细胞周期调控与肿瘤发生和治疗的关系研究

谭慧心，董彦宏，关文辉，张 鲲，徐 健

(哈尔滨医科大学 第四临床医学院 药学部，哈尔滨 150001)

细胞周期调控与肿瘤发生和治疗的关系研究

谭慧心，董彦宏，关文辉，张 鲲，徐 健

(哈尔滨医科大学 第四临床医学院 药学部，哈尔滨 150001)

在细胞周期运转过程中，有多种蛋白、复合物和细胞周期检测点等复杂物质的参与，这些物质共同调节并控制着细胞周期的运转过程.这些物质中的一种或几种产生变化，都会导致细胞周期无法向下正常转换，扰乱并使细胞周期失常，引起细胞不受控地增殖.而对参与细胞周期运转的相关蛋白进行调控，能够使肿瘤细胞的活性得到抑制，并进一步阻滞了肿瘤细胞的无限增殖，达到治疗肿瘤的目的.

细胞周期；肿瘤；研究进展

细胞是通过分裂进行繁殖的.细胞从上一次分裂完成起，到下一次分裂结束止，所经过的阶段即细胞周期，这是高度有序的细胞运转方式.在细胞周期运转过程中，有多种蛋白、复合物和细胞周期检测点等复杂物质的参与.这些物质相互影响，相互作用，共同调节并控制着细胞周期的运转过程，从而保证了细胞可以正常分化、生长和死亡.当蛋白、复合蛋白和细胞周期检测点等复杂物质发生改变时，如CDK抑制因子丢失，Cyclin/CDK复合蛋白异常表达，以及检测点功能失常等，都会导致细胞周期无法向下正常进行，细胞周期紊乱、失常，导致细胞不受控地增生，含受损DNA的异常细胞无法凋亡，从而使细胞增殖失控、无限增殖，肿瘤最终生成.因此，参与细胞周期调控的物质发生异常与肿瘤的发生发展关系重大，对参与细胞周期的相关物质进一步研究，有利于促进肿瘤治疗的发展.

1 细胞周期调控

1.1 细胞周期蛋白和周期蛋白依赖性激酶

CDK细胞周期蛋白依赖性激酶、Cyclin细胞周期蛋白和二者相互结合生成活性物质，都参与着细胞增值和分化，并与之关系密切.细胞周期蛋白随着细胞周期的改变而发生含量和种类的变化，这充分显现出其周期性特征.细胞内外存在多种信号通路，这些信号通路通过影响Cyclin表达，进一步影响相关的CDK，从而调节、控制细胞周期进程.Cyclin细胞周期蛋白是调节亚基，其在细胞各个时期中的表达量发生周期性改变，它有多种亚型，在哺乳动物中有CyclinA，B(1、2)，C，D(1、2、3)，E，F等多种亚型[1].它们分别能够与CDKs(CDK1-7)结合.CDK细胞周期蛋白依赖性激酶CDK是催化亚基，其子身并不能与底物反应，发挥磷酸化作用，当CDK与Cyclin结合形成蛋白复合物时，才能使底物磷酸化，表现出其应有的蛋白激酶活性，从而使细胞遵循细胞周期的特点不断分裂、增殖.在细胞周期的不同时相，会有不同的Cyclin/CDK异二聚体蛋白分子表达，其调控着细胞周期某一时相顺利进行，也促进着这一时相向下一时相转变.如CyclinD，表达于G1的早期，是细胞周期开始运行的重要因素，能与CDK4和CDK6等结合，将视网膜母细胞瘤蛋白P(Rb)磷酸化，表现出激酶活性，从而促进Gl/S转换和DNA启动合成[2].

