抑癌基因在肺癌治疗中的新进展

抑癌基因在肺癌治疗中的新进展 肺癌是当前最常见的恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率逐年升高。由于大多数肺癌患者临床确诊时已属晚期，其中50%以上患者不能手术，而绝大部分非小细胞肺癌（NSCLC）患者（占肺癌的75%80%，包括鳞癌、腺癌、大细胞癌等）对现行放疗和化疗又不够敏感，因此肺癌的治疗成为临床治疗一大难题。近来人们研究的热点集中到肺癌的基因治疗上，并取得了许多重要进展。现主要对肺癌的基因治疗方法之一棗抑癌基因治疗肺癌的研究新进展作一综述。 一、抑癌基因及其与细胞周期关系 抑癌基因（tumor suppressor gene）指正常细胞内存在的，能抑制细胞转化和肿瘤发生的一类基因群，当它们受到各种因子的作用失活后，细胞的生长分化失控，增加了细胞恶性转化的可能性。目前已分离克隆的抑癌基因有Rb、p53、p16、p33ING1、nm23、TIMP、KAI1、APH、MCC、APC、DCC、BRCA1等，最近被认为候选抑癌基因的有FHIT、PTEN/MMAC1/TEP1等。 Rb基因又名成视网膜细胞瘤基因, 是最早发现的一种抑癌基因, 定位于人染色体13q14上，编码的一组DNA结合蛋白与细胞分化的过程有关，具有抑制细胞转化的能力。与人类肿瘤相关性最高的基因目前认为是p53基因，该基因定位于17p13.1, 编码的核磷酸蛋白具有转录激活的作用，正常的p53基因具有抑制肿瘤细胞生长的作用，且DNA损伤后可触发细胞凋亡，防止恶变。近几年来发现的p16基因即多肿瘤抑制基因1(multiple tumor suppressor 1, MTS1) ，定位于人类多种恶性肿瘤频繁发生缺失的染色体区域9p21，p16表达产物的基本功能是作为细胞周期素依赖激酶4(cyclin dependent kinase 4,CDK4)抑制蛋白。 新近发现的抑癌基因p33ING1，定位于染色体11q33，需依赖于野生型p53，才能发挥细胞生长的抑制效应。而定位在人染色体5q21的抑癌基因MCC、APC在肺癌中经常表现为纯合性缺失，在小细胞肺癌（SCLC) 细胞系中发现，抑癌基因APH、MCC、APC的表达低下，提示它们可能与SCLC的形成有关。nm23、TIMP、KAI1基因的作用是抑制肿瘤转移。DCC（结直肠癌缺失基因）是在结肠癌中新发现的抑癌基因。 BRCA1抑癌基因主要与家族性乳腺癌和卵巢癌的发生有关。FHIT基因定位于人染色体3p14.2，与肺癌、乳腺癌、肠癌、胰腺癌等有关，染色体3p是乳腺癌、肺癌、卵巢癌等肿瘤的经常缺失区，抑癌基因APH也位于3p区（3p21.3）。PTEN/MMAC1/TEP1基因定位于人染色体10q23，在肺癌发现有突变。 抑癌基因的抑癌功能主要是通过在细胞增殖周期对细胞分裂和生长进行负调控，防止细胞周期失控变成无限制地增殖而实现的。 细胞周期中有两个重要的调节点，即G1-S和G2-M调节点。细胞周期的运行主要依赖于细胞周期依赖性激酶（CDK），该酶只有与细胞周期素（cyclins）结合才有活性，可促进细胞周期中G1S和G2M的转变。在细胞周期素中最有意义的是细胞周期蛋白D（cyclin D），它能激活CDK2、4、5，促进细胞由G1期进入S期，进行DNA合成。 目前认为p53、p16、Rb基因与G1-S调节点有关。p53基因的表达产物p53蛋白的作用机制主要是间接作用于细胞周期，p53可促进P21蛋白（CDK2的抑制剂）的表达，从而在细胞周期中抑制G1期至S期的转换，阻碍细胞进入DNA合成期，使细胞分裂和生长受到抑制。而p16具有直接的细胞生长抑制效应，p16与细胞周期蛋白D竞争同CDK4的结合，当p16与CDK4结合后，CDK4/cyclin复合物活性受到抑制，细胞分裂生长受阻。CDK/cyclin复合物对Rb蛋白具有磷酸化作用，Rb被磷酸化后其G1期停滞作用丧失，而Rb非磷酸化时可阻止细胞由G1期进入S期。 p53基因较为特殊，与G2-M调节点又有一定关系，是参与细胞凋亡的重要基因。野生型p53基因使细胞在离子辐射、药物刺激引起DNA损伤后停留在G1期进行修复，若DNA修复失败，细胞 就进入凋亡。若p53基因发生突变，则细胞对DNA损伤因素引起的细胞凋亡耐受性增加，因此突变型p53基因可影响放疗、化疗的疗效。