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PTEN与妇科肿瘤

时间:2018-02-26 13:04:06 来源: 代写硕士论文

                    作者:徐韶杰(综述),陈春玲,董稚明

【摘要】  妇科肿瘤是女性常见的肿瘤,其发生、发展与癌基因激活和抑癌基因失活关系密切。PTEN是新近发现的一种抑癌基因,其编码的产物具有磷酸酶活性,在细胞生长、凋亡、粘附、迁移、浸润等方面具有重要作用,现就PTEN的结构、与细胞信号转导和细胞凋亡的关系及其在妇科肿瘤的发生、发展及治疗中的作用作一综述。

【关键词】  PTEN;妇科肿瘤;抑癌基因

PTEN(phosphatase and tensin homology deletion on chromosome ten)基因也称MMACI基因,是迄今发现的第一个具有双特异性磷酸酶活性的抑癌基因,可通过基因突变、DNA甲基化等方式失活,主要表现为基因缺失、蛋白表达减少。其不仅有脂质磷酸酶活性,还有蛋白磷酸酶活性,通过这两种活性和负性调控三条途径[1,2] (PI3K/AKT/PKB信号传导通路;焦点粘附激酶,FAK途径;细胞分裂素激活的蛋白激酶,MAPK途径)来调节细胞的生长、增殖、分化、凋亡、粘附、迁移和血管生长等,在维持细胞的增殖、分裂、迁移和凋亡等方面具有重要作用。所以PTEN基因的研究对肿瘤的早期诊断和基因治疗具有重要价值。

  1 PTEN基因蛋白结构及特点

  PTEN是1997年Li等发现的一种新的抑癌基因,定位于人类染色体10q23.3上,含9个外显子、8个内含子。cDNA序列包含由1209个核苷酸组成的开放阅读框架,编码403个氨基酸组成的蛋白质;分子量为47122u。正常人PTEN mRNA为5.5kb,在胎盘、心脏、脑、肺和肾等组织的表达水平较高。TGF-β具有快速下调基因mRNA表达作用 。同年,Steck等也发现了定位于10q23.3染色体上的抑癌基因,在多种肿瘤中有缺失和点突变,故命名为多种晚期癌突变基因(MMACI) [3、4]。

  蛋白结构决定其功能,近年对PTEN蛋白的晶体结构分析表明,PTEN具有多个结构域包括氨基酸(即N端)的磷酸酶结构域,中间的C2结构域和羧基端(即C端)结构域3个部分。N端的磷酸酶结构域,包括PTEN蛋白肽链的第1~185位氨基酸残基。该结构域含有使PTEN蛋白具有肿瘤抑制活性的磷酸酶基序及细胞张力蛋白(tensin)、辅助蛋白(auxilin)同源的序列,是PTEN发挥蛋白磷酸酶活性和脂质磷酸酶活性所必需的。C2结构域(185~351位氨基酸)与磷脂结合,有利于PTEN蛋白在细胞膜上有效定位。羧基端(C端)包括肽链剩下的50个氨基酸,其分降解基序PEST序列及一个PDN基序,PTEN可与PDZ蛋白相互作用,这可能有利于PTEN蛋白质的稳定及与其他蛋白质相互作用[5、6]。

  2 PTEN基因蛋白的功能

  PTEN利用其脂质磷酸酶活性,使其底物3,4,5-三磷酸肌醇(PIP3)去磷酸化而失活,从而阻止PIP3与蛋白激酶B(PKB)的结合激活,诱导细胞凋亡和周期阻滞。此外,PTEN利用其蛋白磷酸酶活性,使局灶粘附激酶(FAK)脱磷酸,从而抑制整合素介导的细胞粘附和迁移。PTEN尚可使接头蛋白Shc脱磷酸而抑制生长因子受体结合蛋白2(Grb2)的募集,继之抑制丝裂原激活的蛋白激酶(MAPK), 从而抑制细胞的生长和分化。其编码蛋白质即蛋白酪氨酸磷酸酶,定位于细胞浆,具有磷酸酶活性,在细胞生长、发育、细胞信号传导和细胞凋亡等过程中起着重要作用[7,8]。当PTEN基因缺失、突变或表达失常时,就失去了对细胞生长、粘连、转移和浸润的调控,导致多种肿瘤的发生发展[9]。

