究提示，某些诱变剂对DNA损伤的结果是产生较窄的相对特异的突变谱，即特定致癌剂可能存在其规律性的突变谱。为此，化学致癌动物模型及基因水平的研究相继展开。
Ohgaki[3]报道用亚硝基甲胺诱导的Wistar大鼠肾间质瘤基因组DNA的p53基因点突变率高达75%(6/8)，突变集中在p53进化高保守区的第6外显子的204及213号密码子，其中两例的突变谱均为G→A转换。由于两突变碱基的吻合似乎成为亚硝胺致鼠肾间质瘤的“突变热点”。Weghorst等[4]报道的对亚硝胺及亚硫化镍铁诱发的大鼠肾间质瘤动物模型的p53研究结果中，亚硝胺所致肾间质瘤中p53点突变率为1/10，突变位于第10外显子345号密码子，突变类型为C→T转换；亚硫化镍铁组未见p53突变。
贾光[5]报道了环境致癌物重铬酸钾(K2Cr2O7)对培养的人胚肺细胞p53及下游效应基因p21表达的影响。未引起明显细胞毒作用的低剂量的铬化合物即可导致细胞中p53和p21基因mRNA表达明显增强，高于本底9倍以上；较高剂量时，这两个基因的表达明显被抑。因此，铬至少从基因表达水平干扰了p53和p21基因的转录过程。
, http://www.100md.com
其它啮齿动物的肿瘤模型亦未发现以p53失活为主的致癌途径。由亚硝基二甲基胺、4-氨基苯并芘、二甲基苯甲基苯并蒽、乙胺荧光素诱导的小鼠原发性肝癌均未见p53保守区域内的突变事件。缺乏p53基因的转基因小鼠发育正常，但对淋巴及血液系统肿瘤易感性增高，说明p53对胚胎发育并非必需，但其缺乏可使自发性肿瘤的发生率增加。因此，就目前的化学致癌模型来说，除p53基因失活的机制之外尚存在其它的成瘤途径。即使p53基因结构正常，也还存在一些转录后机制，足以使野生型的p53蛋白不能发挥其正常功能[6]。
2.p53与辐射致癌：(1)非电离辐射：紫外线是皮肤癌发病的主要致癌因素，紫外线暴露可引起皮肤鳞癌、基底细胞癌和黑色素瘤。p53基因突变及部分突变谱在皮肤肿瘤中的重要作用已通过人和动物的皮肤肿瘤得到证实。Kanjilal[7]报道：在11例紫外线诱导的小鼠皮肤癌中，p53突变率为100%。另外在紫外线诱导的4种不同种系的小鼠的35例皮肤癌中，20%存在p53基因的碱基替换。在人类皮肤鳞癌和非黑色素基底细胞癌中，p53突变率分别为58%(14/24)和56%(15/27)，突变位点与动物实验结果一致。为此，可以认为p53突变是紫外线致癌的特征性改变之一。紫外线致癌的分子机制是产生DNA光产物环丁基嘧啶二聚体，即嘧啶碱基间的桥联，从而导致DNA结构发生改变(其性质与致癌物相同)，如未被及时修复即可致碱基串联性突变，其最常见的形式为CC→TT转换。由紫外线引起的这种突变谱现在尚未在其它诱变剂的作用中发现。串联突变的发生率为：鳞癌9%、基底细胞癌12%。突变大多集中在进化保守区域的5个密码子上，即：151～152、247～248、178～179、278及281～282。此外，紫外线还引起一些其它形式的突变，如：C∶T→G∶A、T∶T→A∶A、T∶C→A∶G。有资料显示：在p53的编码区域内，对于嘧啶二聚体的修复率是不同的，94%的C∶G→T∶A、CC∶GG→TT∶AA突变发生在那些受紫外线照射24小时以后尚留有10%的嘧啶二聚体的部分。可见，对嘧啶二聚体的慢修复率是导致突变部位特异的原因。由突变所致的氨基酸置换进而导致了p53蛋白的失活[8]。阳光暴露是恶性黑色素瘤主要的发病原因，其肿瘤细胞内可见p53蛋白积累，但p53基因突变却极为罕见。这可能与p53蛋白与其它基因和蛋白(如mdm2等)的相互作用及其下游调节机制有关。p16基因在恶性黑色素瘤中呈现较高的缺失突变率可能是该肿瘤的另一种致癌途径[9]。(2)电离辐射：氡在衰变的过程中释放出α射线。流行病学调查发现：铀矿工人肺癌同坑道内氡子体含量呈剂量—反应正相关关系，与吸烟呈协同作用。分子生物学的研究提示：接触高浓度氡子体的铀矿工人肺癌p53基因点突变率较高。科罗拉多高原铀矿工人肺癌p53基因的突变热点(16/30)位于249号密码子，AGG→ATG(Arg→met)，其中3例为非吸烟者。提示249号密码子的突变与吸烟无关。考虑到坑道中尚有其他致癌物，该特征突变谱尚有待进一步的实验证实[10]。
, 百拇医药
哺乳动物肿瘤模型研究发现：p53突变频率与肿瘤组织学类型有关，γ射线诱发小鼠胸腺淋巴瘤中，仅2/15的肿瘤在p53的高度保守区内发生突变；而由γ射线所致的小鼠骨肉瘤，18/31的肿瘤有p53基因结构改变或p53 RNA表达水平的升高[11]。因此，p53可能是辐射致小鼠骨肉瘤癌变过程中相关性较强的基因。
北京放射医学研究所用α粒子单次照射大鼠气管上皮细胞，建立了恶性转化细胞系[12]。该细胞系DNAp53-SSCP分析结果显示第8外显子有点突变；测序结果表明第265号密码子CGG→CCG颠换。为此认为p53基因突变是辐射致癌机制中的重要事件。
