APC基因与家族性腺瘤性息肉病.docx

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APC基因与家族性腺瘤性息肉病

APC基因与家族性腺瘤性息肉病

　　作者：

杨银学,魏军，张东，王立斌

【关键词】腺瘤性息肉病

【摘要】家族性腺瘤性息肉病（familialadenomatouspolyposis,FAP）是一种常染色体显性遗传病，该病的发生与结肠腺瘤性息肉病基因（adenomatouspolyposiscoli,APC）突变密切相关.大多数APC基因突变的结果是在其下游形成提前的终止密码，使APC蛋白呈“截短”改变，从而导致APC蛋白功能的障碍.该基因容易发生自发的胚系突变，在结肠直肠腺瘤演变为癌的过程中起重要作用.

　　【关键词】APC基因；突变；腺瘤性息肉病

　　1APC基因

　　概述1986年APC基因首次由Herrera在一位患有直肠肿瘤及智力缺陷的Gardner综合征的患者染色体上发现，该患者的5号染色体长臂上有一段缺失.随后发现APC基因是FAP的致病基因.APC基因是一个很大的管家基因,全长含有一个8538bp的开放式可读框架，共15个外显子，6个可变地表达.其中第15外显子独自含有6571个bp，组成77％的编码区，是人类已知最大的外显子，它共编码2843个氨基酸.转录产物mRNA分子为kb,在很多细胞和组织中均有表达.Miyoshi等根据在多种肿瘤（包括结肠直肠肿瘤）中常见杂合子5q21的缺失，将APC基因归为肿瘤抑制基因.在微细胞融合技术中，通过向结肠癌细胞系中转染含5q21区的正常第5号染色体，可逆转该肿瘤的恶性表现.然而一旦去除转染的第5号染色体，该细胞系又恢复了恶性行为，这表明5q21区确实存在着结肠癌的抑制基因.另一方面，在FAP癌变患者中，5q21区高频发生的杂合性丢失现象也支持了APC基因属于肿瘤抑制基因.

　　基因突变APC基因突变类型主要有点突变和框架移码突变,前者包括无义突变,错位突变和拼接错误,后者包括缺失和插入.APC基因突变有300多种,这些突变遍及整个基因，60%以上的突变位于第15号外显子的5′端.其中密码子第1286～1513号之间的10%左右的编码区集中了约65%的体细胞突变,被称为突变密集区（MCR）.大部分突变属于错位突变，由缺失或1~8个碱基对的插入引起.大约95%的突变结果是在下游形成提前的终止密码子,使APC蛋白呈截短改变，这可能削弱了APC蛋白固有的抑制细胞增殖功能，从而导致APC蛋白功能的障碍；Jarvinena等［1］认为这些APC截短蛋白可以结合于野生型APC蛋白，并对野生型蛋白具有显性负效应,使之失活而导致肿瘤发生.目前国内外关于APC基因突变的研究很多，不同的报道所选择的研究目的基因也大都不相同，但大部分以研究15号外显子突变为主.Miyaki等［2］报道日本人在MCR以密码子1260~1453段突变率最高；国内王艳等［3］报道在1339~1436密码子区域突变率最高,1260~1359密码子区域突变率最低；而高枫等［4］将1337~1453段分为两段，分别设计引物扩增，也证实了上述说法.

　　蛋白APC基因编码蛋白复合物可分成两个大区：

羧基端区占75％，氨基端区占25％.靠近氨基端的部分含有大量亮氨酸残基并具有与肌球蛋白、中间丝蛋白局部同源的序列；靠近羧基端的区域含有较多的丝氨酸残基、酸性氨基酸和脯氨酸残基.这两个区域内存在螺旋螺旋结构，提示蛋白与蛋白之间的相互作用.APC蛋白的结合特性的研究提示，氨基端是同质寡聚反应的关键.另外，起始的171个残基对复合物形成起主要作用，在这171个残基中，前45个残基又是关键.大多数APC基因突变产生的蛋白为171残基之外的剪切所致.一般说来，截去末端的蛋白仍保留继续寡聚的潜力，还可构成灭活复合物，这就从本质上说明了突变蛋白的优势效应.APC蛋白的主要作用是与β连环蛋白和E钙黏附蛋白相互作用而影响细胞黏附及细胞间信号传递，是β连环蛋白的负性调节子.β连环蛋白基因位于3q21,编码蛋白分子质量约92ku.蛋白结构包含有α连环蛋白、APC和Ｅ钙黏附蛋白的结合位点.高水平的β连环蛋白可通过GSK3β使得APC蛋白磷酸化,从而促进其对β连环蛋白的降解效率,使胞质内β连环蛋白水平保持在一种平衡状态.通过对APC基因突变的研究,人们发现，部分APC基因MCR的突变，可导致APC蛋白虽能与β连环蛋白结合,但却不能降解β连环蛋白［5］,提示在肿瘤发生中,APC基因突变的一个关键意义是失去对β连环蛋白的调节.因为APC蛋白的β连环蛋白结合位点是高度保守的,证明突变型APC蛋白与β连环蛋白形成复合物的能力在肿瘤的发生中非常重要［6］.此外，APC蛋白还结合微管，在细胞分裂和移动中起作用.APC可通过调控周期素依赖周期素激酶复合物的活性而调节细胞周期，它还通过诱导凋亡而介导其在结肠腺瘤发生中的作用，故被誉为结肠上皮完整性的分子性“门卫”.APC基因的突变可改变APC蛋白与β连环蛋白及E钙黏附蛋白之间的平衡，导致细胞细胞、细胞基质之间黏附作用以及接触抑制信号传递的改变，引起细胞分裂与细胞死亡之间的平衡失调，以致生长失控，成为结直肠癌的一个限速的分子因素［7］.

