垂体瘤老化分子机制研究进展

张铁辉（综述） 张世明（审校）

垂体瘤是颅内常见良性肿瘤，占颅内肿瘤的10%－25%［1］。临床表现为对周围组织的压迫和引起内分泌系统功能紊乱，部分垂体瘤表现具有侵袭性和较高复发率。部分垂体微腺瘤表现停止生长，微小泌乳素腺瘤能够自我消除，这说明在垂体细胞中存在老化机制，抑制细胞无限增殖和恶性转化［2］。老化机制目前认为是重要的防止肿瘤入侵屏障［3］。了解垂体细胞潜在的逃避侵袭性生长和恶性转化能力，可以深入了解肿瘤抑制通道，了解肿瘤产生机制和潜在生物学机制为分子抗肿瘤治疗提供新的途径。本文将对垂体内在老化分子机制研究进展上作一综述。

1 老化和凋亡

细胞老化由Hayflick等学者1961年提出，他们研究发现正常人的成纤维细胞经过有限代数的体外培养后就进入了一个不可逆的增殖停滞的状态，细胞生长停留在 G1－G0期，他们将此命名为复制性老化［4］。老化是一系列基因活动变化的结果，最终导致细胞生长停滞，而不是死亡。理论上肿瘤细胞不能进入老化，然而近来研究发现细胞老化对肿瘤细胞有潜在的作用。肿瘤细胞表现基因不稳定性，抑制癌基因、恢复抑癌基因活性、可以诱导细胞老化。在活体中老化仅仅表现在良性肿瘤细胞中，在恶性肿瘤细胞中没有表达［5］。

细胞老化特点为不可逆的增殖停滞，但是细胞仍保持代谢活性和可生存性。凋亡和老化共同控制组织和器官的生长，同时提升肿瘤抑制基因活性。老化是被多种刺激所诱导，包括与年龄相关的端粒酶的缩短、DNA损伤、氧化应激、化疗药物、癌基因过度表达、营养状况不良等［6，7］。DNA损伤是被持续的癌基因信号所诱发，细胞试图消除DNA损伤，阻止基因不稳定性和避免肿瘤形成。产生三个进程，细胞周期停滞、DNA损伤结构修复、产生细胞凋亡。

细胞凋亡是杀死并消除癌变倾向的细胞，而老化是不可逆地使细胞生长停滞。在癌基因刺激应答过程中细胞老化经常发生，最终导致细胞生长停滞，而不是死亡。与凋亡的细胞程序性死亡和细胞的自体吞噬相比，细胞老化可以看做是防止细胞恶变有效的屏障。垂体细胞是很少见上皮细胞类型，不经历恶性转化。垂体细胞过早的老化会摆脱致癌基因、激素和转化因子的影响。所以老化抑制细胞增殖的同时可以有效地执行其生理功能、维持内环境稳定。阻止恶性转化。

老化伴随细胞周期依赖激酶抑制剂p15、p16和p21的上调，同时伴有Rb基因磷酸化。细胞老化是上调细胞周期抑制因子水平，其中包括p19ARF，p21Cip1，p16INK4A。这两类刺激信号诱导两条信号通路：p53－p21－p Rb和 p16－p Rb通路［8］。p53和p Rb两条信号通路的核心。这种形式叫做癌基因诱导老化 OIS（oncogene－induced－senescence）。垂体瘤细胞被细胞因子和癌基因诱导产生的老化，增加β－galactosidase（牛乳糖酶）活性，改变基因表达和引起生长停滞，缓冲细胞增殖前信号，并且防止癌基因转化。

