大肠癌基因多态性的研究进展

　　作者：陈丽 作者单位：辽宁医学院附属第一医院消化内科,辽宁 锦州 121000

　　【关键词】 大肠癌

　　大肠癌是一种常见的消化道恶性肿瘤，在西方发达国家其发病率居恶性肿瘤的第2位[1]。在我国，由于饮食习惯和生活方式的改变，大肠癌的发病率日渐增高，已跃居第3～5位，并呈逐渐上升趋势。大肠癌早期症状不明显，且病情发展缓慢，发现时多为晚期。因此，早期诊断早期治疗是重要的防治研究方向。大肠癌是一个多因素，内外因交互作用并且多阶段发生发展的疾病。大约1/3大肠癌具有遗传背景，为一组遗传易感人群，因而难以从单一病因进行干预阻断。大肠癌的发病过程可从粘膜增生至腺瘤癌变及浸润的阶段性演进，可长达十余年，具有较明显的癌前及早期阶段病变，为早期诊断提供了可能。因此，从大肠癌的癌前及早期阶段对其基因进行研究，不仅可以从分子水平上了解细胞癌变的机制，而且可以通过对某些基因的检测来帮助亚临床诊断和早期诊断，尽早给予干预和治疗，以降低大肠癌的发病率，提高生存率。

　　参与大肠癌发生发展的基因包括原癌基因、抑癌基因、代谢酶基因、DNA损伤修复基因等，其中任一基因的改变都可能会引起癌症的发生。下面就大肠癌的基因多态性进行阐述。

　　1 原癌基因多态性

　　原癌基因(oncogene,onc)是细胞内控制细胞生长的基因，在异常表达时，这些基因不受体内各种调节因素的影响，可持续表达，或过高表达，其产物可使细胞持续增殖，原癌基因的突变缺失使原癌基因产物的功能改变。

　　1.1 Ras基因 它是一个基因家族，包括H-Ras,K-Ras,N-Ras等。在结直肠腺瘤中可以检测Ras基因家族中的一个发生点突变，其突变率与腺瘤的不典型增生程度直接相关，可作为腺瘤伴恶性潜在性的信号。绝大多数的Ras基因突变发生在Ki-Ras基因的第12和13密码子中，占所有突变密码子的88%，其他常见部位是第61密码子。Cathy Wang等[2]研究发现在II期大肠癌患者中，Ki-Ras基因突变型与预后没有明显意义。日本的Lidija Klampfer等[3]的研究表明，Ras基因突变增加了大肠癌细胞对5-Fu诱导的细胞凋亡的易感性。意大利的Daniele Calistri等[4]161-166的研究，在所检测的大肠癌患者中80%的K-Ras基因的突变发生在12号密码子，包括基因的转换和颠换，有7例患者基因突变发生在13号密码子并且全部由G→A，仅仅有2例患者的突变发生在61号密码子。可见K-Ras基因的多态性与大肠癌的发生有关。

　　1.2 c-myc基因 c-myc基因是一个具有多种功能的细胞癌基因，编码一个核磷酸化蛋白myc，定位于细胞核内。myc对促进细胞增殖及控制细胞分化、凋亡发挥着重要作用。但其表达增强时的具体作用取决于所接受的外来信号。当外界环境利于细胞生长时，表现为促进细胞增殖;当不利于细胞生长，则表现为诱导细胞凋亡。因此，c-myc具有调节增殖和凋亡的双重作用。D Arango等[5]研究证实在结肠癌细胞中c-myc水平的上调和激活使喜春碱诱导的细胞凋亡的敏感性明显增加，并且使p53积聚，说明喜春碱诱导的细胞凋亡至少部分依赖于p53的功能。Khaled R.Zalata等[6]研究发现，在印戒细胞癌和粘液腺癌中c-myc的表达比非粘液癌高。

