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1.细胞周期蛋白(cyclin)
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cyclin D1基因定位于染色体11q13,长度约120kb,基因跨距约15kb,含有5个外显子,编码295个氨基酸构成的蛋白质,分子量为34kb。Cyclin D1蛋白在细胞周期关键限速点G1-S转换中起重要正调控作用,与其CDK配体CDK4/CDK6结合并激活形成复合物,可引起RB蛋白的磷酸化,启动DNA合成,使细胞由G1期过渡到S期。而p16蛋白则能与cyclinD1竞争性结合 CDK4使之灭活,引起细胞增殖周期失调,细胞失控性生长形成肿瘤。研究发现,Cyclin D1与胃上皮细胞的增殖密切相关,其在胃癌中的表达比率明显高于正常胃黏膜和慢性浅表性胃炎。Cyclin E作为CDK2的调节亚基,控制CDK2对各种底物的作用,一旦过度表达可使G1期缩短,是G1期的限速因子。资料表明,胃癌中cyclin D1和Cyclin E过度表达,并与淋巴结转移和预后密切相关。
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2.p21WAF1/CIP1基因
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p21WAF1/CIP1基因定位于6p21.2,全长约2.1kb,编码21kD的蛋白。在CIP1/WAF1基因上游分别约2.4kb和8kb处,各有一p53蛋白特殊结合位点,p53蛋白在其近氨基端有一转录活性很强的序列,可以刺激其结合位点下游基因的表达。p21在正常人的细胞中是以4价复合物的形式存在,它连接了细胞周期蛋白、CDK和增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen, PCNA),这是其发挥生物学功能的结构基础。体外实验外源性p21WAF1/CIP1基因在胃癌细胞株SGC7901中有高水平表达,并抑制癌细胞的生长和集落形成,流式细胞仪检测显示G1期阻滞并发生凋亡。Noda等报告在133例浸润至黏膜下的早期胃癌中其蛋白表达率为65.4%,表达的缺失与淋巴结转移相关;另一资料显示进展期胃癌表达率56.3%,明显低于癌旁胃黏膜组织96.6%,表达率与淋巴结转移呈负相关。Okuyama和Aoyagi联合检测胃癌组织p53、p21蛋白表达,p53(-)p21(+)胃癌的凋亡指数及5年生存率均高于p53(+)p21(-)、p53(-)p21(-)、p53(+)p21(+)三种表达方式的胃癌。表明P21蛋白表达缺失促进早期胃癌的增殖,并加速胃癌的转移。
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3.p16、p27kipl基因
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p16和p27kipl基因分别定位于人类染色体9p21和12p13,其编码的蛋白均参与细胞周期的调节,是细胞G1期重要的负调控因子。p16基因除与CDK4有高度亲合性外,还能抑制与CDK4结构相似的CDK6,其编码蛋白能特异性抑制CDK4和CDK2的活性,参与正常细胞周期的调控。在胃癌中纯合性缺失和5′端启动子区域的CpG岛高度甲基化是p16基因失活的主要原因。实验证实,野生型p16基因导入p16基因功能缺失的胃癌细胞,能恢复其抑制细胞生长的功能。p27kipl蛋白是一种非特异性周期素依赖激酶抑制剂,它在肿瘤中的表达异常则是由于转录水平降低或蛋白降解活性增强引起的。有研究显示,两种蛋白的表达在胃黏膜癌变过程中逐步下降,如假定两者在正常胃黏膜中的表达为100%,在胃癌组织中则显著降低为43%和53%,这说明它们的表达缺失与胃癌的发生有关,是胃癌发生的早期事件。
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(四)端粒(telomere)及端粒酶(telomerase)
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端粒是染色体末端的DNA重复序列(1TrAGGG),是DNA与相关蛋白质的复合体。端粒的主要功能为维持染色体结构的完整性,防止DNA被核酸酶降解相互融合及结构基因在复制时的丢失,其长度在一定程度上决定细胞的分裂增殖能力及生存期限。端粒酶的主要作用是维持端粒的长度,可使缩短的端粒恢复,导致细胞无限制复制。除生殖细胞、造血干细胞及T、B淋巴细胞中端粒酶有不同程度的表达,正常的人体细胞中端粒本身处于失活状态,因此体细胞随细胞分裂次数的增加端粒逐渐缩短。绝大部分细胞由于端粒极度缩短不能维持其功能而死亡。