2 垂体瘤转化基因（PTTG）与老化关系

垂体瘤转化基因（Pituitary tumor transforming gene，PTTG），最早从垂体瘤细胞中检测得到，位于5号染色体长臂5q33，大多数正常成人组织中PTTG仅弱表达甚至检测不到，而胚胎肝、睾丸、胸腺组织中有高表达；文献报道，其在肺癌、乳腺癌、肝癌、白血病、淋巴瘤、结肠癌、垂体肿瘤等细胞和肿瘤细胞系 （淋巴细胞系、骨髓细胞系等）中均有高表达。研究发现，PTTG过表达可以引起活体内细胞转化，导致裸鼠肿瘤形成，促进肿瘤细胞血管生成。vlotides发现PTTG表达水平与肿瘤侵袭力、肿瘤复发、预后密切相关［9］。Abbud发现过度表达可以引起垂体异常增生和肿瘤形成［10］。近期研究发现PTTG可以调控引起垂体瘤细胞凋亡的信号通路，PTTG参与有丝分裂，DNA修复和凋亡。PTTG缺失导致大量垂体形成非整倍体细胞，造成DNA损伤CDK2活性下调、Cyclin A水平下降，触发ARF／p53／p21老化信号通路，降低RB基因磷酸化，增加γ－galactosidase表达。在垂体瘤中其过表达还可导致非整倍性细胞分裂，引起遗传不稳定性，导致细胞分裂中后期染色体不稳定性产生同时促进垂体瘤形成。激活c－myc等增殖相关基因可促进细胞增殖及成瘤，进而启动细胞恶性转化［11，12］。Zhang发现PTTG激活碱性成纤维生长因子（bFGF）导致细胞增殖，与bFGF形成正反馈环路，bFGF具有促进有丝分裂、刺激肿瘤血管生成、调控激素分泌并促进细胞有丝分裂功能［13］。这是癌基因诱导的老化在肿瘤生成的早期防止细胞进一步转化的体现。PTTG作为一种癌基因，产生的基因不稳定性和诱导产生的P21引起的老化可以限制肿瘤生长［12］。PTTG通过不同途径影响肿瘤形成。其中增殖停滞是由于PTTG过度表达引起凋亡所致。说明PTTG在肿瘤早期形成中作用。PTTG过表达会诱导正常细胞中产生类似老化型细胞。PTTG过表达诱导P53表达和限制RB蛋白表达和磷酸化。表达PTTG的纤维细胞观察到DNA损伤诱导的H2AX聚集。（1）PTTG能够和P53结合一起调节肿瘤细胞凋亡和转录活性；（2）PTTG蛋白与Ku蛋白相互作用，Ku蛋白是DNA结合蛋白，是DNA依赖蛋白调节亚组基因，调整DNA双链损伤反应［14］；（3）PTTG在体外和活体内可以分泌成纤维生长因子诱导血管生成。PTTG缺失与垂体单倍体形成和DNA损失通道活化相关。PTTG过度表达可以引起P53依赖性和P53非依赖性细胞凋亡，而在P53缺乏情况下PTTG仍可导致细胞非整倍体形成。PTTG这种既能导致细胞凋亡，又能引起细胞非整倍体形成的双重作用是独特的，其双重作用是PTTG诱导肿瘤形成的一种可能机制。作为肿瘤标记物、肿瘤的诊断、判断预后的关键可能成为肿瘤基因治疗的新靶点［15］。

3 p21、P53在垂体老化中作用

p21蛋白是目前已知具有最广泛激酶抑制活性的细胞周期抑制蛋白，通过依赖或非依赖p53途径，参与细胞生长、发育、分化、衰老及凋亡。p21CIPl／WAFl作为细胞周期负性调控因子，与细胞凋亡密切相关。p21与Cyclin－CDK复合物结合，广泛地抑制各种Cyclin－CDK复合物，如cyclinD－CDK4／CDK6、CDK2的活性，使pRb蛋白不能发生磷酸化，E2F转录因子不能释放，p21Cip1／Waf1蛋白阻止G1和S期细胞转化并且导致细胞周期停滞，使细胞周期停滞在G1期，DNA复制受抑制，从而使受损的细胞有充分的时间修复［16］。高水平P21导致依赖和非依赖p53凋亡停滞。P21表达与垂体细胞老化关系密切，能限制发育缺陷细胞继续生长。P21导致染色体的不稳定性和DNA损失信号通路的激活，并且激活p53／p21依赖的老化。缺氧等DNA损伤信号提高p53／p21水平。这些结果显示PTTG缺乏会诱发p53／p21依赖的老化通路。在多数生长激素腺瘤中PTTG过度表达和DNA损伤和依赖p21老化有关，PTTG是P21内在的促进因素。PTTG缺失和过表达都能够触发核内P21表达，核内大量p21表达能够降低PTTG缺失的Rb＋／－小鼠中垂体瘤的生长。P21缺失增加Rb＋／－Pttg－／－细胞遗传不稳定性和染色体变异，是肿瘤形成、产生突变、过度表达癌基因和肿瘤抑制基因的经典机制［12］。