  2.1 PTEN调控细胞增殖周期 磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)是PI3K/AKT信号途径的上游调节激酶,一些细胞生长因子(如IGF、EGF等)与其细胞膜上的受体结合后激活PI3K,后者使二磷酸肌醇(PIP2)磷酸化成PIP3。PIP3作为细胞内第二信使,随后激活PI3K/AKT信号途径中的一系列激酶,进而活化PI3K/AKT,促进细胞生长,阻断凋亡。PTEN作为PIP3的磷酸酶,可使PIP2向PIP3的转化发生逆转,从而抑制PI3K的磷酸化作用,阻断AKT及其下游激酶的活性,使细胞周期阻滞在G1期或促使细胞凋亡,对细胞的生长起负调节作用。当PTEN基因发生突变或丢失而失活时,细胞内PIP3的水平增高,PI3K/AKT的信号传导加强,细胞无限增殖形成肿瘤[10,11]。因此可认为PTEN之所以能诱导细胞凋亡及细胞周期阻滞,关键在于拮抗了PI3K/AKT信号途径。此信号途径与PTEN的动态平衡是机体对细胞增殖、存活进行分子调控的重要途径之一。若某些因素破坏了这个动态平衡,机体就可能发生肿瘤。

  研究表明[12],PTEN还通过选择性抑制有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPK)途径来调节细胞增殖、分化和凋亡。MAPK是胞浆蛋白,有酪氨酸磷酸酶活性,参与包括细胞生长、分化在内的一系列过程。目前鉴定出的五条MAPKs信号传导通路中,PTEN主要作用于以下三点:(1)PTEN表达主要抑制细胞外调节激酶ERK通路;(2)MAPK上游MEK、ras的活化以及SHC的磷酸化受PTEN抑制,但EGFR磷酸化不受影响;(3)被活化的下游成分MEK1过表达可拮抗PTEN对细胞扩散和局部突触的生物效应。

  2.2 PTEN抑制细胞迁移 晚期转移性癌中,经常会观察到PTEN基因的丢失,这可能与PTEN基因参与调节细胞粘连和移动,从而负性调节肿瘤细胞的迁移和浸润有关。PTEN的蛋白磷酸酶功能可使FAK和SHC去磷酸化,而FAK与细胞持续性的定向迁移有关,SHC与细胞的随机迁移有关。Tamura等[9、16]认为PTEN通过其磷酸酶活性调控FAK和SHC的磷酸化来调节细胞和细胞间,细胞与细胞外基质间的相互作用,进而影响细胞粘连和迁移的各个方面。但最近研究表明[14、16],PTEN抑制细胞迁移的机制,主要是通过其C2结构域抑制迁移。这依赖于PTEN的磷酸酶蛋白活性和苏氨酸残基的脱甲基作用,与去IP3磷酸化无关。

  PTEN作为抑癌基因,其作用机制和信号通路许多研究者说法不一。但比较一致的观点是,PTEN抑制肿瘤发生主要是依靠磷酸酶的活性,而有报道认为中性内肽酶(NEP)可增加PTEN磷酸酶活[5,6]。

  3 PTEN基因突变与妇科肿瘤

  PTEN的体突变和等位基因杂合性丢失(LOH)在许多肿瘤细胞系和原发性肿瘤中最常见,如胶质母细胞瘤、前列腺癌、子宫内膜癌、甲状腺癌和乳腺癌等。而妇科肿瘤中,子宫内膜癌、卵巢癌、子宫颈癌及外阴癌均检出不同程度的PTEN突变和等位基因丢失,因此认为PTEN异常与妇科肿瘤的发生发展等关系密切。