细胞凋亡与CDK2基因编码p34CDK2激酶（即M期促进因子）的活化有关，p34CDK2具有G1S和G2M双重作用，p34CDK2激酶过早激活，可引起DNA裂解和细胞核破坏，导致细胞凋亡。 一般认为癌变的重要原因是细胞周期的失控。当Rb基因缺失、突变或磷酸化失活后，则促进细胞进入S期，当p53、p16基因突变或缺失时，则可间接或直接造成具有促增殖活性的CDK的过度表达，产生细胞增殖失控导致癌变。 二、抑癌基因与肺癌的发生和发展 近年来随着分子生物学研究的进展，在分子水平认识到肺癌的形成是一个多步骤的过程，有多种基因功能失常，包括原癌基因的激活与抑癌基因的灭活等，才导致恶性肿瘤细胞增殖到肿瘤形成。与肺癌有关的原癌基因包括 myc、 ras 、erbB-1、 c-erbB-2、 BCL-2 、 c-fos 、c-jun、c-raf-1、c-src、 LCK基因等，约30%的NSCLC细胞系中有ras基因突变，几乎所有的NSCLC（95%的鳞癌，75%的腺癌）中可见到c-erbB-1蛋白的过度表达，c-erbB-2 在25%的NSCLC细胞系中有过度表达，BCL-2基因在凋亡中起负调控作用，在NSCLC中可有表达。与肺癌有关的抑癌基因有p53、Rb、 p16 、APH、 MCC、APC、nm23 、KAI1 等。Bai等1通过对临床肺癌患者的研究发现，在肺癌的发展中，可同时有抑癌基因p53突变和癌基因 myc过度表达，而p53基因不是预后标记，决定预后的因素是myc过度表达。 Rb基因的缺失最初是在家族性成视网膜细胞瘤研究中发现的，后来在许多肿瘤细胞中都可观察到Rb基因的缺失或失活，如小细胞肺癌、膀胱癌、乳腺癌、前列腺癌、骨肉瘤等，在肺癌组织和细胞系中Rb基因异常多表现为杂合子丢失、基因突变等。Michael等2研究发现88%的SCLC和12%的NSCLC细胞系中存在Rb基因产物表达的缺失。 p53基因突变在人类许多常见肿瘤中均可检测到，包括肝癌、胃癌、大肠癌、食道癌、子宫癌，肺癌等，p53基因突变是不同类型肺癌中最常见的基因改变，且出现的频率比其它肿瘤要高得多。Takahashi等3发现SCLC中p53基因突变率最高，可达80%，NSCLC中p53基因突变率也可达60%。 p16基因的正常功能丢失的主要方式是p16基因的纯合性缺失，在人类众多恶性肿瘤中相当普遍存在p16基因的纯合性缺失，包括恶性间皮瘤、神经胶质瘤、黑色素瘤、星形细胞瘤、白血病、膀胱癌、乳腺癌、肺癌、骨肉瘤、食管癌、胰腺癌等。Michael等2发现23% NSCLC 细胞株可检测到p16基因的纯合性缺失，而只有1% 的SCLC细胞株存在p16基因缺失。 Washimi等4对原发性肺癌的检测发现30%的NSCLC有p16的纯合性缺失，而SCLC中未发现。许多研究结果2,4-6 均表明，p16基因的失活在NSCLC形成中起重要作用，与SCLC的形成关系不大，在SCLC的细胞株及原发肿瘤中很少检测到p16基因的改变，而在NSCLC的细胞株及原发肿瘤中常见p16基因纯合性缺失。Kratzke等7还发现p16纯合性缺失的检出率在NSCLC晚期比早、中期高得多，这就使p16基因具有一定的NSCLC临床预后判断的意义。 候选抑癌基因FHIT在NSCLC及SCLC中经常出现缺失，FHIT在肺癌中的缺失一般提示预后差。而候选抑癌基因PTEN/MMAC1/TEP1的突变在肺癌的发生中目前认为只与SCLC有关，与NSCLC关系不大。 三、抑癌基因与肺癌基因治疗研究 肺癌的基因治疗是指经某种途径引入外源基因到肺癌细胞以纠正或补偿基因的缺陷，从而达到治疗目的。肺癌的基因治疗包括抑癌基因治疗、反义基因治疗、药物敏感基因治疗、耐药基因治疗、免疫基因治疗等。 肺癌的发生源于多基因损伤，抑癌基因的缺失或突变是导致肺癌发生的原因之一。许多研究者都在探索肺癌的抑癌基因治疗，即将外源正常的抑癌基因如Rb基因、p53基因、p16基因等导入肺癌细胞，以恢复抑癌基因抑制细胞增殖的功能，从而抑制肺癌细胞的恶性增长，达到肺癌的治疗作用。目前研究最多的是抑癌基因p53。Takahashi等3发现，恢复单个抑癌基因的功能，可明显有效抑制多基因改变引起的肺癌的发生和生长，该研究中利用野生型p53基因转染同时有p53突变或纯合子缺失、癌基因 ras 突变、c-myc 过度表达的不同肺癌细胞系，结果均有生长抑制作用，而对于本身具有野生型p53基因的肺癌细胞，导入外源野生型p53基因后，产生的生长抑制作用则不明显。