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永生性是恶性肿瘤细胞的一个重要的生物学特征,永生性的获得与端粒酶的激活有密切关系。近几年来研究发现,慢性浅表性胃炎、肠上皮化生、异型增生和胃癌中端粒酶阳性率逐步增高,85%以上胃癌可测到。Kakeji等发现高端粒酶活性的胃癌比低端粒酶活性者更具恶性潜能,包括浸润深度、淋巴结转移、肝转移和腹膜播散等。
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三种端粒酶相关分子已被克隆,即人端粒酶RNA组分(human telomerase RNA component, hTR)、人端粒酶相关蛋白(human telomerase-associted protein, hTEP1)和人端粒酶逆转录酶(human telomerase reverse transcriptase, hTERT)。hTERT为限速酶,对端粒酶的活性起重要的调控作用,hTERT编码核蛋白酶,可以自身RNA为模板,合成端粒DNA并加到染色体末端,延长细胞寿命。hTERT基因表达上调是端粒酶激活的主要途径,其mRNA的表达与胃癌细胞的恶性化倾向呈正相关。端粒重复结合因子1结合蛋白(PINX1),结合hTERT直接抑制它的活性。在大部分胃癌中可以检测到PINX1表达减少,导致端粒酶活性升高。端粒末端结合蛋白(POT1)表达的减少与端粒的缩短和端粒酶活性的下降有关。POT1在进展期胃癌中高表达,而在早期胃癌中表达水平相应较低。通过反义核酸抑制POT1的表达,能促使端粒缩短、端粒酶活性下降,而抑制POT1能诱导端粒失去功能,可见POT1表达水平的改变与胃癌的演进有关。此外,有研究显示,p53基因在端粒酶活化过程中起重要作用。
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王维等分别检测正常胃黏膜、肠上皮化生、异型增生、胃癌中hTERTmRNA和hTERT蛋白,hTERTmRNA阳性率分别为10%、39%、67%和85%,hTERT蛋白为0、30%、60%、78%。因此端粒酶及其相关分子的活化是胃癌发生的早期事件,对hTRT基因表达的检测可作为早期诊断胃癌前病变组织癌变潜能和趋势的客观指标。
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(五)细胞凋亡相关基因
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胃癌的发生不仅与癌基因的激活和抑癌基因的突变、缺失有关,还与细胞凋亡被抑制有关。
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1.凋亡调控基因Fas、Bcl-2、Bax基因
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这三个基因在胃癌前病变和胃癌早期已有异常表达。Fas基因在细胞凋亡过程中起独特的引号传导作用,Bcl-2基因是研究最早和最多的凋亡抑制基因,Bax基因的功能与Bcl-2相对,可促进细胞凋亡,两者在体内的表达呈部位互补形式。Bcl-2倾向于分布在生长细胞和增殖细胞,与胃癌的浸润转移有关,而Bax倾向于分布在终末分化细胞和退化细胞,在凋亡旺盛的细胞中表达更强。Bax蛋白表达程度高分化胃癌显著高于低分化胃癌。三种凋亡相关基因的联合检测可能对胃黏膜癌变的早期诊断具有指导意义。
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2.Caspases
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Caspases是细胞凋亡中一类关键的半胱氨酸蛋白酶,直接参与凋亡早期启动、凋亡信号的传递并在凋亡晚期作用于不同底物。Caspases的表达与肿瘤发生密切相关。胃癌组织内Caspases-3的表达较正常组织显著降低,且较周围IM黏膜降低。Park等新近发现胃癌中Caspase-8、Caspase-10基因的杂合子缺失和Caspase-10基因的突变,因此猜测Caspase表达异常可能与胃癌的发生和发展相关。
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3.Survivin