　　2 抑癌基因多态性

　　抑癌基因(antioncogene)为负调节因子，是一大类可抑制细胞生长并具有潜在抑癌作用的基因，单个等位基因缺失或突变时，另一染色体上的相应基因仍能维持其原有功能的正常表型，只有在两个等位基因都缺失或突变时，才能导致该基因的功能紊乱，表型改变以至细胞增生失控进而癌变。

　　2.1 p53基因 人的p53基因位于17号染色体短臂上(17p13.1)长约16-20kb，由11个外显子组成，编码着393个氨基酸组成的核磷酸蛋白，因其分子量为53kD而得名，是目前研究最多的一个抑癌基因。当细胞在理化因素作用下DNA发生损伤时，p53基因使细胞分裂停止在G1/S期，阻止细胞进入S期，使细胞修复损伤，恢复正常，常被称为“基因的卫士”。突变的p53基因产物使细胞生长增殖失控，有DNA破坏的细胞继续分裂而发生肿瘤性转化。意大利的Daniele Calistri等[4]161-166研究发现，超过1/3的大肠癌患者p53基因突变发生在密码子175，245，248和273上，并且有58%的突变是由GC→AT。JAN-SING HSIEH等[7]的研究,在所观察的患者中,早期大肠癌患者 p53基因突变没有统计学意义,而血清中p53分子标记物与淋巴结转移和大肠癌的进展期阶段有明显的相关性。

　　2.2 APC基因 APC基因最早是在家族性腺瘤性息肉病(FAP)中发现并得到克隆的，它位于5号染色体长臂上(5q21)。FAP是常染色体显性综合征，目前已经明确其发病与APC基因的突变相关。APC基因被看作是大肠癌的“门卫基因”，已有报道在大肠癌中APC基因的突变率从40%～80%。意大利的De Filippo C等[8]的研究表明，大肠癌中APC基因突变是一种频繁的基因事件，这可能与检测的方法不同有关。Hadjisavvas A等[9]的研究发现，在其检测的4个有FAP家族史的20个人的33例DNA样本中，有3个缩短突变，4个错义突变和11个基因多态性，并且在缩短突变中，2307delA和Q1242X是新发现的。Shu-Chen Wei等[10]对6例FAP患者的外周血细胞的DNA样本进行了检测,结果发现FAP的突变率为50%,并且在密码子2166和1971处发现了新的突变。

　　3 代谢酶基因多态性

　　环境因素在大肠癌的发生发展中起重要作用，但并非所有暴露于高危因素的人都发生大肠癌。大肠癌是一个多因素，内外因交互作用的疾病。致癌物经体内有关代谢酶的活化或转化，才能使之转变为终致癌物或毒性降低而排出体外。大部分代谢酶基因均有遗传多态性，影响酶的活性。

　　3.1 谷胱甘肽转移酶(GSTs) 它是体内重要的II相解毒酶家系，参与多环芳烃，杂环胺等致癌物质的解毒过程，其主要作用是催化还原型GST与亲电子物共轭结合成亲水性物质，增加其水溶性，使之易于排出体外。陈坤等[11]研究发现GSTM1和GSTT1缺陷型基因型有可能增加大肠癌的危险性，其危险性主要表现在两者的联合作用上。而付全航等[12]GSTM1﹑GSTT1和GSTP1基因多态性与结直肠癌易感性分析结果表明，GSTM1﹑GSTT1和GSTP1 3种基因型在病例组和对照组分布无显著性差异，GSTM1﹑GSTT1基因缺失型和GSTP1 G/G基因型与结直肠癌的易感性无显著相关。可见，谷胱甘肽转移酶的多态性与大肠癌发病的关系还有待于进一步的研究。

