细胞周期素与肿瘤放射敏感性

　　作者：黄莉综述王若峥审校 作者单位：(新疆医科大学附属肿瘤医院放疗一科, 新疆乌鲁木齐830011)

　　【关键词】 肿瘤

　　近年研究支持肿瘤是一种细胞周期病，是在各种致瘤因素的作用下最终导致细胞周期异常而产生的，肿瘤的本质在于细胞周期调节失调失控，细胞无限制、自主的增殖和分裂。所谓的细胞周期是指细胞从上一次分裂结束到下一次分裂终末的过程 [1]，由G1、S、G2、M期组成。在一个细胞周期中的有丝分裂时相称为M期，两个M期之间统称为细胞分裂间期。在间期中又把DNA合成时相称为S期，以S期为界线，在S期之前的称为G1期(即DNA合成前期);在S期之后的称为G2期(即DNA合成后期，亦称有丝分裂前期)。有一些细胞可以暂时地离开增殖周期，但仍保持增殖的能力，处于这样一种状态的细胞被称为G0期细胞。细胞周期的时间随着不同的生物种属、组织以及不同的生理状态可以有很大的波动，而整个细胞周期的长度则主要取决于G1期[2]。细胞周期是细胞生命运行的核心，是一个高度有序、环环相扣、精密调节、细胞内外信号交互作用的过程。细胞周期是在一整套精密的周期蛋白依赖性蛋白激酶(cyclindependent kinases，CDKs)和相关的周期蛋白(Cyclins)以及周期蛋白依赖性蛋白激酶抑制因子(cyclindependent kinase inhibitors，CDKIs)调控下运行，其中CDKs处于调控中心地位，Cyclins起正调节作用，CDKIs发挥负调节作用[3]。人类细胞主要的CDKs有CDKl(即cdc2)、CDK2、CDK4、CDK5、CDK6和CDK7(CAK的重要组成部分)[4]。作为细胞周期重要的正性调节因子，细胞周期素在肿瘤的发生、发展中所扮演的角色日益成为人们关注的焦点，其表达异常是恶性肿瘤中细胞周期表达失调的主要原因[5]。目前已在哺乳动物细胞中分离出9类主要的周期素，连同亚类共16 种，分别是A1 、B1 、B2 、C、D1 、D2 、D3 、E、F、G1 、G2 、H、I、K、T1 和T2 。细胞周期素其表达量随细胞周期各个时相的转换而改变，不同的细胞周期素在不同的时期通过相应的CDKs起到促进细胞完成周期的作用。肿瘤的放射敏感性，受细胞耗氧水平、辐射致DNA 损伤后的修复能力、分裂细胞数量、细胞周期中不同时期细胞分布及凋亡等影响。其中放射敏感性与照射后细胞周期的改变密切相关，人们发现处于不同细胞周期的细胞其放射敏感性也不相同，对多数细胞而言，M期和G2期的细胞对射线较敏感，而G1期次之，S期的细胞最不敏感。研究细胞周期分布及其调控有助于从细胞水平理解放射敏感性改变的分子机制。许多研究报道细胞周期素中Cyclin D1、Cyclin B1的表达与肿瘤的放射敏感性及其发生、发展密切相关，并可能作为标志物指导临床治疗。研究和探索Cyclin D1、Cyclin B1与肿瘤的关系对于进一步认识肿瘤的发生、发展及预后具有重要的意义。

　　1肿瘤的细胞周期

　　肿瘤的细胞周期与正常细胞一样分为G0、G1、S、G2、M期。肿瘤细胞在G1期细胞不断生长变大，当增长到一定体积时进入S期，DNA的合成复制在此期完成。G2期细胞为分裂做好准备。M期细胞分裂成两个子代细胞。分裂期结束后细胞回到G1期，细胞周期完成。在细胞恶性转化的初期大部分细胞处于复制期，所以生长速度很快，随着肿瘤的持续生长，不断有细胞进入G0期，成为静止期细胞。当放疗和化疗后，大量的周期中的细胞被杀灭，G0期细胞进入增殖期，可导致肿瘤复发。