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Survivin是凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis protein, IAP)家族中最具有表达特异性的一种凋亡抑制蛋白。Survivin基因位于17q25,编码产生一含有142个氨基酸的蛋白,分子量为16.5kD。Survivin不仅能与p16竞争性结合CDK4,诱导cyclinE/CDK2的激活,驱动细胞周期进行,而且也是G2/M期的重要调节基因,以保证细胞复制的忠实性。Survivin作用于caspase-3和caspase-7,从而抑制外源性Fas/caspase-8和内源性Bax/cytochrome C引起的凋亡。另外还可通过p21抑制Caspase。研究发现,Survivin的表达与抑癌基因p53的突变之间存在一定的同步性,野生型p53基因对Survivin基因表达可能有负反馈调节,当机体细胞抑癌基因p53发生突变后,野生型p53基因抑制Survivin基因表达的功能因此丧失,可能促使了Survivin基因转录失控而大量表达。过度表达的Survivin有助于肿瘤细胞逃避细胞周期检测点,从而逃避凋亡实现异常增殖。多项研究表明,Survivin mRNA在胃癌组织中表达显著高于非癌组织,在伴淋巴结转移的胃癌中显著高于不伴淋巴结转移者,并认为在胃癌的早期就开始出现Survivin mRNA表达增加,检测其表达水平可作为判断肿瘤恶性程度的一个指标。Survivin表达水平与组织学类型、肿瘤病理分期有关,Survivin可能是胃癌预后差的预测因素。Survivin在胚胎发育期间和大多数肿瘤组织中出现高表达,而较少表达于成人的终末分化组织,但有报道其在增殖的正常成人组织也有一定数量的表达,表明Survivin可能不仅与凋亡抑制有关,与细胞增殖也有关,但其在正常组织表达的意义还有待于进一步研究。
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(六)基因的不稳定性及基因的多态性
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基因的不稳定性指微卫星不稳定性(microsatellite instability, MSI)和染色体不稳定。MSI是指由于DNA复制错误引起的简单重复序列的增加或丢失,又称复制错误阳性表现。基因组中这些小于10个核苷酸的简单重复序列,即微卫星可通过改变DNA结构或与特异性蛋白质结合而发挥其基因调控,是基因和变异的来源,呈稳定地遗传,并具有低遗传突变特征。现已证实,胃癌组织中有不同程度MSI存在,阳性率为17%~64%,国内资料总的MSI阳性率在33%~41.8%。现已测定了胃癌的几十种MSI位点。日本学者发现在肠型胃癌患者胃黏膜IM部位亦有27%发生MSI,且仅限于不完全性IM;韩国学者Leung等进一步比较胃癌和非胃癌患者的IM中MSI的阳性率,MSI-H分别为26.7%和9.3%,MSI-L分别为50%和38%;同时在75%MSI-H的胃癌患者IM黏膜有MSI存在,而MSS胃癌患者的IM黏膜未有MSI阳性,且MSI-H阳性均为肠型胃癌。国内新近报道肠型胃癌MSI阳性率为64.7%,明显高于弥漫型胃癌的22.2%和IM组织的30%。从上看出,在IM至胃癌的组织演变中有不稳定性的连续积累,很可能是胃癌发生和发展的多步骤、多基因异常过程中的早期事件。研究显示MSI不仅仅是胃癌发生的早期事件,而且与胃癌发生的数目有关。在单发与多发性胃癌中MSI有所区别,Takahashi等报道多发性胃癌MSI发生率为33.3%,单发性胃癌为7.7%;Miyoshi报道在单发性胃癌、同时发生的(synchronous)多发性胃癌和不同时发生的(metachronous)多发性胃癌中MSI-L阳性率分别为8%、27%和43%,且单发性胃癌中MSI-H仅3%。Wu等亦发现MSI阳性的较MSI阴性的胃癌更易并发多灶胃癌病变,MSI-H与MSI-L/MMS胃癌存在不同的遗传途径。综合多组资料,MSI与胃癌的大小、部位、分化程度、淋巴结转移、临床分期和浸润深度等临床病理特征之间的关系尚有争议,可能与病例数目、测定方法及测定的位点不同或位点数量有关,亦不排除种族遗传不稳定的差异。如Theuer等发现日本人胃癌的MSI阳性率(39%)高于美国人(20%)。目前认为,MSI的主要原因是由于DNA错配修复基因(mismatch repair gene, hMSH2, hMLH1, hPMS1, hPMS2)功能异常和某些抑癌基因的缺失所致。Baek和Jung等证实MSI-H胃癌中出现hMLH1表达缺失,并存在hMLH1促进子的高甲基化,而hMSH2仍有表达;相反,MSI-L及MSS胃癌中hMLH1和hMSH2基因均有表达。Lee等12.9%MSI阳性胃癌有hMSH2基因表达。此外亦发现有TGF-β受体、BAX、hMSH3和E2F4基因的移码突变。
