免疫浸润03.癌基因与抑癌基因

发布于 2021-03-14 · 浏览 2003 · IP 上海上海

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免疫浸润是一整套知识体系，是一种逻辑思维方式，是免疫浸润分析及相关研究的基础。我们将结合经典文献《新一代癌症的标志（罗伯特·温伯格著）》，并以肿瘤生物学经典教材《癌生物学（罗伯特·温伯格等著）》为线索进行分享（迭代，2nd）。

免疫浸润12讲分为以下内容：（1）从肿瘤本质说起，探讨肿瘤抗原、肿瘤标记物；（2）肿瘤微环境；（3）从病理学角度，探讨癌基因/抑癌基因；（4）生长因子、受体和信号通路；（5）从病因学的角度，阐释病毒感染导致肿瘤发生；（6）抗肿瘤免疫与肿瘤逃逸；（7）T细胞与肿瘤微环境；（8）B细胞与肿瘤微环境；（9）NK细胞与肿瘤微环境；（10）树突状细胞与肿瘤微环境；（11）吞噬细胞与肿瘤微环境；（12）MDSC与肿瘤微环境。

我们已经分享肿瘤的本质——疯长不死的细胞（免疫浸润01.肿瘤本质和肿瘤标志物）和肿瘤微环境——由与肿瘤生长密切相关的细胞、蛋白等成分组成，且具有特殊性质的“小区”（免疫浸润02.谈起肿瘤微环境，我们到底在谈什么？）。接下来我们重点分享肿瘤通识（生化知识）——癌基因/抑癌基因和信号通路。

正常情况下，细胞生长由两大类基因调控：

正调节信号：促进增殖，抑制分化--原癌基因；

负调节信号：抑制增殖，最终凋亡--抑癌基因。

19世纪70年以前，人们倾向于认为所有肿瘤均来源于病毒感染，但是由于大多数人类肿瘤中均无法找到肿瘤病毒，研究人员总结出一个理论以解释所有肿瘤的发生：致癌因子诱导正常的生长控制基因突变而形成癌基因。

换句话说，癌基因是基因组内正常存在的基因，其编码产物通常作为正调控信号，促进细胞的增殖和生长。癌基因突变或表达异常才会导致肿瘤发生。

通常认为，癌基因活化有4种方式：

获得强启动子或增强子。逆转录病毒基因中的启动子或增强子感染细胞时随机整合到宿主细胞的基因组中，如正好整合到原癌基因附近或内部，则会造成该基因的过量表达，如鸡肉瘤病毒导致乳腺癌。
基因扩增。基因扩增致编码产物过量表达，使细胞发生转化，如神经母细胞瘤中N-myc的扩增。30％的乳腺癌中 HER-2 基因发生扩增或过度表达，其表达水平与治疗后复发率和不良预后显著相关。
点突变。原癌基因在射线或化学致癌剂作用下，可发生点突变，改变表达蛋白的氨基酸组成，造成蛋白质结构变异，如K-ras点突变，使得MAPK通路持续激活。60％黑素瘤中 BRAF 发生突变。
染色体易位。在染色体易位过程中发生基因的易位和重排，使原来无活性的原癌基因转位至强启动子或增强子附近而被活化，原癌基因表达增强，导致肿瘤发生，如慢性白血病中的BCR-ABL融合表达。95％慢性粒细胞白血病患者中都伴随有 BCR-ABL 融合基因的产生。

常见的原癌基因产物

抑癌基因是一类存在于正常细胞内、抑制细胞生长的基因。抑癌基因在控制细胞生长、增殖及分化过程中起负调控作用。当这类基因在发生突变、缺失或失活时可引起细胞恶性转化而导致肿瘤的发生。

抑癌基因是隐性基因。细胞融合实验显示，非病毒导致肿瘤细胞与正常细胞融合时，杂合细胞是非致瘤性的（肿瘤表型为隐性）；而病毒来源肿瘤细胞与正常细胞融合时，杂合细胞时致瘤性的。两次独立的遗传学改变发生在同一对等位基因上，是一个极其繁杂的过程，在短暂时间内发生这样的遗传学改变几乎是不可能的，除非是遗传。单个等位基因突变失活的概率是10^-6/细胞代，而等位基因的两个拷贝同时发生失活的概率更是低至10^-12/细胞代。再考虑到最初肿瘤细胞数据较少，肿瘤形成需要多个遗传学改变，以及这些突变细胞需要在几十年后才能扩增成临床可见的肿瘤，那就更不可能了。