1.2 细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子

细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(CDK inhibitor，CKI)，是细胞周期的负性调节因子.CKI能够对细胞继续分裂形成障碍，常常被认为具有抑癌作用.CKI由INK4和CIP/KIP两个家族构成，具有抑制Cyclin/CDK复合蛋白活性的作用.INK4家族由p15、p16、p18和p19等四个相关分子组成，CIP/KIP家族由三个结构相关的蛋白分子p21、p27和p57组成.INK4类蛋白是CyclinD-CDK4和CyclinD-CDK6的特别抑制因子.CIP/KIP类蛋白，能够结合大部分Cyclin/CDK蛋白复合物，从而使其功能受到控制.如高浓度p21对CyclinD/CDK4具抑制作用[3]，但最近的研究显示，低浓度p21是可以促进CyclinD/CDK4合成的.不过，INK4类蛋白与CIP/KIP类蛋白的抑制机制并不相同，INK4类蛋白主要是与细胞周期蛋白竞争CDK的结合位点，从而表达出抑制功能[4].而CIP/KIP类蛋白则是优先结合CyclinD/CDK复合蛋白，从而发挥抑制作.

与抑癌基因P53间接作用于细胞周期不同，CKI基因是直接与Cyclin/CDK复合蛋白或CDK蛋白激酶结合，发挥抑制作用，从而起到对细胞周期进行调节的作用.同时与P53在肿瘤中的异常表达不同，CKI在肿瘤中的异常主要有三方面，一是基因不表达，二是纯合性丢失，三是基因突变. CKI基因在肿瘤细胞中时常发生丢失或突变，这降低了CKI对CDK的负向调节作用.

1.3 细胞周期检测点

1.3.1G1期检测点

CyclinD会在细胞的G1期发生积累，当达到一定浓度时，就会和CDK4、CDK6发生相应的反应，形成CyclinD/ CDK4和CyclinD/ CDK6复合蛋白，该复合蛋白可以与视网膜母细胞瘤蛋白相互作用，使其发生磷酸化后激活E2F，从而启动有关基因表达、转录，推动细胞通过检测点，并开始进行DNA复制，使细胞由G1期向S期转换.如果CyclinD的表达发生阻碍，细胞将不能由G1期向S期进行转换，而其表达过盛就会减短G1期时长.而CKI分子通过和Cyclin竞争CDK反应位点或和Cyclin/CDK直接作用，抑制复合蛋白的活性，使其不能将pRb磷酸化，E2F得不到释放，从而使细胞由G1期向S期的转换受到阻碍.

1.3.2S期检测点

在细胞周期S期，有CyclinE/CDK2复合蛋白形成，这是DNA开始复制的重要因素.而CyclinA在CyclinE之后累积表达，形成CyclinA/CDK1复合物，促进DNA合成.近来有研究表明，在大鼠肝再生手术中，术后24 hDNA合成达到高峰，而同时CyclinA的高表达也发生在这一时间，这说明S期DNA合成与CyclinA的表达密切相关.另外，当细胞已经发生DNA损伤但顺利转入S期时，开始进行DNA复制的速度变得十分缓慢甚至延迟，这对扫清DNA复制发生前受损的细胞有重要作用.同时，发生DNA损伤的细胞自身也会使细胞周期紊乱，推迟细胞进人M期的时间.这一机制保证了细胞分裂时基因组转录的忠实性，同时有阻碍病变细胞增殖的作用.

1.3.3G2/M期检测点

在细胞周期的G2期，此时细胞已经通过细胞周期S期，CyclinA、D和E发生降解，CyclinB却慢慢得到积累，并与相应的CDK相结合，形成CyclinB/CDC2复合物.有研究表明CDC2是细胞启动有丝分裂的至关重要的因素.在S和G2期早期，CyclinB/CDC2以非活化形式进行积累，使得相关蛋白激酶对CDC2上 Thr-14、Tyr-15位点持续磷酸化，维持了其失活状态.在G2期晚期，磷酸酶CDC25c被激活，通过Thr-14、Tyr-15位点的去磷酸化反应，使CDC2激活，推动细胞周期向下进行.

