Ras GTPase激活蛋白在腫瘤發生中的作用

黃炎，楊繼元

(長江大學附屬第一醫院腫瘤科，湖北荊州434000)

Ras GTPase激活蛋白在腫瘤發生中的作用

黃炎，楊繼元

(長江大學附屬第一醫院腫瘤科，湖北荊州434000)

腫瘤的發生、發展是多因素、多步驟參與的復雜過程，其中Ras信號通路及其相關因子又扮演著關鍵角色。Ras基因及其相關通路的異常在多種人類腫瘤中均可檢測到。Ras-GTPase激活蛋白(Ras-GAPs)可視為一種腫瘤抑制基因的產物，它能夠激活GTP酶，使活化的Ras蛋白轉為非活化狀態，終止信號轉導，從而抑制腫瘤的發生。本文總結了關于Ras-GAPs在腫瘤中作用的研究新進展。

RAS；RAS GTPase活化蛋白；腫瘤

目前惡性腫瘤已經成為人類死亡的第一或第二位原因。據國家癌癥中心公布的最新數據顯示，全國2013年新發惡性腫瘤病例約368.2萬例，死亡病例222.9萬例。全國惡性腫瘤發病率為270.59/10萬(男性293.79/10萬，女性246.21/10萬)[1]。惡性腫瘤的形成機制復雜，其低分化性、高侵襲性和轉移性所帶來的治療難題始終困擾著人類。其中Ras基因及相關信號通路異常引起了人們較高的關注，約有30%的腫瘤患者可見到Ras基因突變。Ras-GAPs可視為一種腫瘤抑制基因的產物，它能夠激活GTP酶，使活化的Ras蛋白轉為非活化狀態，終止信號轉導，從而抑制腫瘤的發生。

迄今已發現了多種Ras GAPs基因，主要包括：神經纖維素1(neurofibrom in 1，NF1)、DAB2相互作用蛋白(DAB2-interacting protein，DAB2IP)、Ras p21蛋白活化子1(RAS p21 protein activator 1，RASA1)、Ras GTP酶激活因子(Ras-GTPase-activating-like protein，RASAL)和IQ結構的GTP酶活化蛋白2(IQ-motif-containing GTPase activating protein2，IQGAP2)等。

1 Ras GAPs的作用及其與RAS信號通路的關系

Ras基因是第一個被克隆分離的人類癌基因，Ras信號通路在調控細胞增殖、分化中有著重要作用。Ras蛋白為膜結合蛋白，位于細胞內側，作為傳感器通過連接細胞膜表面的感受器和胞內的效應器并在細胞信號的轉導中起著“分子開關”的作用[3]。在鳥苷酸交換因子(GEFs)的參與下，與Ras結合的GDP被釋放，從而形成活化的Ras-GTP復合體?；罨腞as蛋白再通過級聯反應激活信號轉導系統，進而調控細胞的增殖和分化[4]。通常活化的Ras蛋白會迅速失活，轉變為與GDP結合的非活化形式。該轉變主要是因為Ras-GAPs激活了GTP酶，水解了與Ras結合的GTP，使活化Ras蛋白失活。當Ras-GAPs因基因突變或啟動子DNA甲基化等原因導致GTP酶失去功能時，Ras蛋白及其下游的信號通路便處于持續的活化狀態，導致細胞的增殖與分化失去有序的調控，繼而促進了腫瘤的發生發展[2]。因此Ras-GAPs對于Ras信號通路起著負向調控作用。

2 Ras GAPs主要成員的結構及其功能

2.1 NF1 NF1基因是研究最多的一個Ras-GAPs基因，該基因在1987年便在17號染色體被發現，并于1990年通過定位克隆實驗確認其定位于17q11.2區。NF1基因是跨越350 kb的基因組DNA，編碼長度為11～13 kb的mRNA，包括至少60個外顯子。NF1基因編碼一種含有2 818個氨基酸，大小為327 kD的蛋白質，即神經纖維素。其中由21～27號外顯子編碼的360個氨基酸與哺乳動物GAPs基因催化區的產物有高度的序列同源性，故稱之為NF1 GAP相關區域(NFI GAP related domain，NF1-GRD)[5]。

NF1編碼的神經纖維素可以激活GTP酶，對RAS信號通路進行負向調節，故在體內主要行使腫瘤抑制功能。NF1突變頻發，且有約50%的患者是新突變，分布散在，貫穿整個NF1基因。至今尚未發現明確的突變熱點，僅發現了一些突變相對集中的區域，如外顯子4、7、13、29、31、37被認為是可能的突變熱點[6]。NF1在體內有超過1 400種突變位點，突變類型多樣，主要包括無義、錯義、框移和剪接突變等。大多位于無功能性的等位基因，但當NF1基因發生雜合突變影響到GRD區域時，會降低GAP的活性，這被認為是導致Ⅰ型神經纖維瘤病發病的主要原因之一[7]。

