KRAS基因在胰腺癌发生发展中的作用

荚敏，黄培林

(东南大学医学院，江苏 南京 210009)

胰腺癌是临床上常见的且死亡率极高的一种消化系统恶性肿瘤。早在2008年估计全球范围内胰腺癌发病即为27.7万例，死亡26.6万例[1]。2007年，中国肿瘤登记地区肿瘤发病与死亡分析报告显示：胰腺癌发病位于第7位，死亡率位居第6位[2]。寻求合适的预测诊断分子、研究有效的治疗手段一直是目前国内外专家的工作重点。

早在1988年，人们就发现了原癌基因KRAS和胰腺癌之间的关系[3]，后续的大量研究结果显示，大多胰腺肿瘤中都存在KRAS基因突变。然而，不论是将KRAS分子作为胰腺癌的特异性生物标志物的研究，还是尝试通过抑制KRAS分子的活性来治疗肿瘤的研究都均以失败告终。近年来，随着一些新技术的出现，新的研究结果提示，过去我们对KRAS及胰腺癌的很多认识是不准确的。那么KRAS与胰腺癌的关系究竟如何？作者就KRAS基因在胰腺癌发生发展中作用的相关研究进展作一综述。

1 KRAS基因及其突变

1.1 KRAS基因

KRAS基因属于RAS基因家族中一员，含有4个编码外显子和1个5′端非编码外显子，共同编码含189个氨基酸的膜结合型KRAS蛋白[4]。KRAS蛋白通过与GTP/GDP结合来调节细胞生长、分化，形成细胞内一种调节“开关”。当KRAS蛋白与GDP结合时，“开关”关闭，不能激活下游的信号通路。而在鸟苷酸交换因子(guanine nucleotide exchange factors，GEFs)的作用下，GTP与GDP发生交换，形成KRAS- GTP复合物，此时则可以激活下游信号通路，使“开关”处于开放状态。部分KRAS下游信号分子同时还可以促进GEFs的转化作用，促进KRAS活化，形成一种正循环。然而KRAS并不总处于开放状态，KRAS本身具备一定的自限性GTP水解活性，此外，细胞内存在一种GTP酶激活蛋白(GTPase- activating proteins，GAPs)可以激活GTP酶水解GTP为GDP，使“开关”重新关闭，从而使KRAS活化处于一种动态平衡中[5]。

1.2 KRAS 基因突变

在正常细胞内，KRAS通过与GTP或GDP与循环结合使细胞的生长、分化处于平衡稳态中。但当KRAS基因发生突变时，特别是KRAS与GAPs蛋白结合位点发生改变时[6]，GTP水解障碍，KRAS蛋白则一直处于活化状态，影响信号转导途径，使信号传递通路处于持续激活状态，从而导致细胞向恶性转化成为癌细胞[5]。

KRAS基因突变一般发生在肿瘤恶变的早期[7]，KRAS基因常见的突变位点多在2号外显子的第12、13密码子，且多以点突变形式出现。其常见的3种突变类型是GGT>GAT(G12D)、GGT>GTT(G12V)、GGC>GAC9 G13D)[8]。

2 KRAS突变与胰腺癌关系

研究显示，几乎所有的胰腺肿瘤中都存在KRAS突变[9- 10]。然而KRAS与胰腺癌的关系是复杂的：一方面并非所有KRAS分子均会与GTP结合，即使与GTP结合也不一定能产生KRAS激活的下游效应，其他的因素，例如细胞内部的布局可能会影响KRAS- GTP与下游效应分子的结合[11]；另一方面，即使KRAS与GTP结合并激活了下游信号通路也不一定能够使胰腺细胞发生癌变。很多研究发现，在健康人的不同器官里，如胰腺、结肠、肺等都可能存在突变状态的KRAS分子[12]。有人认为，启动肿瘤的发生需要KRAS活跃达到一定程度，来保证其能激活下游信号通路[9]。因此，即使KRAS已经发生了突变，还需要有其他因素(内源性或外源性的)来促进肿瘤的发生。

