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编号:10280695
骨关节病关节软骨研究之二——变性软骨对癌基因的表达*
http://www.100md.com 《中国运动医学杂志》 1998年第4期
     作者:岳 珍 王嘉芙

    单位:岳 珍 王嘉芙 (湖南医科大学附属湘雅医院运动医学科(长沙410008))

    关键词:关节软骨;细胞凋亡;DNA损伤;c-myc;p53;bc1-2

    中国运动医学杂志980404 提要 在骨关节病的研究中业已发现变性的软骨细胞DNA损伤,出现典型的细胞凋亡的“梯形”表现,说明变性的关节软骨存在细胞凋亡,而细胞凋亡受某些癌基因的调控。为了论证此设想,我们选择已被证明与细胞凋亡有关的3种癌基因(bc1-2,p53,c-myc)进行检测,结果证明,在骨关节病的软骨细胞中发现c-myc和p53阳性表达,其特点为在凋亡的软骨细胞中呈散在性表达,bc1-2则为阴性表达,说明骨关节病软骨细胞癌基因表达有着自己的特性和调控细胞凋亡的共性。

    Oncogenes Expression of Chondrocytes in Osteoarthrosis
, 百拇医药
    ——The Study of Cartilage in Osteoarthrosis Ⅱ

    Yue Zhen,Wang Jiafu

    Xiangya Hospital,Hunan Medical University,Changsha 410008

    Previous studies have suggested that damaged DNA showed ladder-like changes in programmed cells death(PCD) in osteoarthrosis(OA).We used immunohistochemical methods to detect c-myc,p53,and bc1-2 expression of chondrocytes in OA.Results showed that the expression of p53 and c_myc was positive and bc1-2 was negative.The expression property was dispersed in some of chondrocytes and differed from carcinoma.
, 百拇医药
    Key Words:cartilage,DNA damage,apoptosis,c-myc,p53,bc1-2

    从分子水平阐述疾病的发生机理,对疾病的认识和治疗均有重要意义。很多疾病的发生追究到分子水平,其差异是很小的。同一个基因在不同温度作用下,或在不同酶的作用下,以及体内微环境的改变,均可导致不同的疾病。为了阐述这种观点,选用已被确认为癌基因的c-myc,p53,bc1-2作为研究内容,观察3种癌基因在骨关节病变性软骨细胞中的表达。

    1 材料与方法

    1.1 切片制备

    取低温冷藏的人工关节置换的股骨头4个,肘关节剥脱性骨软骨炎所形成的游离体1个。在股骨头取负重区有软骨存在的部位,连同软骨下骨,大小为1cm3,10%福尔马林固定,脱钙,石蜡包埋,连续切片,厚度为5μ,脱蜡至水,0.3%过氧化氢阻断。
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    2 免疫组化染色

    本文所用试剂由迈新生物技术开发公司供给。c-myc(编号MAB-0176)染色,切片放入0.1%胰酶消化,37℃,20分钟,PBS冲洗,3×3分钟。

    p53(编号MAB—0142)和bc1-2(MAB—0014)染色,所用切片放入0.01M柠檬酸缓冲液,微波处理5分钟,PBS冲洗3×3分钟。

    上述两种方法处理后的切片加10%羊血清,37℃,20分钟。然后,分别用c-myc,p53,bc1-2染色后置于37℃,30分钟,4℃过夜,PBS液冲洗,加生物素标记的第二抗体,37℃,30分钟,PBS洗3×3分钟,链霉素抗生物素蛋白—过氧化物酶37℃,30分钟,PBS冲洗,DAB显色(镜下观察),水洗,苏木素复染,封片备观察。

    2 结果与分析

, 百拇医药     2.1 变性的关节软骨细胞存在着凋亡现象

    所有标本的切片HE染色,在残存的关节软骨细胞中,出现典型软骨细胞凋亡的形态学表现:软骨细胞数目减 少,细胞核聚缩、浓染、变形、碎裂,且容易脱落,呈空泡状。在1例剥脱性骨软骨游离体中,可以看到正常的软骨细胞和凋亡的软骨细胞同时存在。

    2.2 c-myc表达

    人类c-myc基因是位于第8染色体上,由3个外显子构成,含有439个氨基酸的蛋白质,存在细胞核内。在正常软骨细胞核中无c-myc表达,在凋亡的细胞核中有阳性表达,其特点呈散在状,与肿瘤细胞c-myc表达呈弥漫性表达完全不同,说明骨关节病变性软骨细胞的癌基因表达与真正癌细胞基因表达有明显差异,在变性软骨为纤维细胞替代后,c-myc表达仍呈散在性。