NF1基因與Ⅰ型神經纖維瘤病密切相關，超過90%的確診病例存在NF1基因突變[8]。Ⅰ型神經纖維瘤病臨床表現多變，且并發胃腸道、肝、肺、甲狀腺以及乳腺腫瘤的概率較正常人相比大大增加。在研究神經纖維瘤惡變為惡性周圍神經鞘瘤的機制時發現，NF1基因的雜合性缺失，p53突變以及Ras蛋白的高活性共同促進了該種惡變。NF1基因突變不僅存在于Ⅰ型神經纖維瘤病中，也存在許多其他散發腫瘤中。一項囊括超過1 500多種腫瘤相關基因的研究顯示，NF1基因在肺癌、乳腺癌、前列腺癌和卵巢癌中的整體突變率為5%～10%，僅次于TP53(33%)[9]。NF1基因與人黑色素瘤同樣關系密切，有研究證實，NF1基因在促結締組織增生性黑色素瘤中的突變率比其他亞型高4～5倍，并通常與NRAS基因的激活突變共存[10]。

2.2 DAB2IP DAB2IP是Ras-GAPs家族的新成員，DAB2IP位于9號染色體q33.1-q33.2，跨越長度約為96 kD的DNA，含有15個外顯子和14個內含子，編碼分子量為110 kD的蛋白質，其中含有1個氨基酸末端的GAPs的同源序列[11]。DAB2IP，參與調控細胞的增殖、分化和凋亡，并在多種惡性腫瘤中表達下調，因而引起了人們的廣泛關注。

目前針對DAB2IP表達及其調節機制的研究主要集中在前列腺癌。Duggan等[12]做了兩個有關侵襲性前列腺癌全基因組相關性的研究，共篩選出7個與侵襲性前列腺癌具有顯著相關性的單核苷酸多態性(SNPs)位點，其中包括一個位于DAB2IP基因上的SNP位點(rs1571801)，提示DAB2IP可作為一種評價患者預后的分子標志物。DAB2IP的表達低下不僅與前列腺癌的發病和預后相關，還與患者的放射敏感性相關。Kong等[13]研究發現，DAB2IP表達下調的前列腺癌細胞相比正常前列腺上皮細胞，對電力輻射導致的凋亡有更強的抵抗力，提示患者DAB2IP的表達情況有助于治療方案的選擇。DAB2IP的表達下調不僅見于前例腺癌，也見于腎細胞癌[14]、結直腸癌[15]和膀胱上皮癌[16]等多種人類腫瘤。體外研究則證實，DAB2IP在前列腺癌細胞以及膀胱上皮癌細胞的表達水平均低于正常細胞[16-17]，并多認為這種情況是受到DAB2IP基因啟動子DNA甲基化以及組蛋白甲基轉移酶EZH2的表觀遺傳調控。新近的研究發現，DAB2IP蛋白的功能下調還與Akt1導致的磷酸化、E3泛素連接酶SCFFbw7介導的部分降解以及腫瘤蛋白Smurf1的負向調控相關[18-19]。

2.3 IQGAP2 IQGAP2屬于近年來新發現的IQGAP蛋白家族之一，成員還包括IQGAP1和IQGAP3，其蛋白結構中均含有GRD動能區。IQGAP2基因定位在人5號染色體q13，編碼含1 575個氨基酸，分子量為180 kD的蛋白質。IQGAP2主要分布于肝臟，但在胃腸道、前列腺、甲狀腺等組織中也有表達。

以往關于IQGAP2的研究主要集中在肝細胞癌中，并發現IQGAP2具有抑制肝細胞癌發生的作用。White等[20]通過對人肝細胞癌組織和細胞株的研究發現，78%(64/82)的人肝細胞癌組織中的IQGAP2的表達明顯減少，而在正常肝臟，肝硬化以及肝腺瘤組織中IQGAP2的表達則是上調的；有趣的是，IQGAP1的表達則截然相反。Xia等[21]對肝細胞癌組織的進一步研究證實了這種相反的表達情況，并發現IQGAP2的表達下調與患者的無病生存期(DFS)和總生存率(OS)密切相關，提示IQGAP2可視為預測肝細胞癌患者預后的潛在分子標志物。IQGAP2對胃癌有同樣的抑制作用。Jin等[22]研究發現，IQGAP2在胃癌組織及其細胞株中表達低下，且有47%(28/59)的胃癌組織和55% (5/9)的胃癌細胞株存在啟動子甲基化；給予去甲基化藥物5-氮雜-2'-脫氧胞嘧啶核苷(5-aza-2'-deoxtcystine，5-Aza-dC)處理后，IQGAP2的表達量顯著增加。近期研究表明，IQGAP2與卵巢癌的發生聯系緊密。Deng等[23]在卵巢癌組織發現，IQGAP2的甲基化水平顯著提高，且與IQGAP2基因的表達量呈反比，生存分析顯示IQGAP2與患者無進展生存期(PFS)相關；體外研究則發現，IQGAP2可以抑制卵巢癌細胞的上皮間質轉化(EMT)，并通過抑制Wnt/β-catenin信號通路影響細胞的侵襲和遷移。提示IQGAP2可視為一種新的腫瘤抑制基因，并對卵巢癌的治療提供新的思路。