　　2Cyclin D1、Cyclin B1的结构与功能

　　Cyclin D1基因是细胞周期调节因子中已被证实的与肿瘤最相关的原癌基因。Cyclin D1是在研究甲状腺癌时发现的，定位于染色体11q13，长度约120 kb [6]。基因跨距约15 kb，含有5个外显子，启动子区域有SP1结合位点而无TATA盒，cDNA长4.2 kb，编码由295个氨基酸构成、分子量为36 kD的蛋白质，该蛋白的半衰期不足30 min。第56～141位氨基酸序列为保守序列，称为Cyclin box。N末端含有能与视网膜母细胞瘤蛋白pRb的C端口袋蛋白相结合的LeuXcysXE序列。C末端存在一个PEST 序列，富含脯氨酸 、谷氨酸、天冬氨酸 、丝氨酸和苏氨酸残基，与蛋白降解有关。Cyclin D1是作用于G1期的重要细胞周期蛋白，主要调节细胞从Cyclin D1向S 期的转变。在细胞周期进程中，Cyclin D1呈周期性变化。Cyclin D1最早出现在G1中期，在G1向S 期转化时含量最高，外来分裂刺激持续存在时，它可以在整个细胞周期进程中持续存在，当外来分裂刺激去除后Cyclin D1合成停止，细胞退出细胞分裂周期。Cyclin D1与相应的CDKs结合促进细胞完成周期。Cyclin D1的CDKs 配体是CDK4/CDK6，Cyclin D1与CDK4/CDK6结合后激活CDK4/CDK6，引起Rb蛋白磷酸化，从而解除Rb对转录因子E2F的抑制效应，启动DNA 的合成，使细胞由G1期过度到S 期[7]。P16、P21蛋白可与Cyclin D1竞争结合CDK4，CDK4与P16、P21蛋白结合后则不能催化Rb蛋白磷酸化，从而转录因子E2F活性被抑制，最终使细胞在G1期停滞，从而抑制细胞增殖。Cyclin B1是一个经典的分裂期周期蛋白，参与细胞周期检测点调控，促进G2/M期转换而加速细胞周期进程[8,9]。目前为止，哺乳动物细胞中只有两种B型细胞周期素Cyclin B1、Cyclin B2被发现。基于Cyclin B敲除的小鼠试验模型显示[10]，Cyclin B1敲除的小鼠在胚胎期死亡，Cyclin B2敲除的小鼠胚胎能够继续发育，并且繁殖，进一步证实在B型细胞周期素中，Cyclin B1在有丝分裂调节中起到了最重要的作用[10]。过去Cyclin B1一直被认为最早出现于S期，主要合成于S/G2期，在G2/M期表达最高，然后迅速被泛素化降解(ubiquitination) [11]。但Viallard等[12]的研究表明，在某些特定的培养条件下，G1期肿瘤细胞中可检测到Cyclin B1的表达。Cyclin B1是cdc2(CDK1)的结合伙伴[13]，Cyclin B1/cdc2的复合物能够激活p34cdc2形成有丝分裂期推动因子(M phasepromoting factor，MPF)[14]，使核纤层蛋白、波形蛋白和钙调结合蛋白磷酸化，推动细胞有丝分裂的进行，这时细胞从G1/S 期进入G2/M期。Cyclin B1/cdc2的复合物使染色体浓缩、核膜破裂、形成纺锤体，从而开始有丝分裂。当细胞分裂完成后，Cyclin B1自行降解，而cdc2继续参与下一个细胞循环。在细胞周期中，cdc2的含量是稳定的，而Cyclin B1的含量则是处于一种动态变化过程中。

