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PTEN与乳腺癌的研究进展


□ 徐虓(综述) 马斌林(审校)

摘 要:

乳腺癌是威胁女性健康的重大疾病.乳腺癌的分子发病机制和生物治疗一直以来都是学者们研究的重点.PTEN(gene of phosphate and tension homology deleted on chromosome ten,PTEN)基因即与张力蛋白同源10号染色体缺失的磷酸酶基因,于1997年由3个实验室几乎同时分离鉴定。目前该基因已被确定为一个抑癌基因。

作者单位:新疆医科大学附属肿瘤医院乳腺头颈外科, 新疆乌鲁木齐830011

【关键词】  乳腺癌 健康

  乳腺癌是威胁女性健康的重大疾病,乳腺癌的分子发病机制和生物治疗一直以来都是学者们研究的重点,pten(gene of phosphate and tension homology deleted on chromosome ten,pten)基因即与张力蛋白同源10号染色体缺失的磷酸酶基因,于1997年由3个实验室几乎同时分离鉴定,目前该基因已被确定为一个抑癌基因。该基因编码的蛋白pten能特异性地使磷脂酰肌醇3,4,5三磷酸(pip3)去磷酸化,拮抗磷脂酰肌醇3激酶(pi3k)/akt信号传导通路,具有调节细胞生长、增殖、迁移、分化等多种效应 [1]。该基因与乳腺癌的发生、发展和生物治疗均有密切关系,成为近年研究的热点,本文就pten与乳腺癌的研究进展作以下综述。

  1pten在乳腺癌中的研究

  乳腺癌的发生、发展是多种癌基因异常激活和/或抑癌基因失活的累积效应结果,petn是迄今为止发现的唯一一个具有双重特异性磷酸酶活性的抑癌基因,对pip3/akt、丝裂原活化蛋白激酶(mpka)、粘着斑激酶(fak)等转导通路中的关键性信号分子有去磷酸化调节的作用。pten的缺失或突变与多种肿瘤特别是乳腺癌的发生演进关系密切。

  1.1pten与乳腺癌的侵袭演进及预后的关系garcia等[2]分析了105例乳腺癌患者10q23区杂合性缺失(loh)与肿瘤生物学行为间的关系,发现该区存在loh的患者与无loh者相比,乳腺癌发病年龄较早,肿瘤组织学分级高且同时伴有多级淋巴结转移。bose等[3]对62例原发性乳腺癌分析结果显示20例导管原位癌无一例检出10q23区loh,而42例侵袭癌中的检出率为40%,提示10q23区中的pten的杂合性丢失与乳腺癌的高恶性程度密切相关。bose等[4]进一步研究了pten蛋白在乳腺癌中的表达情况,发现侵袭性乳腺癌pten蛋白的低表达率高于原位癌,且pten蛋白的低表达率以ⅱ期和ⅲ期肿瘤为最高。depowski等[5]发现低pten蛋白表达常伴随着乳腺癌患者的高淋巴结转移率和高死亡率,表明无论是pten基因的缺失或蛋白水平的下调,都可作为乳腺癌高度恶性或不良预后的有力指征。

