大肠癌相关基因突变与大肠癌遗传易感性的研究

侯睿智，舒振波，侯睿达，刘 艳

(1.吉林大学中日联谊医院 胃肠外科，吉林 长春130033;2.吉林大学白求恩医学部；3.吉林大学中日联谊医院 超声科)

大肠癌相关基因突变与大肠癌遗传易感性的研究

侯睿智1，舒振波1，侯睿达2，刘 艳3*

(1.吉林大学中日联谊医院 胃肠外科，吉林 长春130033;2.吉林大学白求恩医学部；3.吉林大学中日联谊医院 超声科)

恶性肿瘤是一种体细胞遗传病，为相关基因结构与功能发生改变的结果，本文就大肠癌与之相关的基因突变及遗传易感性进行综述。

1 肿瘤的发生与基因突变的关系

恶性肿瘤的发生及发展与相关的基因结构及其相关的功能发生改变有关。这些基因参与调控细胞的的正常生长周期、细胞的死亡及DNA的损伤修复。基因的种系突变(germ line mutation) 在遗传性恶性肿瘤中起主要作用[1]。突变是生物进化的必要条件之一，没有突变就没有进化，就没有现代的遗传学。生物的进化是在DNA序列的变化下完成的。不断的突变积累，使得新的基因片段加入到DNA序列当中。在短暂的生命中，人类很难看到某一物种完整的进化史。通过对历史及化石的研究，人们发现物种在不同的历史时期有着不同的存在状态[2]。随着时间的推移及环境的改变，有的物种由一个物种变为另外一个物种；有的则在形态结构上发生了剧烈的不同的变化，由一个物种变为多个物种；有的则在历史的长河中消失殆尽。即使是同一物种，其基因结构也有所不同。正是基因的突变导致了上述的变化。只有基因的突变能够使物种适应不断变化的环境，物种才能够不断的进化和繁衍。大量研究结果表明，基因突变在生物进化过程中导致动物、植物乃至微生物很多单位性状内的都有差异。肿瘤遗传学具有相当的复杂性，多种基因的交互作用或者单一基因的作用都可以导致肿瘤的发生。有的基因突变只发生在一种肿瘤上，有的多种基因突变同时发生在一种肿瘤上[3]。随着基因组学的不断发展，尤其是发现和认识了肿瘤基因、肿瘤抑制基因、肿瘤转移基因及肿瘤转移抑制基因的结构和功能后，人们对肿瘤的发生及发展就有了更深一步的认识。

基因的改变可能会导致RNA的改变以及蛋白质分子的改变，蛋白质酶的改变进一步可以导致细胞分子代谢功能紊乱[4]。细胞生长，发育，分裂，分化，衰老，凋亡是受多种因素影响的。这种影响来自于生长因子，生长抑制因子，激素，受体，各种细胞多肽、细胞骨架蛋白等。但它的本质的核心是DNA分子的功能改变和表达异常。肿瘤分子生物学，它是从内部开始，研究各种生物大分子和代谢性疾病的小分子变化，着手于分子的结构和功能，探索的癌症产生的分子机制[5]。目前对各种癌基因、抑癌基因、修复基因的研究以及相关的基因产物的研究，阐述了从DNA→RNA→蛋白质→蛋白质的结构和功能的基本过程，构建了一个肿瘤形成的基本轮廓。

细胞的生长及分化紊乱可以导致细胞过度增生，细胞过度增生进一步可以导致肿瘤的发生。正常情况下细胞的增生与凋亡受体内的基因调控。原癌基因及抑癌基因正是体内一对正负调控的基因，控制细胞的增生、分化。当其中一个基因出现问题时即可导致肿瘤的发生。原癌基因的结构或者调控出现异常时，可以出现细胞的过度增生。抑癌基因具有抑制细胞增殖作用，调节细胞的发育、增生、分化，一旦其功能被抑制或丢失可其抑癌作用则会减弱或者消失[6]。肿瘤转移基因及肿瘤转移抑制基因同样是肿瘤细胞内一对重要的正负调控基因。其调控如果出现异常，可以诱发肿瘤的远处转移。基因突变，基因表达异常是肿瘤发生、发展的关键因素。