  3.1 PTEN与子宫内膜癌 子宫内膜癌细胞染色体10q23杂合子丢失率达40%,PTEN恰好位于10q23染色体。该基因在子宫内膜癌中的突变率为33%~55%, Risinger[17]研究136例子宫内膜癌时发现,PTEN突变率为34%~50%,远远高于另外两种常见的基因突变??K-Ras (30%~40%)及P53(10/5~20%),这136例中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期突变率分别为44.6%、20.0%、19.0%、25.0%,以IA期突变率最高(55%)。研究发现浆液性乳头状癌及透明状细胞癌中PTEN突变率(58%),显著低于子宫内膜样腺癌(37%),提示子宫内膜癌中PTEN的突变与其组织学类型和临床分期有关,子宫内膜样腺癌及较早期的子宫内膜癌PTEN基因突变更常见。

  PTEN蛋白表达的缺失,是多种机制引起PTEN基因功能丧失的表现,包括PTEN基因同源性丢失、无义突变和启动子甲基化等。Gao 等[18]发现,PTEN基因启动子甲基化在子宫内膜癌中的发生率为19%,且甲基化与宫外转移及MI显著有关,提示这种失活机制在内膜癌的发展中具有一定作用。Geroge等[19]在对子宫内膜癌、癌前病变及正常子宫内膜的PTEN蛋白表达的研究中发现,61%的子宫内膜癌无PTEN蛋白表达,75%癌前病变亦无PTEN蛋白表达,而正常子宫内膜仅5%缺乏PTEN的表达。综上所述,PTEN是目前发现的子宫内膜癌中突变率最高的基因,而且子宫内膜癌也是迄今发现的PTEN基因突变率最高的肿瘤,是子宫内膜癌的看家基因,其功能丧失视为子宫内膜癌的早发事件。

  3.2 PTEN与卵巢癌 Obata等[12]研究发现了81例卵巢上皮性来源肿瘤,仅8例发生PTEN突变,其中7例为子宫内膜样癌(7/34),1例为黏液性癌(1/10),且此例可见内膜样分化灶,其他类型无PTEN突变,同时发现内膜样癌中43%发生杂合性缺失,29例浆液性癌中28%发生杂合性缺失。PTEN突变主要发生在临床1期和(或)病理1级,提示PTEN失活是卵巢肿瘤发生的早期事件,且与卵巢癌组织学类型有关。Tashiro等运用PCR- SSCP/DNA测序法研究12例卵巢浆液性腺癌,未发现PTEN突变。Yokomixo等用半定量多重PCR法研究31例原发性卵巢癌及7个卵巢癌细胞系,仅在原发癌中发现2例(4.8%)纯合性丢失,用变性液相色谱法及DNA测序法未发现PTEN基因点突变。Sato等研究发现LOH见于42.1%%卵巢子宫内膜样癌,27.3%的卵巢透明细胞癌,56.5%的卵巢子宫内膜异位症,推测PTEN基因失活可能是卵巢子宫内膜样癌及透明细胞癌发生的早期事件,是卵巢子宫内膜异位症癌变的一个途径。

  而何茵芳等[20]研究,PTEN蛋白在正常卵巢组织、良性卵巢肿瘤及卵巢上皮性癌组织中的表达阳性率依次分别为95.0%、78.3%和52.3%,卵巢上皮性癌组织中PTEN的表达与正常卵巢组织和良性卵巢组织相比差异均有显著性(P=0.001), 而正常卵巢组织与良性卵巢肿瘤组织PTEN表达阳性率相比则差异不明显(P=1.000)。 在卵巢上皮性癌组织中的表达水平在不同上皮病理组织类型中未表现出差异性(P=0.797);而在病理分级中,G1G2级组和G3级组分别为71.6%和25.9%,两组PTEN表达水平比较差异有显著性(P=0.001)。而在不同临床分期中,Ⅰ~Ⅱ期和Ⅲ~Ⅳ期PTEN表达水平分别为65.8%和34.4%,两组比较则差异有非常显著性(P=0.0001)。研究显示,在卵巢上皮性肿瘤中PTEN表达明显低于正常卵巢组织及良性卵巢上皮性肿瘤,且有明显的统计学意义。卵巢上皮性癌各种组织类型中均有PTEN蛋白的表达缺失,表达水平、比率与肿瘤组织类型无关,但与临床分期、病理分级有关。随临床期别、病理分级的增加,PTEN表达下降。提示对PTEN蛋白的检测可能间接反映肿瘤的恶性程度,从而判断患者的预后。 由此可知,PTEN蛋白在卵巢上皮性肿瘤的表达及表达水平变化,目前研究结果不一,一些学者认为卵巢上皮性癌中不存在PTEN基因的突变,或突变比例很低,该基因突变在卵巢上皮性癌的发生发展中无重要作用;而另一些学者的研究则显示,卵巢上皮性癌中存在着较为普遍的杂合性缺失, 认为PTEN表达缺失可能在卵巢癌的发病中仅是一个晚发事件。

