ATM、Chk2、p53和Rad51的表达与乳腺癌的相关性研究进展

黄 波，谈 顺

(中南大学湘雅医学院附属海口医院病理科，海南 海口 570208)

ATM、Chk2、p53和Rad51的表达与乳腺癌的相关性研究进展

黄 波，谈 顺

(中南大学湘雅医学院附属海口医院病理科，海南 海口 570208)

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，它的发生和发展是多个基因参与的复杂过程。共济失调-毛细血管扩张突变基因(ATM)和细胞周期检测点激酶2(Chk2)是重要的细胞周期检测点激酶，p53是重要的抑癌基因，重组蛋白A(Rad51)是DNA同源重组修复的主要关键酶之一。本文就乳腺癌与ATM、Chk2、p53及Rad51的相关性及意义做一简要综述。

乳腺癌；共济失调-毛细血管扩张突变基因；点激酶2；p53；重组蛋白A

近年来，乳腺癌的发病率有逐渐上升的趋势，在西方国家已经位居女性恶性肿瘤的首位[1]。在不断的临床实践中发现了许多肿瘤标记分子，这些标记分子对肿瘤的诊断、治疗、预后及评价都有至关重要的作用[2]。研究表明，乳腺癌的发生和发展受多个因素的影响，特别是与多个癌基因及抑癌基因相关，这些基因的异常具有重要的诊断和判断预后的价值[3]。共济失调-毛细血管扩张突变基因(Ataxia telangiectasia-mutated gene，ATM)[4]是与DNA损伤检验有关的一个重要基因，是直接感受DNA双链断裂损伤并起始诸多DNA损伤信号反应通路的主开关分子，其表达的蛋白是重要的细胞周期检测点激酶，参与激活、调控多种细胞周期调节因子和DNA损伤的修复。细胞周期检测点激酶2[5](Cell cycle checkpoint kinase 2，Chk2)是肿瘤抑制基因Chk2编码的丝氨酸/苏氨酸激酶，在DNA损伤引起的细胞周期检测点调节中有着非常重要的作用，它属于DNA损伤修复过程中非常关键的信号转导蛋白，参与保持基因组的稳定性。p53[6]作为抗癌基因，它编码的是一种分子量为53 kDa的蛋白质，命名为P53，能调节细胞周期和避免细胞癌变的发生，因此被称为基因组的守护者，对细胞的生长、凋亡及DNA的修复都有重要的调控作用，它的蛋白表达有助于分析患者的肿瘤易感性以及判断预后[7]。重组蛋白A(Recombination protein A，Rad51)[8]也是重要的DNA修复基因，它位于第15号染色体上，它编码的蛋白含有339个氨基酸，是DNA同源重组修复(Homologous recombination repair，HRR)的主要关键酶之一，它对维持基因的稳定性有着非常重要的作用[9]。本文就ATM、Chk2、p53及Rad51与乳腺癌发生发展的相关研究进展做一简单介绍。

1 ATM与乳腺癌的相关性及意义

ATM是肿瘤抑制基因，但当其发生突变后其抑癌功能也随之丧失。ATM基因作为现今发现的人类最大的基因之一，其位于人类染色体11q22～q23上，全长150 kb，含有66个外显子，它编码350 kDa的蛋白质，包含3 056个氨基酸，是一种大分子量的蛋白，相对分子质量约为370×103。一般情况下ATM蛋白激酶以无活性的二聚体形式存在。此外，ATM基因为核内表达，其最主要的功能区为磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)，位于ATM蛋白C末端。