  2pten应用于乳腺癌基因治疗的现状

  李祥勇等[6]利用脂质体介导法将携带有野生型和突变型ptencdna的真核表达载体pbpwtpten和pbpg129rpten导入人乳腺癌zr751细胞(质粒转染成功后分为cwtpten组、cg129rpten组和未转染质粒组即对照组)后,以逆转录聚合酶链反应(rtpcr)、western blot分析目的基因的表达,并采用mtt试验和流式细胞术检测细胞增殖和细胞周期,表明野生型pten可依赖其磷酸酶活性抑制肿瘤细胞的增殖,并最终诱导细胞凋亡。在采用野生型pten基因转染的同时,以突变型pten基因作对照,后者的突变位于磷酸酶活性中心并使其失去磷酸酶活性,结果显示,野生型pten基因转染具有抑制肿瘤细胞生长、促进细胞凋亡及引起细胞周期发生阻滞的作用。而突变型pten基因转染则没有这样的作用,说明pten基因磷酸酶活性的缺陷可能是引起功能差异的主要原因,故认为pten的抑癌作用与磷酸酶活性有关。以上结果显示,pten基因可能通过pi3k/akt途径使zr751乳腺癌细胞发生细胞周期的改变、抑制其体外增殖。另外,陈庆永等[7]采用构建pten基因的真核表达质粒pcdna3.12pten,应用重组质粒pcdna3.12pten和pcdna3.1(-)空载体质粒,以脂质体转染法转染体外培养的人乳腺癌细胞株mda468,以未转染组为对照,应用rtpcr、免疫组化和免疫印迹方法分析目的基因及其蛋白表达,mtt试验分析细胞生长抑制作用,annexinv2fitc和pi双染流式细胞术检测细胞凋亡,得出外源性pten基因稳定转染可抑制人乳腺癌细胞的恶性表型的结论。在此项研究中, 陈庆永等[7]首先采用了稳定性好、操作简便的脂质体介导的基因转染,经rtpcr鉴定表明,质粒dna已稳定地整合进细胞中;再用免疫组化和western blot检测其表达产物,结果均有pten蛋白阳性表达。mtt试验和流式细胞仪检测结果也表明,pten基因可抑制乳腺癌mda468细胞生长pten基因的转染,促进乳腺癌细胞发生凋亡。另外,陈庆永等[8]在研究中还发现,pten在乳腺癌mda468细胞内表达可导致akt活性下调,pakt及pfak表达水平下降,这表明pten可能通过pi3k/akt途径抑制细胞增殖及细胞粘附。同时流式细胞仪检测结果表明,pten可以诱使乳腺癌mda468细胞凋亡。总之,pten基因可能通过pi3k/akt途径使乳腺癌细胞凋亡,抑制其体外增殖。这对乳腺癌的基因治疗提供了新的思路。

  3乳腺组织pten表达的调节因子

  3.1胰岛素样生长因子ⅱ(igfⅱ)igfⅱ在乳腺组织中通过pi3k途径调节pten表达,给小鼠乳腺组织注射igfⅱ,可明显上调pten蛋白表达。转基因igfⅱ表达也可上调pten蛋白表达,致使akt磷酸化水平降低,阻碍上皮细胞增殖和乳腺形态发生。igfⅱ上调pten启动子的活性和蛋白表达水平,此项研究提示在pi3k信号转导途径存在一个负反馈环,即igfⅱ可促进pten表达以控制此途径的生理效应[9]。

  3.2scr家族蛋白酪氨酸激酶scr家族蛋白酪氨酸激酶在细胞内信号转导中发挥重要作用,与多种肿瘤(包括乳腺癌)的发生有关。最近发现scr激酶通过改变pten的功能来调节pi3k信号转导通路[10]。在pten失表达的乳腺癌细胞中过量表达活化的scr蛋白酪氨酸激酶不影响pi3k的磷酸化,但如果乳腺癌细胞中有功能性pten存在,scr则使pten活性丧失,导致akt的磷酸化。活化的scr降低pten在微胶粒中使磷脂酰肌醇脱磷酸的能力,促使akt转移至胞膜,但并不改变pten对水溶磷脂酰肌醇的作用。因此,scr可能改变pten c2区结合细胞膜的能力而不直接影响pten的酶活性。此外,共表达pten和scr可降低pten的稳定性。以上表明活化的scr影响pten对pi3k/akt信号转导途径的抑制作用。

  3.3bmp2胚系细胞pten基因的突变可导致cowden病(cd),在cd患者中发现有些家庭伴随bmpr1a基因(编码骨形态发生蛋白的ⅰ型受体)的胚系突变,提示bmp的作用与pten有关。waite等[11]研究了bmp2对乳腺癌细胞mcf7pten蛋白表达水平的影响,发现bmp2可使pten蛋白表达水平升高并且升高程度与作用时间和剂量成正比。pten蛋白表达水平升高迅速,并非由蛋白合成导致,因为同时给予环己酰亚胺处理不能阻断bmp2诱导的pten蛋白表达上调,提示bmp2可能阻滞了pten蛋白的降解。进一步研究发现bmp2降低了mcf7细胞中pten蛋白与两种降解相关蛋白ubch1[12]和ubch2[13]的相互作用。