　　2APC基因突变和FAP的发生

　　APC基因常见于家族性腺瘤性息肉病法及聚合酶链反应单链构象多态分析法，在检测FAP患者中APC基因突变与病理类型之间关系时发现，虽然FAP轻中度腺瘤存在着APC基因的胚系突变，但APC基因的LOH发生率却极低.然而自重度腺瘤向黏膜内癌侵润发展的各病理类型中，LOH的发生率显着增加.而且在侵润癌中，观察到了APC基因胚系突变与LOH同存的现象.这些现象表明了APC突变基因的杂合子状态足以使FAP早中期腺瘤的形成，而APC基因突变加上杂合性丢失，则与向癌的进一步转化有关.

　　此外，突变定位与FAP的临床表现也有一定联系.研究发现，APC基因最靠近5′端的突变产生轻型肿瘤表型，而靠近3′端MCR的突变产生重型表型［10］.带状瘤与15号外显子的1445~1578密码子之间的突变有关，其近侧的突变先天性视网膜色素上皮增生为阴性，而远侧的突变CHRPE为阳性；在密码子1403~1578之间的截短型突变与Gardner综合征有关;而另外一种缩减型息肉病患者的突变常位于APC基因第3，4号外显子的5′末端和密码子1578的3′端［11］.基因型与表型之间的关联可以用正常APC分子间的二聚体作用来解释.远侧的突变靠近3′端，产生一段较少截短的蛋白质，可与野生型APC蛋白质结合并干扰其功能；而靠近5′端的突变产生严重截短的蛋白质，不能二聚体化，使野生型蛋白质保持正常功能.除该病表现的差异外，息肉数目也与突变位点有一定联系.通常认为，息肉数目1000以下为稀疏型，数目在5000以上为密集型.密码子1249附近的突变及密码子1465远端突变与稀疏型有关，而密码子1250与1330之间的突变与密集型有关.此外，密码子1309点突变与胃肠道症状较早出现有关.

　　虽然APC基因突变直接导致FAP发生，但其意义不只限于FAP病，在非FAP的散发性结直肠肿瘤中同样观察到了APC基因的突变［12］.这表明APC基因突变不仅与FAP发生有关，而且涉及非FAP的散发性结直肠肿瘤.并且，APC基因突变发生于小于1cm腺瘤的事实，提示APC基因突变是结直肠肿瘤发生过程中的早期事件.

　　3APC基因突变检测方法

　　通过检测APC基因突变,可筛选出FAP家族成员高危患者,也可用于评估结直肠癌的疗效和预后,所以检测APC基因变化对预防、早期诊断及早期治疗结直肠癌具有重大意义［13］.检测APC基因突变的方法报道较多,大致分为3类.第1类,直接序列分析,PCRSSCP法.检测APC基因高度多态性DNA标记,不必对整个庞大的APC基因所有外显子进行检测［14］.应用微卫星多态性标记进行LOH分析是目前抑癌基因定位和等位基因丢失研究中最经常采用的方法.APC基因等位丢失亦常出现在散发性结直肠癌中,LOH发生率为35%～45%［15］.此类方法适合于较小片段基因（100～500bp）突变的检测,对APC基因需分成40个相互重叠的片段来检测,费时,费力.第2类,包括异源脱氧核糖核酸分子（DNA）分析法（Hdxa）和错配化学清除/羟胺锇酸酐（CCM/HOT）等.一次可检测较大片段的DNA,减少受检片段,如CCM/HOT法使之降到25个片段.然而,仍要对外显子进行突变检测,需较大片段的序列分析来确定,对APC基因检测也非简便的方法.第3类,是针对基因突变产生终止密码而表达不全蛋白质（截短蛋白质）来设计的.如体外合成蛋白质试验（IVSP法）和蓝/白选择试验,可以检测大片段的DNA或RNA,又能选择性发现产生终止密码的突变,与蓝/白选择试验不同的是,IVSP法还可根据不全蛋白大小来确定突变的位点.通过对APC基因进行体外合成蛋白质及等位基因特异性表达的测定,可以更有效地检测到不能被PCRSSCP法所检测到的APC基因突变.

　　总之，由于APC基因突变与FAP早期发生密切相关，且FAP具有较高的遗传倾向，这种疾病如果不加治疗，其恶变率几乎达到100%，所以对APC基因的定位及其功能的研究对于FAP的早期诊断和治疗显得尤为迫切和重要［16］.如果说最初APC基因的发现为FAP的分子诊断学提供了理论基础，则目前APC基因的研究进展正使针对这种疾病的分子诊断方法成为可能.相信通过对APC基因的进一步研究，不仅会有更实用的基因检测诊断方法问世，而且可能得到针对肿瘤发生机制的特异性基因治疗方法.

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