　　3.2 细胞色素P450(CYP) CYP450为多基因家族,同一家族的酶具有相似的功能。CYP450把无活性的前致癌物代谢转变为亲电子化学物，亲电子化学物可以攻击细胞内的大分子如DNA或蛋白质而形成加合物，最终引起癌基因和抑癌基因的改变，从而导致癌的产生。目前研究较多的CYP450亚型有：CYP1A2、CYP2D6和CYP2E1等。龚建平等[13]的研究发现,CYP2E1 Rsa I 基因多态和饮酒习惯影响直肠癌的易感性,二者在直肠癌发生中有显著的协同作用。Christoph Sachse等[14]的研究发现，CYP1A2的多态性是不稳定的，需要对-164A→C和-2464T→delT的CYP1A2基因型进行常规分析，而CYP1A2的激活在大肠癌患者中要比对照组低，并且CYP1A2的基因型不影响其表型。但这些都还有待于进一步的研究。

　　3.3 亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR) 该基因定位于1号染色体短臂上(1p36.3)，是调节叶酸和蛋氨酸代谢的限速酶。叶酸和蛋氨酸为影响DNA甲基化与合成的重要因子，而MTHFR则与两者的代谢有关，由于基因组DNA中的某些基因的甲基化，特别是癌基因或抑癌基因的甲基化可直接影响癌的发生，所以MTHFR基因的多态性有可能通过影响DNA的甲基化水平或影响DNA合成，改变不同基因型个体的癌症易感性。大部分的研究结果表明，MTHFR的多态性是大肠癌的一个遗传保护因素。Tetsuya Otani等[15]的研究，MTHFR 677TT和1298CC和MTRR 66GG和结直肠癌易感性无明显的相关性,并且摄入维生素B2、B6、B12后也与结直肠癌无关联。

　　4 DNA损伤修复系统的多态性

　　细胞DNA常遭受致癌物质的损伤，但细胞内有一系列DNA损伤修复机制，如碱基切除修复，错配修复，重组修复等可以修复损伤的DNA使基因组保持稳定性。DNA修复能力缺陷或低下将增加基因突变和细胞癌变的风险。

　　4.1 DNA错配修复基因(MMR)的多态性

　　现已阐明，人类的DNA错配修复基因(MMR)编码的错配修复蛋白可相互作用形成一种多聚复合物，参与细胞错配修复反应。错配修复反应既可以修复DNA复制过程中出现的碱基错配，又可以消除由于含简单重复序列的同源序列之间的遗传重组出现的不配对碱基序列，这样可有效的防止DNA复制差错的产生。近年来已经先后发现了6个DNA错配修复基因与大肠癌的发病有关，即hMLH1,hMSH2,hMSH3,hMSH6,hPMS1和hPMS2。该系统中任一基因发生突变，都会导致细胞错配修复功能的缺陷和丧失，使细胞内各种自发性或非自发性突变积累增加，从而导致一系列靶基因如涉及细胞生长，分化，凋亡及癌转移等的相关基因的改变，促使癌症的发生和肿瘤的转移。其中hMLH1和hMSH2是目前广泛研究的DNA错配修复基因，它的失活可导致DNA错配修复能力的降低，引起微卫星不稳定性(MSI)，可使癌基因激活或抑癌基因失活，诱发细胞癌变。

　　微卫星DNA是广泛分布于原核和真核生物基因组中具有高度多态性的﹑简单的﹑短的串联状核苷酸重复序列，包括二核苷酸﹑三核苷酸﹑四核苷酸等长为1-6bp的核苷酸重复序列。其中真核生物基因组中以二核苷酸重复序列为主。微卫星不稳定性(MSI)是指DNA复制时，由于复制错误且不能被错配修复基因更正而引起的简单重复序列的改变。就肿瘤而言，指的是与正常组织相比，在肿瘤中某一微卫星由于重复单位的插入或缺失而造成的微卫星长度的任何改变，出现新的微卫星等位基因现象。已有研究证实微卫星不稳定性(MSI)存在于遗传性非息肉病性结直肠癌(HNPCC)和散发性结直肠癌(SCRC)患者当中。