DNA保留着人类重要的遗传信息，是人类繁衍的关键物质。DNA的结构在受到外界伤害是会发生改变，但是DNA有自我修复的功能[1]。DNA作为作为遗传物质的基础，这种损伤修复机制可以保持其遗传的稳定性，降低突变率。当然，并不是发生在DNA分子上的所有损伤都可以修复。如果DNA的这种损伤得不到修复，DNA的复制和转录将会受到影响，甚至可以导致细胞的癌变。核苷酸切除修复、碱基切除修复、重组修复和错配修复是目前所知的DNA修复通路。DNA的互补双螺旋结构也是其损伤修复的一个重要基础结构，使其更易于修复[7，8]。ERCC l基因是切除修复交叉互补基因1(excision repair eross complementing 1)是人类DNA修复系统的重要成员。

2 大肠癌相关基因突变

大肠癌的发生是一个相当复杂的过程。由各种分子事件不断叠加，不断发展形成。在大肠发生、发展的过程当中，从头至尾的存在着分子事件的发生。按照其成因，可将其分为初级遗传事件，以及次级遗传事件。初级遗传事件为基因结构突变，如各种代谢酶系基因等位基因的不同，及在此基础上的不同组合，导致肿瘤发生的遗传易感性不同。次级分子事件是指在肿瘤的发展过程中基因表达发生改变，如肿瘤相关调节因子的改变。但两者均无基因结构上的变化[9]。但归结其分子事件，可将其归纳为原癌基因及抑癌基因2大类。

①显性作用的原癌基因：一般为正调节因子，与细胞的正常生长有关。癌基因激活的一个重要机制为基因突变。

A.c-myc基因：1982年Dedieu首次发现此基因。是一种反式作用因子，发生在腺瘤前阶段，定位于8q24区段。对调控正常的细胞增殖有着非常重要的作用。因为在一些生长快速的细胞中可见其高表达。有70%的结肠癌可以出现c-myc的过度表达，表达可高出正常的数倍至数十倍。C-myc基因既可以刺激细胞增殖,也可以促进细胞凋亡。C-myc基因与肿瘤发生的关系大致有三个原因：①诱导细胞周期、促进细胞增殖；②抑制细胞分化；③诱导细胞凋亡。c-myc 可通过HIF-1α调控结肠癌细胞介导血管形成，导致肿瘤进一步发展[10]。这可能是C-myc促进肿瘤生长的另一机制。Khaled IL Zalma 的研究发现C-myc在不同病理类型的结肠癌中表达也有所差异[11]。

B.Ras基因：其家族包括K-ras，N-ras，H-ras。目前认为其突变是结肠癌的早期事件。在<1 cm结直肠腺瘤中，检测到Ras基因家族点突变发生率约为10%，>1 cm结直肠腺瘤中，检测到Ras基因家族点突变发生率约为50%，且随着不典型增生的严重程度的增加其突变率也有所增高，因此基因突变率可以用来监测腺瘤是否会发生恶变。随着技术的发展，我国在33%的结直肠癌患者的粪便中寻及到突变的ras基因片段。这可以作为一种分子诊断的工具。其突变率的高低也可以用来推测肿瘤的愈后情况。有研究表明[12]K-Ras-Raf-Erk1/2途径激活导致galectin-3蛋白表达增加，从而促进肿瘤的转移。

②隐性作用的抑癌基因：隐性作用的抑癌基因：抑癌基因是一种负向调节因子，两个等位基因都存在突变时其功能及表型出现改变，细胞的增生出现紊乱，细胞分化出现异常，继而导致癌变出现。仅单一的等位基因突变时其功能及表型不会出现上述的改变。

A.APC基因：APC基因位于5q21。其表达的蛋白产物对维持正常的肠上皮细胞稳定性具有重要的作用。最早在FAP(家族性腺瘤性息肉病)中发现，FAP一种常染色体显性遗传病。当结肠外症状表现明显时，可以根据不同的结肠外表现称为 Gardner综合征或者 Turcot综合征，均有染色体5q21的遗传缺失。约有29%散发的结直肠腺瘤患者出现5q的杂合性丢失。其发病的机制可能与Knudsons[13]提出的两次打击学说相关。

B.MCC(mutated in colorectal cancer)基因的突变：MCC基因也位于5q2l，于1991年由Voglstein发现。与APC基因位点接近 。MCC是一种肿瘤抑制基因。其基因突变常见于散发结直肠癌。其突变发生率约为35%-45%。突变发生在G-C碱基对上较为常见。有研究表明，MCC能抑制肿瘤细胞生长速度，以及肿瘤细胞集落形成。