除了基因突变和杂合性缺失，启动子DNA甲基化是抑癌基因失活的一种重要机制。DNA甲基化能关闭抑癌基因的活性。在真核生物中，5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG序列、CpXpG、CCA/TGG和GATC中。

视网膜细胞瘤基因（Retinoblastoma gene，Rb）是世界上第一个被克隆和完成全序列测定的抑癌基因。Rb基因转录产物约4.7kb，表达产物为928个氨基酸组成的蛋白质，分子量约105kDa，称为P105-Rb。

Rb蛋白分布于核内，是一类DNA结合蛋白，有调节基因转录的功能。p105有磷酸化和去磷酸化两种状态，磷酸化是非活性状态，去磷酸化是活性状态。脱磷酸p105抑制细胞增殖的机理是由于它能和转录因子E2F结合。E2F能激活与DNA复制有关的酶的基因转录。当脱磷酸的p105与E2F结合后，使E2F丧失活性。

在细胞G1期，Rb蛋白在被Cyclin-CDK（CyclinD/CDK4 or CyclinE/CDK2）磷酸化后变成p-Rb，然后才可以释放结合在其上的E2F，E2F是转录因子，促进S期所必需的Cyclin（细胞周期蛋白）、CDK蛋白的转录，细胞才能从G1期进入S期。

Rb基因失活与骨肉瘤有关，在许多散发性肿瘤，如50％～85％小细胞性肺癌、10％～30％乳腺癌、膀胱癌和前列腺癌中都发现有Rb基因失活。

p53基因是著名的基因组卫士，该基因编码一种分子量为43.7kDa的蛋白质，但因蛋白条带出现在Marker所示53kDa处，命名为p53。

因为蛋白中含有大量的脯氨酸，电泳速度被拖慢。p53基因的失活对肿瘤形成起重要作用。MDM2突变与P53突变不共存，p53是一个重要的抗癌基因，其野生型使癌细胞凋亡，从而防止癌变；还具有帮助细胞基因修复缺陷的功能。p53的突变型会提高癌变。

自从p53基因在1979年被首次报道以来，有关研究论文在Medline上可查到20000余篇。在人类50%以上的肿瘤组织中均发现了p53基因的突变，这是肿瘤中最常见的遗传学改变，说明该基因的改变很可能是人类肿瘤产生的主要发病因素。50％～60％人类各系统肿瘤中发现有 TP53 基因突变。

p53蛋白主要分布于细胞核，能与DNA特异结合，其活性受磷酸化、乙酰化、甲基化、泛素化等翻译后修饰调控。正常p53的生物功能好似"基因组卫士"，在G1期检查DNA损伤点，监视基因组的完整性。如有损伤，p53蛋白阻止DNA复制，以提供足够的时间使损伤DNA修复；如果修复失败，p53蛋白则引发细胞凋亡；如果TP53基因的两个拷贝都发生了突变，对细胞的增殖失去控制，导致细胞癌变。p53蛋白还分布于线粒体、核仁等结构，并且与细胞骨架有相互作用关系。此外，多种病毒通过扰乱p53和Rb的功能，从而抑制细胞的凋亡。

2020年10月，西班牙巴塞罗那科学技术研究所的研究团队在Nature Reviews Cancer 杂志发表了题为“A compendium of mutational cancer driver genes”的论文。

该团队对66种癌症的28076个肿瘤样本的基因组进行分析，鉴定了568个癌症驱动基因。这是迄今为止癌症驱动基因（driver genes）最完整全景图。与肿瘤相关的基因，可以分为Driver gene（驱动基因）和Passenger gene（伴随基因），驱动基因是导致肿瘤的病因，具有明确的因果关系；而伴随基因只是肿瘤发生中的偶然事件，具有某种相关性，但没有因果关系。

究人员观察到大多数基因具有高度特异性，并且其突变仅能触发少数几种肿瘤类型。其中，TP53、PIK3CA、KMT2C、ARID1A、KMT2D、LRP1B、PTEN、RB1、FAT4、KRAS，这10个基因每个的突变都能导致20多种不同类型的癌症。TP53 基因突变可导致的癌症超过50种。关于p53的生信分析和研究，仍然值得关注。

该研究数据已在 IntOGen 平台更新（ https://www.intogen.org/search ）。比如，输入TP53，可以得到TP53基因在不同肿瘤中的突变情况。在生信分析中，我们也可以使用该数据库进行分析得到自己想要的图或表。

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