  3.4黑素瘤分化相关基因7(mda7)mda7是细胞因子中的一个新发现的肿瘤抑制因子,腺病毒的mda7(admda7)可选择性诱导肿瘤细胞凋亡。mhashilkar等[14]发现它可上调肿瘤抑制基因pten的表达,并下调pi3k信号转导途径中某些原癌基因的表达。

  4乳腺癌中pten基因的改变

  simpson等[15]综合分析了不同pten失活的机制,认为pten功能失活可通过缺失或突变机制,机制的不同取决于肿瘤类型及其遗传或散发。cd存在pten可遗传的结构改变,导致乳腺癌高发,而散发的乳腺癌形成的主要原因是pten缺失导致的杂合子状态。pten缺失只发生在一小部分原发性散发性乳腺癌,但发生在有cd的80%的患者,此种患者的pten基因loh发生率为48%左右[5],而体细胞突变仅有6%左右。通过对乳腺癌pten基因突变研究发现,突变多发生于外显子5和7处[16]。shi等[17]运用免疫组化法检测了78例乳腺癌患者乳癌组织中pten蛋白的表达,发现28例(36%)患者pten蛋白表达缺失或减弱。hlobikova等[18]运用聚合酶链反应变性梯度凝胶电泳(pcrdgge)技术检测了13株乳腺癌细胞株的基因改变,发现4株异常。reifenberger等[19]认为在乳腺癌中pten基因改变还包括10q23染色体区域杂合性丢失。perren等[20]分析33例散发性乳腺癌pten蛋白的表达,发现导管上皮不管是否伴有不典型增生都比正常乳腺上皮细胞表达更高的pten蛋白水平,在免疫组化染色阴性的肿瘤细胞中都有pten杂合性丢失,在着色减弱的6例患者中,有5例有杂合性丢失。zhou等[21]用实时多重pcr检测了95例pten突变阴性的cd患者,其中9例有启动子杂合胚系突变,因此,对cd患者如未检测到pten基因突变,应给以临床缺失分析和启动子突变分析。harada等[22]采用单链构象多态性分析发现1例cd日本妇女pten基因中的外显子7明显异常,进一步的序列分析发现在221位密码子中插入了taaa序列,而产生一个终止密码子(c.663ins.taaa)。figer等[23]发现89例乳腺癌易患人群中外显子4处有2例错义突变,1例突变在82位密码子上a→c,使其编码蛋白由asp变为thr;另1例突变在78位密码子上g→a,使其编码蛋白由thr变为ala。garcia等[2]对染色体10q23微卫星的缺失进行研究,发现在乳腺肿瘤标本中loh发生率为29.5%,且loh的发生具有较强的个体差异,而在乳腺癌细胞株中loh发生率为64%(14/22),其发生率超过了原发肿瘤,这可能与被检测肿瘤组织的相对纯度相关,另一方面,也可能来自于组织学类型与临床分期的不同。