　　Madhuri Hegde等[16]用DHPLC的检测方法对23例大肠癌患者的DNA样本进行hMLH1,hMSH2,hMSH6检测,结果表明有5例患者发现了新的突变，18例患者的突变是已经被报道过的，并且证实了该检测方法的敏感性要比其他的方法高。Shan-Run liu等[17]研究也发现在HNPCC患者中绝大多数的错配修复基因的突变发生在hMLH1和hMSH2上，而且hMLH1基因突变更具有普遍意义。

　　4.2 DNA碱基切除修复基因(BER)多态性

　　碱基切除修复是指切除和替换由内源性化学物作用产生的DNA碱基损伤，主要修复活性氧，烷化剂等各种小分子引起的DNA损伤以及脱氨，自发水解的原因引起的DNA单链断裂。碱基切除修复过程包括损伤探查，形成AP位点，修复复合体形成和修复后连接。而脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶(APEX)在这一过程中作为脱嘌呤/脱嘧啶位点(AP位点)的核酸内切酶发挥着极其重要的作用。

　　APEX基因定位于人体14号染色体长臂上(14q11.2-12),全长2.6kb，编码含318 个氨基酸的蛋白。APEX蛋白含有2个不同的结构域，其C-末端具有核酸内切酶的功能，N-末端具有氧化还原功能，正是这种结构特点决定了APEX基因是一种独特的多功能蛋白。作为碱基切除修复的关键限速酶，APEX基因能通过碱基切除修复途径保护肿瘤细胞免受各种内源性或外源性DNA损伤因素(如放射线和烷化类化疗药物等)引起的DNA损伤;作为一种氧化还原因子，APEX基因能维持和激活几种与肿瘤细胞增殖有关的转录因子，如HIF-1a﹑NF-κB﹑p53﹑c-Fos及c-Jun等的DNA结合活性，调节多种基因的转录，因此与细胞的增殖、分化、损伤修复有关。以上两种功能的异常都可以导致肿瘤的发生，APEX基因与肿瘤之间的关系正逐渐受到研究者的重视。

　　肿瘤的发生是由体细胞的突变引起的，在某些致癌物的作用下可导致细胞的DNA损伤如DNA单链断裂和碱基损伤，这些损伤如不能及时有效的修复，将会产生染色体畸变或(和)基因突变，进而使细胞处于不稳定状态，最终发生癌变。肿瘤中APEX基因的表达与相应的正常组织不同，表达的部位也不尽相同，是随着细胞分化成熟，外界环境刺激或内分泌状态的变化而发生改变的，并且与病人的预后有关。

　　汤显斌等[18]的研究，在150例散发性大肠癌患者中对3个外显子均进行了DGGE检测，结果发现APEX基因的exon1有4例出现异常电泳条带，exon2未发现异常条带，exon3有16例出现异常电泳条带。经测序证实，4例肿瘤及其癌周正常粘膜exon1存在453 G→T颠换，其基因型为GT。该多态位点位于非编码区，未致氨基酸的改变。16例exon3在1247位点存在A→G的多态性，肿瘤及癌周正常粘膜具有相同的基因型。15例为杂合子(AG)，1例为纯合子(GG)。该多态性致APEX蛋白第64密码子由ATC变为GTC，相应的氨基酸由异亮氨酸变为缬氨酸。

　　综上所述，大部分基因如原癌基因的激活，抑癌基因的失活，代谢酶基因以及损伤修复基因等受到破坏都会引起大肠癌的发生与发展。大肠癌是一个发病过程复杂的疾病，易感基因在发病过程中发挥着重要作用。因此，研究各种基因在大肠癌的发生发展及治疗中的作用，对于从分子学的角度来阐明肿瘤发病的机理，认识肿瘤的本质有重要的意义，并且通过对基因的检测可以为肿瘤的预防提供靶点，以期提高早期的诊断和治疗的机率。然而，大肠癌的发生还受各种其他因素的影响，并且还存在着种族及地区的差异性，这些都与大肠癌的易感性与严重性有一定的关系，所以单从基因方面对大肠癌进行诊断还有待于进一步的研究。

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