C.DCC(deleted in colorectal cancer)基因缺失或突变：DCC基因位于18q21，超过70 kD。DCC功能的丢失，可致细胞间接触能力下降、粘附能力差，可导致癌细胞去分化及转移。Akkiprik M研究发现，DCC LOH出现经常伴随着其他基因异常。在五个DCC LOH表型异常出现的患者当中有4个伴随着其他基因型异常。这可能与其预后较差相关[14]。

D.人p53基因位于17p13.1，分子量为53 kD[15]。75%结肠癌可出现17q杂合性丢失和或点突变，而在腺瘤中约有10%出现此情况。P53基因突变可出现在多种肿瘤中，如结直肠癌、肺癌、食道癌等。在结直肠癌中约半数以上的P53点突变涉及到175、248、273密码子。其LOH多发生在肿瘤晚期。WT-p53基因出现易位、突变、重排将会导致细胞周期出现异常，诱导细胞凋亡程序受损，异常细胞堆积，继而出现癌变。P53可能与患者预后相关。Tang R 等研究发现P53可作为一独立指标判定Ⅱ、Ⅲ期结肠癌术后不联合患者的预后。这类患者预后往往不佳[16]。

3 大肠癌相关基因

结肠癌的遗传易感性：外界的因素加之遗传背景，可以影响肿瘤的发生、发展过程。暴露于某一外界因素或者拥有遗传背景，就增加了某一人群的遗传易感性。

①抑癌基因的缺失突变：生长异常或者分化异常的细胞会随着抑癌基因的缺失而出现，这些异常的细胞不断的累积，导致癌症的发生，APC、DCC、MCC及p53等抑癌基因在结直肠癌的发生或者发展中出现缺失，极易受内源性或者外源性致癌物的打击，导致癌变，这样就形成一组易感人群。Gardner综合征患者及散发的结直肠癌患者当中存在着抑癌基因等位基因的缺失。60%-87%的FAP及GS患者出现APC基因突变。散发型结肠癌中MCC突变是较为常见的，突变率约为15%。APC基因突变是一种可以较早在体细胞中发现的分子事件，有研究表明研究发现检测APC基因突变可用于筛查有遗传背景的FAP家系人群。以便及早发现，及早治疗。

②DNA损伤修复系统缺陷：遗传学及流行病学研究表明结直肠癌的发生发展存在家族集中倾向。除FAP及GS外，HNPCC占结肠癌中的3%-30%。基因的突变都会导致DNA的错配修复功能障碍或者丧失，这种功能的改变使自发性突变及非自发性突变在细胞内不断的蓄积，继而导致复制错误，也相应的增加了遗传的不稳定性。MSH2、MSH3、 MSH6、MLHl、MLH3均被证实为导致Lynch综合征的错配修复基因，有学者认为错配修复基因的突变导致重复DNA序列或者DNA修复错误。从而出现DNA微卫星不稳定，微卫星的不稳定可能导致抑癌基因的失活和癌基因的激活[17]。但其具体机制尚不明确。dMMR(DNA错配修复基因)在不同人群中出现的几率不同，如在肥胖的结肠癌患者当中出现的几率低，肥胖与不良预后独立相关，dMMR有利判断肥胖患者预的后[18]。

③遗传不稳定性与结肠癌的易感性：Lynch综合征根据其是否伴随肠外恶性肿瘤的高发生率分为两种类型，LynchⅠ型和LynchⅡ型。错配修复基因突变是其发病原因。约占新发结直肠癌的2-5%。患此综合征的结肠癌患者发病年龄较一般患者早，均龄为45岁。HNPCC家系连锁分析及少数散发大肠癌患者中出现重复DNA，提示其遗传不稳定性及高易感性。

4 展望

结直肠癌的发生是遗传和环境相互共同作用的结果，是一个多基因、多步骤的过程。此外，也有各种类型的原癌基因，肿瘤抑制基因，代谢酶基因和DNA修复基因和其它协同作用的基因：当身体暴露于外部的致癌因素后，机体会通过代谢酶消除致癌物，然后原癌基因与抑癌基因协同作用来调整细胞周期，促进受损细胞凋亡，消除受损细胞的增殖、分化；当其中一个步骤出现问题时，将会导致肿瘤的发生。因此肿瘤的发生并非单一分子事件，而是多基因调控的多分子协同事件。

目前有相关研究所的一个问题：国内更多的研究是寻找新基因突变和其与肿瘤之间的易感性，然而对各个基因之间的相互作用及其作用机制较少报道。当我们讨论结肠直肠癌的原因时，不仅要分析单个基因的多态性，而且要分析环境和基因，基因和基因之间的相互作用，才能对结直肠癌有更深入的理解。

[1] Cancer risk in mutation carriers of DNA-mismatch-repair genes.Aarnio M,Sankila R,Pukkala E,Salovaara R,Aaltonen LA,de la Chapelle A,Peltomäki P,Mecklin JP,Järvinen HJ[J].Int J Cancer,1999,81(2):214.