2 细胞周期调控与肿瘤治疗

2.1 细胞周期调控异常与肿瘤发生

细胞周期的进程是通过各个调节因素彼此的交互作用来进行调控的，各个调节因素间保持动态平衡，从而为细胞正常运转提供保障.其中无论哪种调整因素表达量过高或过低，异常活化或失活，都会破坏彼此之间的动态平衡，从而使检测点发挥监测作用的能力被改变，非正常细胞躲避了细胞周期监测，这成为癌症发生和发展的基础.

2.1.1细胞周期蛋白和周期蛋白依赖性激酶异常

细胞周期蛋白Cyclin是细胞周期的正性调控因子，其过度表达会导致细胞周期调控异常，使癌变发生.研究发现，CyclinD的高表达，会导致检测点调节功能不完善，细胞周期进程速度增快，异常细胞得不到调控，发生不受控制的分裂和增殖，产生癌变.如CyclinD、E的过表达在食管癌、结直肠癌、甲状腺癌、前列腺癌、乳腺癌和T细胞白血病等多种疾病中均有体现.Cyclin细胞周期蛋白过表达将改变CDK活性.而另一方面，细胞周期蛋白依赖性激酶CDK本身也会出现过表达或不表达等变化，从而导致肿瘤的产生.有研究显示，CDK4蛋白在恶性黑色素瘤中有高表达，在良胜皮肤痣中不表达，这使CDK4的过表达成为恶性黑色素瘤的一个特点，但CDK细胞周期蛋白依赖性激酶参与肿瘤发生是否具有普遍性，仍有待深入研究.

2.1.2细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子异常

细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子CKI缺失或突变，会导致细胞不受调节和控制的增殖，为肿瘤的发生创造了条件.在细胞周期中有一个重要的周期调节环路，即pl6-CyclinD-CDK4-pRb调节环路.其在细胞周期G1期，通过p16抑制CDK4活性，使其无法作用于pRb，导致E2F释放受到抑制，阻碍了细胞由G1期向S期的转换.在许多种类型不同的癌症中，这一途径的改变普遍发生，而最常见的是pl6发生突变.在急性白血病、鼻咽癌间皮瘤、恶性胶质瘤等肿瘤中均可见pl6的突变.

2.1.3检测点异常

细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖性激酶及其蛋白复合物等正性调节因子的高表达，和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子等负性调节因子的缺失或突变，将造成检测点发挥有利作用的功能下降、接受刺激的能力改变，导致细胞在应对外源性刺激时发挥作用滞后，使细胞不可控的分裂和增殖.如果G1期检测点原有作用被改变，就不能阻止发生DNA损伤的细胞向S期转换，使有DNA损伤的细胞发生复制，导致肿瘤细胞生成.在多种肿瘤细胞中，无论进人S期的细胞DNA是否有损伤，仍可激活CyclinB/CDC2蛋白，这表明在肿瘤细胞中有调节T14/Y15磷酸化的功能缺失.此外，M期检测点发生功能障碍，会使有染色体错排的细胞进人G1期.

2.2 细胞周期调控与肿瘤治疗

细胞周期调控在肿瘤治疗方面起到什么作用，值得进行深入的研究.细胞的分化、增殖、凋亡和衰老都受到细胞周期调控.下调肿瘤细胞中Cyclin的表达[5]，上调CKI表达，可以使肿瘤组织中CDK的活性得到抑制，从而阻滞肿瘤细胞的无限增殖，与此同时保护了正常细胞不受损害，这是治疗肿瘤的全新理念.