2.4 RASA1 RASA1是最早被發現的RAS GAPs之一，位于染色體5q13.1-14.3，共含有25個外顯子，可產生2個突變體，分別編碼含1 047和870個氨基酸的蛋白質。RASA1可通過N端的SH2-SH3-SH4結構域抑制RAS-GTPase，并阻止下游信號通路的激活；能在PDGF、EGF和CSF-1等各種生長因子的作用下，調控細胞的增殖、遷移和生存凋亡。

RASA1與乳腺癌有著密切的關系，其表達水平與乳腺癌的病理分期，淋巴結轉移及患者的預后均有相關性。Liu等[24]在研究乳腺浸潤性導管癌時發現，有60.6%(226/373)患者存在RASA1蛋白和mRNA的表達水平顯著低于正常的乳腺組織；同時，他們還發現RASA1表達水平的降低與患者的較短的OS和PFS有關。因此，RASA1的低表達水平可視為乳腺癌患者預后不良的一個預測指標。在體外實驗中，Sharma等[25]在對三陰性乳腺癌細胞的研究中發現，RASA1的表達下調，并且RASA1在m iR-206/21的調控下可以抑制RAS/ERK信號轉導通路的過度活化，說明RASA1在乳腺癌的發生發展中可能起著重要的抑制作用。RASA1在胰腺癌中亦發揮著重要的抑癌作用。秦玉璇[26]在研究胰腺癌時發現，胰腺癌組織中RASA1的表達顯著低于胰腺良性病變組織；此外，胰腺癌細胞中RASA1mRNA和蛋白的表達量較正常胰腺導管上皮細胞相比均有顯著下降，且KRAS基因野生型的胰腺癌細胞中RASA1 mRNA的表達量顯著低于KRAS基因突變型的胰腺癌細胞。RASA1在腫瘤中同時還受到啟動子DNA甲基化的表觀遺傳調控。Li等[27]在胃癌的研究中發現，胃癌細胞株再經過去甲基化藥物(5'-aza-dc)處理后，RASA1 mRNA和蛋白的表達水平均有所降低，提示RASA1在胃癌中表達受到啟動子甲基化水平的調節。近期研究還表明RASA1在惡性黑色素瘤[28]及宮頸癌[29]中同樣有著重要的抑癌作用。

2.5 RASAL1 RASAL1也是近年來新發現的一種鈣離子依賴性的RAS蛋白活性調節基因，位于人12號染色體q24.13，全長1 100 bp，包括23個外顯子。RASAL1基因在胃腸道腫瘤中表達失活被證明與其啟動子甲基化相關。潘英等[30]人在對胃癌的研究中發現，胃癌組織中RASAL1基因啟動子的甲基化率(70%)顯著高于癌旁組織(30%)，并與腫瘤的大小、分化程度以及侵襲深度均有相關性，說明RASAL1基因啟動子的高甲基化可能在胃癌的發生發展過程中起到了重要作用。Yuan等[31]在對結腸癌的研究中同樣發現，RASAL1基因啟動子區甲基化在腫瘤組織中高達67.5%(26/40)，明顯高于正常組織30%(12/40)；同時發現，RASAL1基因的甲基化率與Ras活性呈正相關，提示RASAL1的表達下降會導致Ras-GTP的滅活減少，并提高Ras蛋白及下游信號通絡的活性，對腫瘤的發生發展起到促進作用。

3 結語

Ras癌基因與人類腫瘤的關系密切，超過30%的人類腫瘤中均可見到Ras基因突變，深入研究Ras癌基因與腫瘤關系對腫瘤的診斷、治療以及判斷預后均有十分重大的意義。Ras-GAPs因可抑制Ras及其信號通路的活性，進而抑制腫瘤的發生發展而受到廣泛關注?，F研究已發現，在多種人類腫瘤中均可見到Ras-GAPs因基因突變或啟動子甲基化而表達失活，且發現去甲基化藥物可以逆轉Ras-GAPs基因的表達下調。但有關Ras-GAPs在抑制腫瘤發生的分子機制仍不甚清楚，今后的研究有望從這方面展開，并為進一步指導臨床治療提供幫助。

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Role of Ras GTPase activating proteins in tumorgenesis.

HUANG Yan,YANG Ji-yuan.Department of Oncology,the First Affiliated Hospital of Yangtze University,Jingzhou 434000,Hubei,CHINA

The occurrence and development of tumor is a multi-factor,multi-step involved process,in which the RAS signaling pathway plays an important role.Ras gene and its pathways can be detected in many human tumors.Ras-GTPase activating proteins(Ras-GAPs)can be seen as the products of a tumor suppressor gene.It can activate the GTP enzyme and hydrolyze GTP,leading to Ras protein inactivation through GTP to GDP conversion,so as to“turn off”the Ras signaling pathway.This review summarizes the progress of research about Ras GAPs in recent years.

Ras;Ras GTPase activating proteins;Tumor

R730.1

A

1003—6350（2018）13—2156—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.13.029

2016-06-06)

楊繼元。E-mail：yangjiyuanchina@163.com