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(七)性激素受体
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目前在多种激素依赖性和非依赖性肿瘤中均存在性激素受体,并在肿瘤的发生、发展中具有重要作用。胃癌性激素受体的研究起步较晚,有一些散在的报道。现已发现胃癌中许多激素受体出现过度表达的现象,如胆囊收缩素A受体、胆囊收缩素B受体、人绒毛膜促性腺激素、催乳素、血管活性肽、性激素等,表达率约50%左右。虽然女性的胃癌发病率低于男性,但女性胃癌多为低分化腺癌、印戒细胞癌或BorrmannⅣ型,且年青人中女性胃癌发病率高于男性,更以妊娠及生育后多见。因此女性激素对胃癌变过程及进展有刺激作用。国内应用免疫组织化学方法测定91例胃癌,雌激素受体(estrogen receptor, ER)的阳性率为38%,而正常胃黏膜和不典型增生均为阴性;原位杂交显示ERmRNA的阳性率男性为73.33%,女性为86.67%。Takano等报道胃癌中ERαmRNA和ERβmRNA表达阳性率分别为51%和73%。Ohkura将ER阳性的胃癌转移至裸鼠体内形成抑制瘤,发现移植瘤对外源性雌激素存在明显的依赖,部分ER阳性的胃癌根治切除术后对内分泌治疗反应良好,表明胃癌ER具有代谢活性。胃癌中性激素受体不仅有过度表达,而且与胃癌的分化、临床分期、转移等有关。Oshima报道胃癌细胞ER阳性率为62.5%,孕激素受体(progesterone receptor, PR)阳性率为75%,同时ER在年轻女性和低分化胃癌中的阳性率较高,随分化降低,ER的阳性率增高,高分化腺癌、低分化腺癌、未分化腺癌、黏液癌及印戒细胞癌的表达率分别为10%、43%、53%、63%和75%。临床Ⅲ、Ⅳ期胃癌ER表达率(38.5%)高于Ⅰ、Ⅱ期(23.7%),BorrmannⅢ、Ⅳ型(56%)明显高于BorrmannⅠ、Ⅱ型(22%),淋巴结转移者(55%)高于未淋巴结转移者(23%),ER阳性的胃癌术后10年生存率(15.7%)明显低于ER阴性者(62.7%);PR阳性者10年生存率(18.2%)低于PR阴性者(48.3%);且ER、PR同时表达的胃癌预后极差。提示性激素阳性胃癌患者可进行内分泌治疗,以提高疗效,改善预后。目前性激素受体在胃癌中的促癌机制的研究尚处于初级阶段。性激素通过其相应的受体介导的细胞信号传导途径,使胃癌细胞生长调控和代谢发生异常。胃癌细胞经雌二醇处理后癌细胞克隆形成率及增殖指数升高,亦能促ER阳性的胃癌细胞株AGS的凋亡。雌二醇能增加胃癌细胞c-myc基因的表达,而这种过度表达可受ER抑制剂的抑制。有证据认为,ER和c-erbB-2基因共同表达的胃癌淋巴结转移率明显增高;胃癌组织中ER表达与cyclinD1、PCNA存在正相关,而ER、PR的表达与p53蛋白表达呈负相关。体外实验表明,低浓度16酮-雌二醇能增加EGF促进AGS的生长,但高浓度时则受到抑制,提示性激素对胃癌细胞的调控可能与EGF有关。ER作为胃癌细胞合成的蛋白质与体内雌二醇结合,形成激素受体复合物,调节与细胞分裂、增殖、凋亡有关的基因表达,更进一步的机制尚待研究。
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(八)真核细胞起始因子4E(eukaryotic initiation factor 4E, eIF4E)
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真核细胞起始因子(eIF)是指参与真核细胞蛋白质生物合成起始阶段作用的蛋白因子。目前已发现包括eIF2A、eIF2B、eIF4A、eIF4B和eIF4E在内的多种真核细胞起始因子,其中以eIF4E与肿瘤的关系最为密切。人eIF4E基因定位于染色体4q21-q25。eIF4E的作用一般认为是通过增强某些生长因子或重要的细胞生长调节因子的翻译而发挥的。eIF4E的过度表达不仅能促进细胞的增殖反应,而且更能促进细胞的恶性转化。有资料显示,eIF4E能使一些肿瘤恶性相关基因的表达量发生变化,是肿瘤恶性表型产生的决定子,通过调节一些特异的恶性相关分子的翻译表达量,促使细胞跃过正常生长限制而发生癌变。胃癌中eIF4E的表达阳性率较正常胃组织有显著性差异,且eIF4E阳性表达率与肿瘤浸润深度、淋巴结转移以及TNM分期有关,提示eIF4E基因表达上调与胃癌的形成密切相关,并随着本病恶化程度的增加而持续增加,其表达水平对评价胃癌的恶性程度有一定价值。
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