  5pten对乳腺癌细胞的抑制作用

  weng等[12]研究显示,pten可抑制体外乳腺癌细胞生长,主要通过mapk依赖性胰岛素反应途径,通过对乳腺癌模型的研究发现pten在胰岛素介导的信号转导途径中发挥独特作用。在mcf7上皮性乳腺癌模型中,野生型pten异位表达导致akt磷酸化水平广泛抑制,并且选择性抑制mek/erk的磷酸化水平,而后者受胰岛素和胰岛素生长因子1(insulinlike growth factor1,igf1)调控。这一过程同时影响胰岛素受体底物1(insulin receptor substratel1,irs1)的磷酸化和irs1与grb2/sos的结合,但并不影响胰岛素受体和shc/grb2复合体的形成,pten对胰岛素介导的细胞生长的影响会受到mek抑制子pd980095的破坏。这说明pten通过阻滞mapk激酶信号转导途径来抑制胰岛素介导的乳腺癌细胞生长。li等[24]在体外和动物实验中发现,pten缺失可促进乳腺细胞的癌变。关于pten基因与乳腺癌相关性的研究,国外研究尚不多,lu等[25]运用重组腺病毒包含野生型pten(adpten)转染pten缺失的乳腺癌细胞株bt549和mda468细胞,能抑制乳腺癌细胞生长,并使细胞凋亡。pten高表达增加了p27kip1细胞周期素依赖性蛋白激酶(cdk)抑制剂的表达,导致了细胞增殖率降低。pten蛋白作为唯一一种能使脂类去磷酸化的抑癌基因产物,其作用的底物是细胞内第二信使3,4二磷酸磷脂酰肌醇和3,4,5三磷酸磷脂酰肌醇。在正常的细胞中pten蛋白通过pi3k/pten/pkb/akt信号转导途径发挥抑癌作用,pten蛋白可拮抗pi3k的作用,使其作用底物去磷酸化,降低细胞内第二信使3,4二磷酸磷脂酰肌醇和3,4,5三磷酸磷脂酰肌醇的含量,对pi3k/pkb/akt信号转导途径起负调控作用[10],调节细胞的物质代谢、细胞增殖、分化和凋亡,构成pi3k/pten/pkb/akt而发挥抑癌作用[26]。petrocelli等[27]研究表明pten在乳腺癌细胞中的抑制作用非常明显,而这种抑制作用主要表现在pten蛋白的磷酸酶活性上;此外,正常乳腺腺泡上皮细胞和导管上皮细胞的胞质中有较强的pten蛋白表达,提示正常乳腺腺泡上皮细胞和导管上皮细胞中可能存在着pi3k/pten/pkb/akt信号转导途径,凭借这种途径调控乳腺腺泡上皮细胞和导管上皮细胞的物质代谢、细胞增殖和分化。当pten蛋白表达减弱或缺失,细胞内pi3k/pten/pkb/akt信号转导途径功能异常,细胞内p13k/akt异常激活,细胞物质代谢、细胞增殖、分化失去正常调控,易于恶变。目前认为导致乳腺癌组织pten蛋白表达缺失或减弱的原因有两种可能:一是抑癌基因pten缺失和突变[21];二是存在其他的原因,如pten基因启动子区的过度甲基化,pten蛋白合成减少、分解增加[28]。此外,虽然pten抑制乳腺癌细胞生长是通过影响pi3k信号级联反应实现的,但也受到细胞刺激环境、暴露的生长因素和其他外来刺激如粘合素分子等的影响。因此在不同培养条件下,转染pten基因的突变腺癌细胞周期进展、凋亡及失巢凋亡效果也不同。

  6pten与乳腺癌患者的预后

  depowski等[5]运用免疫组化法检测了151例乳腺癌患者乳癌组织pten蛋白的表达,与临床病理参数(肿瘤分级、分期、淋巴结转移、er)进行比较,并平均随访56个月,发现73例患者48% pten蛋白失表达,且pten蛋白表达与疾病相关死亡、淋巴结转移、er失表达相关。shi等[17]发现36% 乳腺癌患者有pten蛋白表达缺失或减弱,lin等[29]的研究结果证明了pten的低表达与乳腺癌患者的不良预后相关,bose等[4]调查发现pten蛋白表达随乳腺癌病情进展而降低。大多数学者认为pten蛋白均定位于细胞质中,而最近有学者对成胶质细胞瘤与正常组织进行免疫组化染色,在细胞核及核周边区域均发现有特异性蛋白表达。sano等[30]首先运用卡迈氏存活点检测发现蛋白表达高低与患者的病理分级及预后有关,预后越差,恶性程度越高,pten蛋白表达水平越低。yuan[31]研究pten在乳腺组织中的表达突变,发现正常乳腺组织中pten呈高表达,有腋淋巴结转移的乳腺癌组织中pten表达率为37.8%,明显低于无腋淋巴结转移者。pten表达水平与患者肿瘤大小、组织学分级及临床分期有关,随组织学分级和临床分期的增高,pten表达呈下降趋势。bose等[4]运用免疫组化法检测乳腺癌pten蛋白表达,发现pten蛋白表达与疾病类型、er失表达、淋巴结转移密切相关,提示pten基因表达可能是乳腺癌一个独立的预后标记。

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