部分化学毒物和射线是具遗传毒性的致癌物，它们作用的靶部位常位于细胞核，作用靶分子多为细胞基因组DNA，引起抑癌基因的失活或癌基因的激活。研究这两类基因的变异情况，对于了解化学毒物和辐射危害的致癌机制具有重要意义。已经进行的p53基因的突变研究及其深入开展的p53相关上、下游基因的探索，为化学和射线致癌分子机制的研究奠定了理论和方法学的基础。然而据估计人类基因组中约有10万个基因，而90%以上的肿瘤至少都存在两个以上的基因突变，要在这浩瀚的基因中寻找那些与特定致癌物特异相关的靶基因，并研究这些基因间的相互关系、作用网络及基因产物功能，尚需大量艰苦的工作。
, http://www.100md.com
参 考 文 献
[1] Demarini DM.Mutation spectra of complex mixture.Mutat Res,1998,411:11-18.
[2] Harris CC.p53 tumor suppressor gene:at the crossroads of molecular.Environ Health Perspect,1996,104 (Suppl 3):435-439.
[3] Ohgaki H,Hard GC,Hirota N,et al.Selective mutation of codons 204 and 213 of the p53 gene in rat tumors induced by alkylating N-nitroso compounds.Cancer Res,1992,52:2995-2998.
, http://www.100md.com
[4] Weghorst CM,Dragnev KH,Buzard GS,et al.Low incidence of point mutations detected in the p53 tumor suppressor gene from chemically induced rat renal mesenchymal tumors.Cancer Res,1994,54:215-219.
[5] 贾光，刘世杰，吕有勇，等.重铬酸钾对HEL细胞p53及WAF1基因表达的影响.中国药理与毒理学杂志，1997，11(2)：5.
[6] Kress S,Konig J,Schweizer J,et al.p53 mutations are absent from carcinogen-induced mouse liver tumors but occur in cell lines established from these tumors.Mol Carcinog,1992,6:148-158.
, 百拇医药
[7] Kanjilal S,Pierceall WE,Cummings KK,et al.High frequency of p53 mutations in ultraviolet radiation-induced murine skin tumors:evidence for strand bias and tumor heterogeneity.Cancer Res,1993,53:2961-2964.
[8] Tornaletti S,Pfeifer GP.Slow repair of pyrimidine dimers at p53 mutation hotspots in skin cancer.Science,1994,263:1436-1438.
[9] Kamb A,Gruis NA,Weaver-Feldhaus F,et al.A cell cycle regulator potentially involved in genesis of many tumor types.Science,1994,264:436-440.
, 百拇医药
[10] Moolgarkar SH,Luebeck EG,Krewski D.Radon cigarette smoke and lung cancer:a re-analysis of the colorado plateau uranium miner's data.Epidemiology,1993,4:204-217.
[11] Brathwaite O,Bayona W,Newcomb EW.p53 mutations in C57BL/6J murine thymic lymphomas induced by gamma-radiation and N-methylnitrosourea.Cancer Res,1992,52:3791-3795.
[12] 赵永良，吴德昌，刘国廉，等.辐射转化大鼠气管上皮细胞p53基因突变分析.中华放射医学与防护杂志，1998，18(2)：36-38.
(收稿：1997-07-30 修回：1998-11-30), 百拇医药