Fujiwara等8以逆转录病毒为载体将野生型p53基因转染人NSCLC细胞H226Br，转染后的细胞在体外生长明显受到抑制。在裸鼠体内移植人肺癌细胞也发现p53基因对肺癌有明显抑制作用。Fujiwara等8在裸鼠气管内接种p53突变的人肺癌细胞系H226Br的细胞悬液，3天后用携带野生型p53基因的逆转录病毒进行治疗，采用气管滴入法，每日1次，连续3天，30天后观察到治疗组只有0%38%的裸鼠肺内形成了肿瘤，而对照组中62%82% 的裸鼠发生了肿瘤，且治疗组中裸鼠发生的肿瘤的体积亦明显小于对照组。高振强等9在裸鼠成瘤试验中发现导入野生型p53基因的人肺腺癌细胞系，成瘤晚，生长速度明显减慢，其速度明显低于对照细胞系和导入突变型p53基因的细胞系，结果证明p53基因有抑癌功能。Zou等10在动物体内发现，气管内肿块局部注入脂质体和野生型p53基因复合物，可显著抑制早期癌肿生长。在外源性野生型p53基因对人肺癌细胞生长的抑制作用的进一步研究中，汪蕙等11采用基因枪介导外源野生型p53基因，建立人肺巨细胞癌系801-D的转染细胞系801-D- p53，结果表明，转染细胞系801-D-p53体外长期传代有外源p53基因存在，转染细胞生长明显受到抑制，裸鼠异种移植致瘤性降低，肿瘤生长明显缓慢。这是国内首次成功地运用基因枪转移外源p53基因到人肺癌细胞。 大量的细胞、动物体内的研究表明，单独运用病毒或非病毒为载体的野生型p53基因已经具有明显的抑制肺癌的效果。 尽管p16基因研究起步比p53基因晚，还有许多问题待解决，但由于p16基因的纯合性缺失在许多恶性肿瘤中存在，且p16基因小，蛋白质相对分子质量仅为p53的1/4，便于重组和导入，因此理论上认为p16基因用于肿瘤的基因治疗更为可行。Jin 等12将野生型p16基因通过腺病毒载体导入p16基因缺失的肺癌细胞中，发现肺癌细胞被阻滞在G1期，无法进入S期，导致肺癌细胞体内、体外生长受到抑制。研究结果为p16抑癌基因为肺癌基因治疗提供了有力依据。 由于野生型p53基因在化疗或放疗引起的DNA损伤而导致的细胞凋亡中是必需成分，因此化疗或放疗与p53基因联合可具有更强的抗肿瘤性。Fujiwara等13 研究发现腺病毒为载体的野生型p53基因可使人类NSCLC细胞系H358对化疗药物顺铂（CDDP）的敏感性在体外、裸鼠体内有所增强，而且p53基因与化疗药物顺铂联合应用，可出现肺癌肿块局部大片凋亡。Roth等14 1996年提出利用腺病毒载体构建野生型p53表达质粒，联合化疗药物顺铂治疗NSCLC的临床方案，在临床前的细胞及动物研究中发现p53基因可增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感性，并引起肿块局部的大片凋亡，单独使用p53基因或顺铂治疗NSCLC，未观察到明显的凋亡发生。联合p53基因及顺铂治疗NSCLC比单用其中之一，具有更显著的肿瘤抑制作用。作者所在的研究中心开展了抑癌基因多方面的研究，采用阳离子脂质体介导p16、p53和p21基因单独或共转染到NSCLC和SCLC细胞系，结果表明p16、p53、p21可抑制NSCLC细胞增殖，p16与p21基因或p16和p53基因联合应用能显著增强对NSCLC及SCLC细胞增殖的抑制，以p16与p53作用更明显。而且研究也证实p53基因可增强NSCLC细胞化疗敏感性。研究成果表明p53与p16基因联合转染或p53基因联合化疗，可能成为肺癌基因替代治疗的更佳选择。 目前肺癌的抑癌基因治疗的临床试验已取得初步进展。最近Roth等报道用p53基因联合反义K-ras治疗1例肺癌患者取得显著疗效。此临床试验源于1993 年Anderson癌症研究中心的Roth15向美国重组DNA委员会( RAC)和美国国立卫生研究院（NIH）提出的利用抑癌基因p53和反义K-ras对NSCLC进行肿瘤治疗的临床方案，此方案为利用逆转录病毒载体LNSX构建重组表达质粒，导入p53基因突变的NSCLC细胞，临床上选用内窥镜或激光将大块肺癌肿块切除，在剩余微小肿瘤灶内注入逆转录病毒上清液。