p21在细胞周期DNA损伤修复调节和细胞凋亡中具有重要作用，它能抗凋亡，同时它又抑制增殖、促进凋亡，因此它具有双重性，在疾病治疗中人为的增加或减弱p21的表达可协同药物的治疗作用，细胞外调节激酶（ERK）与p21Cip1／Waf1的稳定性有关，对DNA损伤反应有潜在的抗凋亡作用，并且增加p21在细胞质中水平，发现阻止ERK释放在DNA损伤中会降低p21Cip1／Waf1细胞质中水平，增加p21Cip1／Waf1在细胞核内水平。这个结果说明在DNA损伤中ERK数量改变参与p21Cip1／Waf1细胞内位置调节［17］。DNA损伤后CDK2的活性被p21Cip1／Waf1蛋白抑制导致磷酸化RB蛋白积聚，与E2F因子相结合［16］。因此，p2l对垂体瘤细胞凋亡的影响机制的研究就显得至关重要。P53基因是重要的抑癌基因。P53蛋白作用为转录因子，调节其下游基因导致细胞周期停滞、DNA修复和程序化细胞死亡。DNA损伤是个潜在的刺激，如果损伤很严重的时候会刺激P53蛋白修复DNA损伤和诱导细胞凋亡。研究发现P53在PTTG诱导正常和肿瘤细胞生长阻滞中是必须的。p21抑制Cdk2活性，导致降低Rb磷酸化，Pttg缺失导致增加垂体细胞Cdk2活性和cyclin A蛋白水平，减少Rb磷酸化，这些可以解释垂体细胞较低增殖率和恶性转化率。

4 细胞因子对老化作用

在垂体瘤细胞老化中有很多细胞因子，基因诱导凋亡过程中激活产生细胞因子，细胞因子靠细胞内联系进行信号调节，执行和精确调节老化反应。因此，凋亡和自我吞噬是一潜在防止肿瘤恶化屏障［18］。Arzt研究发现在OIS过程中IL－6，是垂体瘤细胞增殖、调节细胞分化的重要因素［19，20］。发现在垂体瘤老化中细胞因子是重要的内因。KLF6（Kruppel－like factor6）真核锌蛋白转录因子，他通过调节其下游目标基因的转录表达而在细胞周期调控、细胞的增生分化中担任重要的角色。KLF6的缺失导致PTTG水平上调，可以产生细胞增殖、血管生成和染色体不稳定性、广泛变异，最终肿瘤形成。可以看出KLF6有其特殊的抗肿瘤特性［21］。p53／p21介导老化不能激活无功能腺瘤，但是其细胞质内充满丰富的凝集素，高凝集素水平限制细胞增殖，凝集素激活CDK抑制剂p15，p16和p27阻止细胞增殖，抑制凝集素表达增强垂体促性腺细胞增殖。显示在垂体促性腺细胞中诱导凝集素积聚会限制增殖FOXL2（一种转录因子在垂体促性腺细胞中特别表达）。FOXL2是凝集素的促进子，突出了特异的家族特异性通路限制垂体瘤细胞生长，调控无功能垂体瘤无限制生长［22］。

5 垂体瘤基因治疗现状

Leon研究发现血管内皮生长因子（VEGF）影响内皮细胞增殖和生存，所以VEGF受体是调节血管生成关键调节部位，是重要治疗靶点［23］。把VEGF作为治疗靶点，可以阻止血管生成，进而抑制肿瘤形成。临床应用贝伐单抗（Bevacizumab）对垂体癌细胞抗血管生成治疗，取得良好效果，肿瘤明显缩小。

应用替莫唑胺（TMZ）对功能型垂体腺瘤及垂体腺癌进行治疗，其疗效要好于无功能型垂体瘤［24］。研究发现替莫唑胺的作用机制主要是通过对DNA中鸟嘌呤的06和N7位置上的烷化作用而诱发细胞的凋亡。体外实验研究也表明，用MMQ、GH3和At T20三个垂体瘤细胞系进行体外培养，在各自的TMZ浓度下培育24h后均出现了显著的细胞凋亡［25］。证明TMZ抑制了细胞增殖和诱导细胞凋亡，同时也能减少PRL瘤的激素分泌，其临床应用前景较好。

6 前景展望与小结

老化是阻止肿瘤形成的屏障，垂体瘤细胞老化机制对于有效处理静止肿瘤和抑制肿瘤向恶性转化意义重大。垂体瘤大部分是良性肿瘤，很少恶性转变，存在阻止侵袭性增殖和恶性转化的机制，我们探索垂体细胞增殖控制机制，深入的研究必将发现肿瘤抑制通道和新的细胞治疗途径。

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