3 KRAS在胰腺癌发生中的作用

KRAS突变不仅在肿瘤中存在，随着年龄的增长，肺、胰腺、结肠以及其他正常组织中也会发生KRAS突变。既然KRAS突变如此常见，为什么只有小部分人会患病呢？一种最新的观点认为，原癌基因KRAS并不总处于激活状态[13]。换句话说，仅仅有KRAS基因还不足以使细胞癌变，还可能需要其他的内在或外在的环境因素来增加KRAS活动阈值，去除肿瘤形成过程中的障碍。

有人认为，上皮生长因子、炎症刺激等可以刺激KRAS激活，在KRAS诱导的胰腺癌中扮演重要角色[14]。而非甾体类抗炎药或各类抗氧化药物不仅可以降低肿瘤发生风险，也能够抑制KRAS的活性。除此之外，人们还发现细胞本身对高水平KRAS活动具有一定的耐受性。KRAS的高表达压力可能直接导致细胞衰老或凋亡[15]。那些能够抑制细胞凋亡的因素，如抑癌基因如p16或p53[16]的丢失则可能阻止KRAS高表达压力所带来的细胞凋亡，从而最终引起肿瘤的发生。不过有一些反对派也坚持认为，KRAS本身就能抑制细胞衰老，抑制p16的表达[17]。然而不管怎样，如果没有KRAS突变，不论是炎症状态还是抑癌基因丢失本身都不足以直接启动胰腺癌的发生[18]。由此可见，KRAS在胰腺癌的发生中至关重要。

4 KRAS在胰腺癌进展中的作用

虽然大量的证据显示KRAS在胰腺癌的形成中非常重要，但过去人们对KRAS在胰腺癌发展维持中的作用了解相对较少。近年来，随着胰腺癌基因工程鼠模型的创建，人们对KRAS在胰腺癌形成中的作用有了进一步的认识。

4.1 胰腺癌形成的早期

胰腺癌细胞的基因组高度不稳定，每个肿瘤的形成都是积累了数百种突变的结果[12]。从一个正常的胰腺细胞发展成突变的细胞需要很多步，每一步都需要基因表达的改变。显然，胰腺癌从形成到突变并不是都相同的。早期的人类胰腺上皮内瘤变内存在KRAS突变，通常不伴有其他基因改变[19]，然而，肿瘤的进展则需要在抑癌基因例如p16失活的情况下才能发生。在人体，散在的KRAS突变是可能发生的，大多情况下这些细胞会以凋亡的形式被清除掉，而那些获得其他突变从而逃逸凋亡的细胞则发生癌变。

近年来，研究者们创建了一种可以逆转胰腺KRAS表达的老鼠模型，称为KRAS*或iKRAS鼠[20-21]。与常规表达内源性KRAS蛋白的KC鼠不同，iKRAS鼠并不是从内源性KRAS位点表达KRAS，但其表达水平却与内源性相当。予以iKRAS鼠应用蛙皮素(caerulein)可以引起急性胰腺炎，从而形成胰腺上皮内瘤变。胰腺内广泛的炎症可导致胰腺腺管损伤，使腺管向导管的转化。在正常情况下，胰腺组织修复随后迅速进行，胰腺将在1周内恢复到正常组织形态。然而iKRAS鼠的胰腺组织在应用蛙皮素后并不能迅速修复[20，22]，腺管向导管转变形成发育不良的导管结构，周围广泛纤维化，3周内几乎所有的导管结构呈现出胰腺上皮内瘤变的组织结构。

研究发现，iKRAS鼠需要额外的突变才能从早期的损伤进展为腺癌，这也与人类胰腺癌的发展过程类似[23]。在人类胰腺肿瘤中通常可以检测到多重抑癌基因的丢失、失活或者突变。在老鼠中，存在抑癌基因以不同概率散在的丢失，其比率依赖于炎症的程度以及KRAS的活动水平。例如，在表达内源性KRAS的KC鼠，抑癌基因P53在肿瘤发展的最后阶段突变或者丢失。在表达高水平KRAS的人造LGL鼠模型中，p16迅速发生丢失[24]。其可能机制为，高水平的KRAS为胰腺癌细胞丢失p16提供一种选择压力，从而逃逸KRAS介导的细胞凋亡[15]。