  3.3 PTEN与宫颈癌 有学者运用PCR-SSCP/DNA测序法检测10例宫颈鳞癌,未发现PTEN基因突变。也有学者仅在1/46(2%)宫颈癌细胞系及1/46(2%)的宫颈癌标本中发现PTEN基因突变,表明PTEN异常仅与少数宫颈癌发生有关[5、6]。舒宽勇等[21]应用免疫组织化学技术(SP法)检测抑癌基因PTEN在32例正常子宫颈上皮、158例宫颈上皮内瘤变及64例宫颈浸润癌组织中的表达。结果32例正常宫颈组织中,PTEN阳性表达率为93.8%,56例CINⅠ、102例CINⅡ和CINⅢ及64例宫颈浸润癌,其PTEN阳性表达率分别为75%、58.8%和40.6%。在从正常宫颈上皮到上皮内瘤变、宫颈癌的癌变过程中,其组织中PTEN的表达呈进行性降低(P<0.05)。表明PTEN表达降低与宫颈上皮内瘤变和宫颈癌的发生、发展有关,是宫颈癌发生、发展的早期事件,可能是宫颈组织恶变的一个信号。孔德玲等[22]采用免疫组化SP法,检测48例宫颈癌及癌旁正常组织石蜡切片中PTEN蛋白表达情况。经计算机图像分析,计算阳性细胞数,比较PTEN蛋白表达与临床病理特征的关系。结果 PTEN蛋白表达于细胞浆,48例宫颈癌中PTEN蛋白阳性表达率40%(19/48),而癌旁正常组织阳性表达率96%(46/48),两者差异有显著性(P<0.05)。在淋巴结转移组织中PTEN蛋白阳性表达率(24%)明显低于未转移组织(52%,P<0.01),另外,PTEN蛋白表达与临床分期呈负相关趋势,而与病理分级、浆膜浸润无相关性(P均>0.05)。结论 PTEN异常表达可能与部分宫颈癌发生、发展及预后有关。Su等[23]的结果表明,鳞癌组织PTEN的异常转录为6/30,对应的非癌组织中的异常转录为4/30。Yaginuma等[24]认为PTEN基因的突变在宫颈癌是一个低发事件,1/6的细胞系及1/43的宫颈癌组织呈现mRNA的异常表达,有36.8%的原发性宫颈癌发生了LOH,15.0%出现了基因内突变,其中包括纯合性阴性表达。王祥珍等[25]研究表明,PTEN的表达情况甚至与宫颈癌的3年和5年生存率有关。因此,PTEN蛋白的检测不仅有助于了解宫颈癌发生、发展的分子生物学机制,还可能应用于临床判断宫颈上皮内瘤变和宫颈癌的预后。综上显示,PTEN蛋白的表达与宫颈癌的细胞病理分级、临床分期、淋巴结转移有关,即随着细胞分化程度的降低,临床分期的增加和肿瘤的转移,其表达降低。PTEN蛋白在多种肿瘤中表达下调,且表达的水平与肿瘤的恶性程度呈负相关。

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