在当前研究阶段，对抗肿瘤药物的探索多将侧重点放在对细胞周期的调节与控制方面.有研究表明，水飞蓟宾(Silybin)可以控制肿瘤细胞无限增殖，这可能与其对细胞周期蛋白及其蛋白激酶的调控有关[6].研究人员以胃癌为研究对象，进行体外研究，发现水飞蓟宾不仅能够有效阻滞胃癌细胞的增殖，还能使细胞周期蛋白Cyclin B1和细胞周期蛋白依赖性激酶CDK1的表达量降低.在临床治疗中，将紫杉醇和水飞蓟宾联合给药，对胃癌患者进行治疗，有显著的治疗效果.研究发现，腺苷是治疗卵巢癌的有效物质，可以抑制人卵巢癌 OVCAR-3 细胞的增殖并引起细胞凋亡，其是通过CyclinD1/CDK4通路来发挥作用的[7].大部分的肿瘤细胞，其细胞周期正常调控能量基本被破坏，这就使细胞分化受阻、生长失控、凋亡异常的产生成为可能，导致肿瘤细胞无限增殖.对正常组织有保护作用，对肿瘤细胞有调节其细胞周期归于正常的作用和诱导其发生周期阻滞和凋亡作用的新药和新治疗手段，将成为今后治疗肿瘤的新方法之一[8].

近年来，在临床治疗中免疫治疗和基因治疗正逐步应用于肿瘤治疗中.免疫治疗，是指将有杀伤作用的细胞因子导入受体细胞，通过细胞对机体的刺激提高机体的自身免疫对肿瘤的抵抗能力，从而使肿瘤细胞的增殖得到控制.基因治疗包括反义寡核苷酸、RNA干扰技术、胞内抗体技术和药物敏感基因治疗等.这些新的治疗手段大部分已将方向定位于对细胞周期的调控上.因此，细胞周期调控对肿瘤的治疗有十分重大的意义.

[1] 胥健敏, 步 宏, 杨光华. CyclinD1与人类肿瘤[J]. 中华病理学杂志, 1999, 28(3): 224-226.

[2] 齐 晖, 戴 勇. 细胞周期调节正负控蛋白[J]. 中国病理生理杂志, 1999, 15(10): 956-958.

[3] LABAER J, GAERRTT M D, STEVENSON L F,etal. New functional activities for P21 family of CDK inhibitors [J]. GenesDev, 1997, 11: 847.

[4] CULUMREN B, ROBERTS J M. Cell cycle-cancer [J]. J National Cancer Institute, 1995, 87: 1499.

[5] YU Q, GENG Y, SICINSKI P. Specific protection against breast cancers by cyclinD1 ablation[J]. Nature, 2001, 411: 1017-1021.

[6] LIN S, YU H S. Clinical significance of nucleostemin expression and its correlation with cyclin D1 expression in malignant ovarian tumors [J]. Int J Gynecol Cancer, 2011, 21(7): 1166-1171.

[7] CHOSCHZICK M, HESS S, TENNSTEDT P,etal. Role of cyclin D1 amplification and expression in vulvar carcinomas [J]. Hum Pathol, 2012, 43(9): 1386-1393.

[8] BLAGOSKLONNY M V, PARDEE A B. Exploiting cancer cell cycling for selective protection of normal cells [J]. Cancer Res, 2001, 61: 4301-4305.

Relation of cell cycle regulation with occurrence and treatment of tumor

TAN Hui-xin, DONG Yan-hong, GUAN Wen-hui, ZHANG Kun, XU Jian

(Department of pharmacy, Fourth Clinical Medical College, Harbin Medical University, Harbin 150001, China)

In the process of cell cycle operation, many proteins, complexes and cell cycle checkpoints are involved in, which adjust and control the running process of the cell cycle together. If one or several of these material changes, a normal transformation of cell cycle will not be obtained, and cell cycle will be disrupted and disordered causing cell proliferation not controlled. By adjusting and controlling operation involved in cell cycle related proteins, the activity of tumor cells can be suppressed. The infinite proliferation of cancer cells can be further blocked achieve the goal of treatment of tumor.

cell cyclen; tumor; research process

2015-10-10.

黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12541571).

谭慧心(1977-)，女，主管药师，研究方向：抗肿瘤中药.

R730.23

A

1672-0946(2015)06-0667-04