　　3Cyclin D1、Cyclin B1与肿瘤的发生发展正常组织中CyclinD1蛋白通常水平较低，主要局限在一些上皮组织的增殖带，在淋巴结、脾、扁桃体中缺乏表达。Cyclin D1可发生多种形式的基因突变，主要表现为：Cyclin D1基因扩增、染色体易位及Cyclin D1基因多态性的发生等，从而导致肿瘤的发生。其中Cyclin D1基因扩增是最为常见的一种基因异常形式。Cyclin D1过度表达可使细胞失去对生长因子的依赖，使G1/S调控点失控，细胞不停进入细胞周期，从而造成恶性增生发生癌变。Suzui等[15]在用无环维生素A抑制肝癌细胞株生长的实验中，发现无环维生素A 在引起肝癌细胞增殖受阻的同时，Cyclin D1的表达水平下降。Khoo 等[16]利用免疫组化发现22例发生转移的乳头状甲状腺癌患者中有20 例Cyclin D1表达过量，而未发生转移的患者中仅8.8%存在Cyclin D1过表达。临床研究表明[17,18]：甲状旁腺腺癌、食管癌、乳腺癌、结肠癌、淋巴瘤、恶性黑色素瘤以及前列腺癌等多种肿瘤中均有Cyclin D1的基因扩增及过表达，且Cyclin D1的过表达与肿瘤的浸润、转移、恶化以及临床分期不良相关[19]。基于体外组织培养的实验发现，Cyclin D1作为协作基因，可以增强其它癌基因(如Ras、Src，E1A)癌转化作用[20,23]。动物实验进一步证实，Cyclin D1缺陷的小鼠，鼠胚成纤维细胞(Mouse Embryo Fibroblast，MEF)凋亡增加，及增加的紫外线诱导的细胞凋亡[24];相应地，导入CyclinD1基因的小鼠，其乳腺癌的发生率增加[25,26];基于小鼠转移瘤实验发现，Cyclin D1表达水平与肿瘤细胞的放射抗拒正相关[27]。因此，Cyclin D1基因与肿瘤的发生、进展、放射抗拒相关。此外，Tong等研究发现，Cyclin D1可以下调p27KIP1[28,29];而p27KIP1可以增强肝癌细胞的放射敏感性[30]，进一步说明Cyclin D1与肿瘤细胞的放射抗拒相关。研究发现[31,32]，多种肿瘤中Cyclin D1过表达者的生存率明显低于低表达者，提示其有可能成为肿瘤一个有效的预后标志。同时Cyclin B1也在多种肿瘤中表达异常，且与其生物学行为相关。Cyclin B1是作用于G2/M期的重要周期蛋白，Yuan等[33]用RNA干扰的方法抑制Cyclin B1表达，结果造成G2/M期阻滞，细胞生长被抑制，并诱导细胞凋亡，提示Cyclin B1的正常表达在有丝分裂起始调控中起重要作用。Cyclin B1过度表达可以促进G2/M期转换而加速细胞周期过程，导致细胞癌变。在G1或G2期时恶性细胞的Cyclin B1的mRNA的表达水平比在正常细胞的表达水平高10倍以上而且稳定性增强。许多学者研究发现，恶性淋巴瘤、喉癌、肺癌、食管癌中都出现Cyclin Bl高表达，促进生长控制的缺失、肿瘤的进展，而且不同程度的与其恶性生物学行为有关系[34～36]。Maity等[37,38]研究发现，人宫颈癌细胞HeLa的DNA损伤，能够导致Cyclin B1 mRNA的转录下降，Cyclin B1 mRNA半衰期缩短，核内聚积停止。同时，也有研究显示[39]，Cyclin B1能够调节DNA损伤，诱导细胞凋亡，并且认为这是不同细胞放射敏感性相差很大的原因之一。Ozeki等[40]基于乳腺癌细胞株的研究发现，Cyclin B1表达的上调是导致放射抗拒的原因之一。Park等[41]研究发现，Cyclin B1的过表达能够夺获G2/M期阻滞，这增加了细胞继续增殖及预防p53控制的、射线诱导的凋亡的能力。Khaled等[42,43]进行的Ⅲ期临床实验发研究发现,Cyclin B1的过表达和头颈部鳞癌的放射抗拒有关，肿瘤细胞处于G2及M期时相的肿瘤细胞对射线最敏感，Cyclin B1的相对高表达，相对加速了G2/M期的转化，从而减少了在这两个对射线最敏感细胞期被射线击中的可能性，进而表现为相对的放射不敏感[44]。头颈部肿瘤患者Cyclin B1过度表达与患者接受放射治疗的耐受性相关，对于接受放疗的头颈部鳞癌患者的复发和转移危险性也是一个很好的预测指标[45]。当今对肿瘤与细胞周期的研究已成为肿瘤分子生物学研究热点之一。随着对正常细胞周期和肿瘤细胞周期的深入研究，我们可以认为Cyclin D1、Cyclin B1 的异常表达与肿瘤的放射敏感性及其发生、发展密切相关，是一个极好的肿瘤标志物，对了解肿瘤的恶性生物学行为及肿瘤的预后有重要意义。深入研究Cyclin D1、Cyclin B1不仅有助于揭示肿瘤的发生机制，并可为肿瘤的防治提供一个全新的视点。

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