[2]Aarts M,Dekker M,de Vries S,et al.Generation of a mouse mutant by oligonucleotide-mediated gene modification in ES cells[J].Nucleic Acids Res,2006,34(21):e147.

[3]Abdel-Rahman MH,Pilarski R,Massengill JB,et al.Lack of GNAQ germline mutations in uveal melanoma patients with high risk for hereditary cancer predisposition[J].Fam Cancer,2011,10(2):319.

[4]Abdel-Rahman WM,Ollikainen M,Kariola R,et al.Comprehensive characterization of HNPCC-related colorectal cancers reveals striking molecular features in families with no germline mismatch repair gene mutations[J].Oncogene,2005,24(9):1542．

[5]Aberdein D,Munday JS,Howe L,et al.Widespread mismatch repair expression in feline small intestinal lymphomas.[J].J Comp Pathol,2012,147(1):24.

[6]Smith MC，Luker KE，Garbow JR，et al．CXCR4 regulates growth of both primary and metastasis brest cancer[J]．Cancer Res，2004，64(23)：8604．

[7]Goode EL,Ulrich CM,Potter JD，et al．Polymorphisms in DNA repair genes and associations with cancer risk．Cancer Epidemiology Biomaskers Prev[J]．2002；11(12)：1513．

[8]Wood,R.D.,1997.Nucleotide excision repair in mammalian cells.J Biol Chem.272,23465-23458.

[9]Zhang,N.2012.ERCC1 polymorphisms and risk of adult glioma in a Chinese population:a hospital-based case-control study[J].Cancer Invest,2015,30,199.

[10]Chen C,Cai S,Wang G,et al.c-Myc enhances colon cancer cell-mediated angiogenesis through the regulation of HIF-1α[J].Biochem Biophys Res Commun.2013 Jan 11;430(2):505.

[11]Khaled IL Zalma,Wesam A,Nasif,Si-Chun Ming,et al.p53、bcl-2 and C-Myc expressions in colorectal carcinoma associatedwith schistosomiasis in Egypt[J]．Cellular Oncology，2005，27：245．

[12]Wu KL,Huang EY,Jhu EW,et al.Overexpression of galectin-3 enhances migration of colon cancer cells related to activation of the K-Ras-Raf-Erk1/2 pathway[J].J Gastroenterol,2013,48(3):350.

[13]Knudson AGJr.Hereditarycancers:fromdiscoverytointervention[J].Cancer Lett,2004,210(1):101

[14]Akkiprik M1,Ataizi-Celikel C,Düünceli F,et al.Clinical significance of p53,K-ras and DCC gene alterations in the stage I-II colorectal cancers[J].J Gastrointestin Liver Dis,2007,16(1):11．

[15]Hollstein M,Sidransky D,Vogelstein B,et al.p53 mutations in human cancers[J].Science 1991,253:49.

[16]Tang R,Wang JY,Fan CW,et al.p53 is an independent pre-treatment markers for long-term survival in stage Ⅱ and Ⅲ colorectal cancers:an analysis of interaction between genetic markers and fluorouracil-based adjuvant therapy[J].Cancer Lett,2004,210(1):101.

[17]Thibodeau SN，French AJ，CunningharrdM，et al．Microsatellite instability in colorectal cancer：different mutator phenotypes and the principal involvement of hMLHl[J]．Cancer Res，58(8)：1713．

[18]Sinicrope FA,Foster NR,Yoon HH,et al.DJAssociation of obesity with DNA mismatch repair status and clinical outcome in patients with stage Ⅱ or Ⅲ colon carcinoma participating in NCCTG and NSABP adjuvant chemotherapy trials[J].J Clin Oncol,2012,30(4):406.

1007-4287(2017)01-0173-04

2015-11-21)

*通讯作者