    2.3 p53表达

, 百拇医药     p53是位于细胞核内的53KD磷酸化蛋白,分为野生型和突变型,在正常的关节软骨细胞中未见阳性表达,在变性的关节软骨细胞中可见阳性表达,呈散在状,在变形和碎裂的核中p53表达清晰。

    2.4 bc1-2表达

    bc1-2基因蛋白定位于细胞膜、线粒体膜、核膜和内质网膜,有3个外显子。本组资料中,无论在正常软骨细胞还是在变性软骨细胞均未见阳性表达,其真正原因不明。

    2.5 关节软骨基因表达结果

    表1 不同癌基因表达结果

    Tab.1 Results of oncogenes expression of chondrocytes 编号

    No.
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    凋亡细胞

    Apoptosis cells

    c=myc

    p53

    bc1-2

    1

    +

    ++

    +

    -

    2

    +

    +
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    ++

    -

    3

    +

    +

    +

    -

    4

    +

    ++

    ++

    -

    5

    -
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    +

    -

    -

    标本中能看到软骨组织,均可见到凋亡细胞的存在。例5因软骨组织破坏严重,软骨细胞已被纤维细胞替代,看不到凋亡的软骨细胞,也看不到p53和bc1-2的阳性表达,只有在纤维软骨的细胞中看到c-myc阳性表达。

    3 讨论

    业已证明,骨关节病变性软骨存在着DNA损伤,出现典型的细胞凋亡的“梯状”改变[1]。为了论证变性的软骨细胞癌基因的表达,我们选择与细胞凋亡有关的三种癌基因bc1-2,p53,c-myc进行检测。结果显示,在骨关节病的变性软骨细胞出现c-myc和p53阳性表达,而bc1-2呈阴性表达,说明骨关节病的癌基因表达存在着自己的特性和与细胞凋亡相关的共性。
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    myc基因家族包括c-myc、N-myc、L-myc、S-myc、B-myc,它们在肿瘤的发生、细胞生长和分化中起重要作用[2]。c-myc是在细胞浆内合成的,与有关的蛋白质寡聚化后,再转移到核内,并结合在特异的DNA序列上。C-myc为核内磷蛋白,能以二倍体的形式存在,与DNA特异结合,此种结合对DNA序列的甲基化敏感,可能参与基因表达反式调控而促进DNA复制,DNA甲基化异常可能促进染色体的不稳而产生断裂和易位。引起DNA损伤和细胞凋亡。最近研究指出,c-myc蛋白是一种转录因子,c-myc基因表达失调导致细胞凋亡与缺乏必要的生长因子有关。c-myc表达和生长因子的存在能决定细胞两种极端状态,即生长因子缺乏,c-myc不表达,则细胞生长抑制;生长因子存在,c-myc表达,则细胞增殖;生长因子缺乏,c-myc表达则出现细胞凋亡。本实验结果证明,在变性的关节软骨中,c-myc阳性表达,同时出现软骨细胞凋亡,推测在变性的关节软骨中缺乏生长因子。c-myc引起细胞凋亡的机理有两种解释,一种为“斗争”型,由于正常细胞周期不平衡,在细胞生长受到抑制的情况下,c-myc不成比例的表达,即c-myc强的增生信号和生长抑制因子的阴性信号,引起生长信号的“斗争”,导致对此敏感的细胞凋亡。另一种解释为“双重”型,认为c-myc在细胞周期中同时存在细胞凋亡,或者在正常的细胞周期过程中,同时存在细胞凋亡过程[3]
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    p53在癌症的发生和细胞凋亡中起着重要作用的基因,直接或间接地参与细胞生长和细胞凋亡的调控机制[4、5]。野生型p53能抑制细胞转化,导致敏感细胞凋亡,突变型p53能促进细胞转化,抑制细胞凋亡。Clarke[6]等实验证明,p53在辐射所致的细胞凋亡只有在DNA损伤的前提下才能表达出来,DNA单键断裂可导致p53蛋白堆积,使细胞增殖停止G1期,DNA修复酶不能修复DNA损伤,可导致细胞凋亡。本实验证明,变性的关节软骨细胞中,p53呈阳性表达,揭示p53表达能影响细胞染色体的稳定性,诱发染色体的结构和数目的改变,抑制细胞周期,阻止细胞生长,促进细胞凋亡。其特殊点不是所有的凋亡的软骨细胞均呈阳性表达,而是在凋亡的软骨细胞中,只有散在的部分的软骨细胞呈阳性表达,此点与肿瘤细胞p53表达呈弥漫状完全不同[7]。关于p53诱发细胞周期停止的机理有两种看法,一种认为p53阴性调控细胞周期,引起中心细胞周期机制的活性降低。此外,p53能阻止细胞周期的进行,通过直接或间接的方式抑制DNA的复制处理[8]
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    bc1-2存在于细胞膜,线粒体膜,核膜和内质网膜中,是一种生存因子,能抑制细胞凋亡,故又称抗凋亡基因。具有琥珀酸脱氢酶活性,直接参与细胞增殖,促进非增殖细胞存活,延长细胞寿命,阻断活性氧自由基的形成,抑制氧自由基对脂质的氧化作用,从而抑制细胞凋亡。实验观察发现,在培养的B细胞中除去白细胞介素-2或白细胞介素-6,则bc1-2丧失抑制细胞凋亡的功能[9、10]。本实验未能看到bc1-2阳性表达,可能在变性的软骨细胞中,线粒体和内质网的严重损害,丧失了bc1-2赖以存在的空间。