为了探究KRAS信号在这些改变中的作用，人们研究了在不同阶段KRAS表达失活所带来的不同影响。在胰腺上皮内瘤变的早期，KRAS失活使发育不良的导管表达腺管基因而使导管基因失活，调节上皮细胞重新分化。如果在胰腺上皮内瘤变晚期KRAS失活，细胞则会发生凋亡。研究发现，携带有p53失活的iKRAS鼠能够迅速形成胰腺癌，并且伴有高度穿透能力，因此被用来研究侵袭瘤中KRAS失活带来的影响。结果显示，此时KRAS失活则引起肿瘤细胞增殖、生存能力丢失，从而引发肿瘤迅速退化[20- 21]。然而，并不是所有的肿瘤细胞在KRAS失活时都立即死亡，事实上有一部分的肿瘤细胞保持着一种休眠状态[25]，一旦KRAS复活则迅速恢复生长，这些休眠细胞则有可能发展成为癌干细胞。这一结果表明，KRAS不仅在肿瘤形成中重要，在肿瘤的发展过程中也同样重要。

4.2 胰腺癌进展

胰腺癌的微环境中包含了广泛存在的炎症介质，KRAS在肿瘤的免疫炎症微环境中同样发挥着作用。在胰腺上皮内瘤变形成的最早期，损伤诱导间叶来源的细胞形成成纤维细胞和胰岛星状细胞。胰腺上皮内瘤变的形成和进展阶段则伴随着免疫细胞的浸润[26]，而KRAS的失活则可以解除与胰腺癌相关的慢性炎症状态。

KRAS可以调节维持微环境介质的各种因子，如白细胞介素-6(interleukin- 6，IL- 6)、前列腺素E[27]，这些因子都以一种KRAS依赖的形式表达[20]。炎症细胞因子IL-6在胰腺肿瘤中的过表达对于老鼠胰腺上皮内瘤变发展很重要[28]。前列腺素E通过前列腺素受体4直接作用于星状细胞，促进基质生成[27]。

同样，浸润在胰腺癌中的免疫细胞似乎也受KRAS的调节。在鼠胰腺癌模型中，胰腺上皮内瘤变组织中浸润有多种免疫细胞，包括抑制免疫反应的调节性T细胞、骨髓来源的抑制性细胞[26]。表达KRAS的肿瘤通过旁分泌方式分泌细胞因子，如粒细胞集落刺激因子[29]，募集骨髓来源的抑制细胞，从而抑制抗肿瘤的免疫反应。KRAS失活导致所有的浸润免疫细胞数量下降。因此，胰腺癌内的炎症微环境似乎在以一种胰腺自己的方式受KRAS调节，形成一种KRAS-炎症正反馈机制。然而还有哪些细胞、哪些因子参与其中，其作用机制如何目前并不清楚。

4.3 胰腺癌进展

与其他实体瘤不同，胰腺癌内存在大量结缔组织而缺乏血管，形成一种乏氧微环境[30]。而胰腺癌细胞似乎可以通过多种机制来适应这种低氧环境。例如通过改变糖酵解途径降低其对Krebs循环的依赖来提高糖代谢[31]。最近也有研究显示，胰腺癌细胞也可以通过控制代谢相关基因转录的调节因子来适应其代谢变化[26]。因此，那些能够通过作用于KRAS或其效应分子，从而改变肿瘤细胞代谢或是损伤肿瘤细胞维持高水平糖酵解能力的药物，则有望用于治疗胰腺癌[32]。

5 结 语

目前的研究结果表明，持续稳定高水平KRAS活性对于胰腺癌的形成是必须的。虽然其中很多具体机制目前仍不十分清楚，但是，KRAS与胰腺癌发生、发展的密切关系可以为临床胰腺癌防治新途径提供理论依据。例如KRAS受上游信号调节，可通过调整饮食或者生活方式预防炎症反应从而降低激活KRAS的可能性。此外，KRAS失活的研究表明，KRAS激活不仅在肿瘤的形成中非常重要，在肿瘤的发展维持中同样必不可少。因此，KRAS将可能成为将来治疗胰腺癌的一个重要靶点。

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