临床前的动物实验结果表明，将野生型p53基因导入p53基因突变的肺癌细胞可以逆转肿瘤的表型，可观察到裸鼠体内的肺癌肿块的范围明显缩小，同时通过动物实验也证实了该方案的安全性，Roth 等给小鼠注射350倍于拟用于人体的逆转录病毒上清液，结果未发现毒性。Roth等16最近对21例晚期NSCLC患者进行了p53基因替代疗法的临床试验，利用腺病毒载体构建p53表达质粒，采用肿块内直接注入方法，每月为病人进行1次p53基因替代疗法，结果发现6名患者临床表现有效，且肿瘤活检有p53基因的明显表达，并观察到凋亡。Martin等17对15例晚期NSCLC患者进行野生型p53基因治疗的临床试验，结果提示野生型p53基因对于晚期NSCLC患者是安全，易行，有效的。 四、问题与展望 肺癌的抑癌基因治疗还处于不断的探索中，目前已由基础研究发展到临床试验，然而要应用于临床，发展为一种肺癌的常规疗法，还有一定距离。首先要解决肺癌的早期诊断问题，是否可将在肺癌早期就有的抑癌基因的改变如p53突变作为筛查指标，早期发现原发性肺癌，进一步早期治疗，通过抑癌基因导入，明显有效抑制肿瘤生长，甚至逆转肿瘤的表型。再则要看到肺癌联合治疗的可行性，因为肺癌的发生是多基因、多步骤的，因此可通过不同的撐淦鲾所产生的合力，多方面共同对抗肿瘤，在肺癌的联合治疗方面有许多问题需要进一步深入研究，如除p53与p16基因以外其它抑癌基因共转染的抗肿瘤性，抑癌基因与各种DNA破坏药物的组合，以及抑癌基因与其它基因治疗方法的联合等。另外还有很多技术问题需解决，选择高效和导向的理想载体系统，使抑癌基因在受体细胞中获得安全高效稳定表达，在肺癌多基因疾病中找寻有效的目的基因，以及建立动物模型，治疗的安全性，等等。但可以预言，不远将来，抑癌基因将在肺癌的基因治疗中发挥重要作用，与目前常规的放疗、化疗以及其它基因治疗方法一起联合治疗肺癌，产生强有力的抗肿瘤效果。 参考文献 1Bai L, Sun Y, Li S. Relation of p53 alteration and myc family gene overexpression with the clinical characteristics of lung cancer. Chin Med J , 1997 ,110 : 250-254. 2 Michael JK, Nakagawa K, Steinberg SM, et al. Differential inactivation of CDKN2 and Rb protein in non-small cell and small cell lung cancer cell line. J Natl Cancer Inst , 1995,87:756-761. 3 Takahashi T, Carbone D, Takahashi T, et al. Wild-type but not mutant p53 suppresses the growth of human lung cancer cells bearing multiple genetic lessions. Cancer Res, 1992, 52:2340-2343. 4 Washimi O, Nagatake M, Osada H, et al. In vivo occurrence of p16 (MTS1) and p15 (MTS2) alterations preferentially in non-small cell lung cancer. Cancer Res ,1995,55:514-517. 5 Shapiro GI, Edwards CD, Kobzik L, et al. Reciprocal Rb inactivation and p16INK4 expression in primary lung cancers and cell lines. Cancer Res, 1995 55:505-509. 6 Okamoto A, Hussain SP, Hagrwara K, et al. Mutation in the p16INK4/MTS1/CDKN2, p15INK4B/MTS2 and p18 genes in the primary and metastatic lung cancer. Cancer Res, 1995,55:1448-1451. 