    不同基因在不同组织的表达和相互作用是极其复杂的,变性的关节软骨细胞的凋亡和癌基因表达也存在着复杂的制约关系,但是,从分子水平阐述不同疾病的发生机理将会看到,它们之间的差异是非常相近的,一个基因或一组基因因体内微环境改变的差异,可导致性质相近的疾病。从本组实验结果来看,不同基因之间存在协同作用和拮抗关系,例如,DNA损伤或c-myc失调,能引起p53蛋白堆积,抑制细胞周期,促进生长停止;p53过度表达,刺激Bax基因表达,可引起Bax和bc1-2比例失调,促进细胞凋亡;bc1-2和EIB过度表达,也能阻止p53所致的细胞凋亡;突变型p53能抑制因c-myc表达下降所引起的细胞凋亡敏感性的增加;活化的bc1-2和c-myc协同作用,能抑制细胞凋亡;尚有一些基因的关系正在研究中。综合有关报告,变性关系软骨细胞癌基因表达之间的关系可归纳如下图:
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    骨关节病是一种复杂的生理和病理过程,深入研究其发病机理有重要的临床价值。相信通过损伤DNA的分析,细胞凋亡基因的克隆化,以及骨关节病的基因治疗,一定会把骨关节病的研究,推向新的高峰。

    (本文制片及染色均由湖南医科大学病理教研室沈明实验师完成,特此致谢。)

    *国家自然科学基金资助

    参考文献

    1.岳珍,王嘉芙.骨关节病关节软骨研究之一.关节软骨细胞DNA损伤.中国运动医学杂志.1998,17(3):226~227

    2.Morgenbesser SD,Schreiber-Agus N,Bidder M,et al. Contrasting roles for c-myc and L-myc in the regulation of cellular growth and differentation in vivo. EMBO,1995,14:743-756
, 百拇医药
    3.Packham G, Cleveland JL. c-myc and Apoptosis.BBA,1995,1242:11-28.

    4.Agapova LS,Ilyinskaya GV,Turovets NA, et al. Chromosome changes caused by alterations of p53 expression.Mutation Research,1996,354:129-138

    5.Polyak K,Waldman T,He TC,et al. Genetic determinations of p53-induced apoptosis and growth arrest. Gene & Development,1996,10:1945-1952

    6.Clarke AR,Purdie CA,Harrison DT,et al.Thymocyte apoptosis induced by P53 dependent and independent pathways. Nature,1993,362:849-852
, 百拇医药
    7.Jensen V,Hoyer M,Sorensen FB,et al. MIB-1 expression and iododeoxyuridine labelling in soft tissue sarcoma.Histopathology,1996,28:437-444

    8.Gottieb TM,Oren M.P53 in growth control and neoplasia.BBA,1996,1287:77-102

    9.Zhu W,Cowie A,Wasfy GW,et al.bc1-2 mutants with restricted subcellular location reveal spatially distinct pathways for apoptosis in different cell types.EMBO 1996,15:4130-4141

    10.Allday MJ,Inman GJ,Crewford DH, et al.The role of bc1-2 and Bax in DNA damage induced apoptosis.EMBO 1995,14:4994-5005

    (1997.04.04收稿), http://www.100md.com