肿瘤的发生取决于G1、M、S细胞周期调节的失控[10]。ATM基因是一种重要的细胞周期检测点激酶，参与细胞周期的调控。ATM基因的纯合突变或者杂合性丢失(Loss of heterozygotes，LOH)是引起共济失调毛细血管扩张症(Ataxia—telangiectasia，AT)的主要原因[11]。研究表明，携带有ATM突变基因杂合子的女性，其乳腺癌的发病率比不携带ATM突变基因的要高出2～7倍[12]。在30%～50%的浸润性乳腺癌中，肿瘤上皮细胞中ATM的表达均出现很大程度的下降或者缺失[13]，而且在散发性的乳腺癌中ATM蛋白的表达水平也有所下降[14]。研究也发现，ATM的表达在癌和癌旁组织无差别[15]。这些结果均提示ATM表达的下降与乳腺癌的发生有关。一般，ATM主要通过三条途径来参与DNA损伤的修复[16-17]，第一条途径是通过激活细胞周期检测点。ATM蛋白激酶参与DNA损伤后激活G1/S、S和G2/M，这条途径的信号通路主要有两条：其一是激活Chk2[18]，使p53被磷酸化而激活，最终使细胞不能通过检查点而导致细胞周期的阻滞；其二是通过激活Chk1，然后Chk1引起细胞周期调控因子CDC25的Ser216磷酸化，再通过抑制CDC25的活性，从而抑制M-CDK的活性，最终使细胞周期中断。第二条途径是参与细胞凋亡。ATM蛋白激酶通过调节DNA损失与死亡受体信号传递之间的相互作用来介导肿瘤细胞的凋亡[19]。第三条途径是通过调控DNA损伤的修复来参与。当DNA发生损伤时，ATM通过磷酸化其下游的Chk2、c-Abl、RPA和p53等多种蛋白来参与细胞周期检验点，这样就会使受损的DNA停滞于细胞周期检测点并对其进行修复[20]。ATM作为肿瘤抑制基因，有可能成为乳腺癌治疗的一个潜在靶点。

2 Chk2与乳腺癌的相关性及意义

Chk2基因的蛋白质产物位于人类染色体22q12.1上，其cDNA全长为1 731 bp，包含14个外显子，其中在第一个外显子上游的5'端还有一段7 kb长的非编码的外显子区域，它代表的是一种在细胞网络内种系间发生的保守信号元件，该网络可以在DNA受损时作出反应并以此来保证基因的完整性。Chk2蛋白质由543个氨基酸组成，其结构特异性区域包括三个，一个是FHA区域(112～175残基)，一个是N末端SQ/TQ群区域(20～75氨基酸残基)，一个是丝氨酸-苏氨酸激酶区(225～490残基)。

Chk2激酶的活化过程比较复杂。首先是T68位点的磷酸化，其次是激活T—loop环上的T383以及T387位点，从而启动Chk2蛋白的自磷酸化过程，最终形成能够发挥生物学作用的二聚体[21]。因此，可以说磷酸化的Chk2-T68蛋白比Chk2总蛋白更能够反映Chk2激酶的活化[21]。Chk2是在DNA受损时做出反应的重要信号转导蛋白，当DNA损伤后，Chk2激酶可以通过磷酸化途径激活其下游的多种DNA修复基因[22]。具体如下：首先激活的Chk2激酶可以磷酸化细胞周期调控因子Cdc25A的Serl23、Ser292及Serl78，然后通过多聚泛素化介导的蛋白降解途径导致Cdc25A降解，从而引起Cdc25A的效应底物周期蛋白依赖蛋白激酶2(Cyclin-dependent kinase 2，Cdk2)无法去磷酸化，最终使细胞周期素A(Cyclin A)/Cdk2复合体保持在无活性状态，引起细胞S期阻滞[23]。此外，活化的Chk2激酶还可以通过p53导致G1期阻滞[24]。再者，Chk2激酶可以磷酸化Cdc25C，使其和14-3-3蛋白相结合从而导致其活性丧失，最终致使其不能进一步活化Cdc2并且抑制Cdc2/cyclin B复合物的形成，导致G2/M期的转换停止[25]。因此，Chk2的缺陷可以导致各种类型的散发的或者遗传性的恶性肿瘤。

3 p53与乳腺癌的相关性及意义

p53基因通常分为突变型(mt p53)和野生型(wt p53)两种，定位于17p13.1。wt p53基因能够抑制肿瘤形成，而mt p53通常通过阻止wt p53结合到靶基因启动子来对抗wt p53的功能，对其施加明显的负面效应，因此mt p53可以引起细胞的转化及癌变[26]。由于wt p53蛋白半衰期很短，故用免疫组化的方法检测不到野生型的p53蛋白，但是mt p53蛋白降解速度非常缓慢并且积聚在核内，因此用免疫组化的方法能够很容易的检测到[27]。