7 Kratzke RA, Greatens TM, Rubins JB, et al. Rb and p16INK4a expression in resected non-small cell lung tumors. Cancer Res,1996,56:3415-3420. 8 Fujiwara T, Cai DW, Georges RN, et al. Therapeutic effect of a retrovival wild-type p53 expression vector in an orthotopic lung cancer model. J Natl Cancer Inst , 1994 ,86:1458-1462. 9 高振强，高志萍，张晓滨，等. 野生型p53基因对人肺癌细胞的生长抑制作用研究. 中国慢性病预防与控制，1996，4：63-66. 10 Zou Y, Zong G, Ling YH, et al. Effective t reatment of early endobronchial cancer with regional administration of liposome -p53 complexes. J Natl Cancer Inst, 1998,90:1130-1137. 11 汪蕙，赖百强，李金照，等. 外源性野生型p53基因对人肺癌细胞生长的抑制.中华结核和呼吸杂志，1998，21：268-272. 12 Jin X, Nguyen D, Zhang WW, et al. Cell cycle arrest and inhibition of tumor cell proliferation by the p16INK4a gene mediated by an adenovivus vector. Cancer Res,1995,55 :3250-3253. 13 Fujiwara T, Grimm EA, Mukhopadbyay T, et al. Induction of chemosensitivity in human lung cancer cells in vivo by adenovivus-mediated transfer of the wild type p53 gene. Cancer Res,1994,54:2287-2291. 14 Roth JA. Clinical protocol for modification of tumor suppressor gene expression and induction of apoptosis in non-small cell lung cancer with an adenovivus vector expressing wild type p53 and cisplatin. Human Gene Ther , 1996 ,7:1013-1030. 15 Roth JA. Clinical protocol for modification of oncogene and tumor suppressor gene expression in non-small cell lung cancer. Human Gene Ther, 1993,4:383-386. 16 Roth JA, Swisher SG, Merritt JA, et al. Gene therapy for non-small cell lung cancer preliminary ;report of a phase I trial of adenovival p53 gene replacement. Semin Oncol, 1998 , 25:33-37. 17 Schuler M, Rochlitz C, Horowitz J, et al. A phase I study of adenovivus-mediated wild type p53 gene transfer in patients with advanced non-small cell lung cancer. Human Gene Ther, 1998,9:2075-2082.