Rohon等[28]曾经报道，可以用p53蛋白表达的程度来作为判断乳腺癌良、恶性程度的标准之一。研究显示，p53基因几乎是各种类型的肿瘤细胞形成过程中最容易发生突变的抑癌基因[4]。p53蛋白和乳腺病理组织学分级呈明显的正相关，在乳腺浸润性导管癌中的表达也显著高于癌旁正常组织，并且与淋巴结转移也有一定的相关性。如果p53基因突变，那么将会导致其半衰期延长，这样不但会丧失其抑制癌变的功能，而且还会导致其具有促癌变和抑制其他wt p53发挥作用的功能，最终导致肿瘤的发生和转移[29-30]。其具体机制如下：p53突变，p53蛋白失活，然后细胞分裂失去了节制，不能激活DNA的修复和停止细胞周期，细胞凋亡停止，最终起不了维护基因组稳定性的作用[31]。由于p53基因的突变或者缺失造成了肿瘤细胞不能正常的发生细胞凋亡，并且增加了肿瘤细胞对放化疗的抵抗性，因此重新激活p53将成为人们的又一个难题[32-33]。目前，国际及国内有关乳腺癌病理特征的研究表明，p53蛋白阳性的乳腺癌具有较强的增殖能力，并且容易发生复发及转移，预后较差[34-35]。

4 Rad51与乳腺癌的相关性及意义

Rad51是一个非常重要的DNA修复蛋白，其蛋白库编号是1B22，Rad51的关键肽段有两个，分别是191～220和231～260，与关键肽段对应的序列是YARAFNTDHQTQLLYQASAM-MVESRYALLI和DYSGRGELSARQMHLARFLRMLLRLADEFG，这也是目前人们研究较多的抑癌基因产物[36]。如果Rad51的一些关键位点上的关键氨基酸如第247位上的Arg和第205位上的Tyr等发生突变，就会造成该基因失活，最终导致肿瘤的形成。

当缺氧、电离辐射等一些可以导致DNA损伤的因素刺激细胞造成DNA双链断裂(Double—strand break，DSB)时，首先外切酶将会剪开DNA双链的5'端，留下一个3'端单链，并且该单链可以引导Rad51蛋白聚集在单链DNA上，从而最终形成聚合于DNA3’端的Rad51核蛋白丝，并通过链的转移及交换来启动同源重组过程[37]。在这个过程中，若DNA损伤的修复出现了错误，则基因组的稳定将会受到影响，并且有可能导致乳腺癌的发生。

5 结语

乳腺癌的发生和发展是很多因素、很多步骤和很长时间累加的结果，它不仅与生理生育及生活方式有关，而且和遗传有着很大的关系，其过程涉及到很多个癌基因和抑癌基因，这些基因会在乳腺癌的发生和发展中通过相互协同的方式共同起作用。ATM、Chk2、p53及Rad51四者之间相互协同，共同维持细胞基因组的稳定性，同时对损伤的基因组进行修复。因此，我们不但要仔细研究单个的相关基因，更要深入地研究多个相关基因在乳腺癌的发生和发展中的相互关系。如：当细胞的DNA受到损伤或者DNA的复制过程受到阻碍时可激活ATM，此激活状态的ATM可以进一步磷酸化来激活Chk2，而此激活状态的Chk2又可以磷酸化p53的丝氨酸Ser20位点，这就可以使p53保持稳定，同时，ATM也可通过调节p53来诱导凋亡，p53对Chk2也有负反馈的调节作用。此外，野生型的p53也可以抑制Rad51的转录[38]。如此一来，ATM、Chk2、p53及Rad51四者之间相互作用，相互协同，共同形成一个网络系统，在乳腺癌的发生发展中发挥着重要作用。只有这样才能更深层次的认识乳腺癌的发生、发展以及指导治疗和预防并判断预后。

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黄 波。E-mail：954778478@qq.com