Ras GTPase激活蛋白在肿瘤发生中的作用

黄炎，杨继元

(长江大学附属第一医院肿瘤科，湖北荆州434000)

Ras GTPase激活蛋白在肿瘤发生中的作用

黄炎，杨继元

(长江大学附属第一医院肿瘤科，湖北荆州434000)

肿瘤的发生、发展是多因素、多步骤参与的复杂过程，其中Ras信号通路及其相关因子又扮演着关键角色。Ras基因及其相关通路的异常在多种人类肿瘤中均可检测到。Ras-GTPase激活蛋白(Ras-GAPs)可视为一种肿瘤抑制基因的产物，它能够激活GTP酶，使活化的Ras蛋白转为非活化状态，终止信号转导，从而抑制肿瘤的发生。本文总结了关于Ras-GAPs在肿瘤中作用的研究新进展。

RAS；RAS GTPase活化蛋白；肿瘤

目前恶性肿瘤已经成为人类死亡的第一或第二位原因。据国家癌症中心公布的最新数据显示，全国2013年新发恶性肿瘤病例约368.2万例，死亡病例222.9万例。全国恶性肿瘤发病率为270.59/10万(男性293.79/10万，女性246.21/10万)[1]。恶性肿瘤的形成机制复杂，其低分化性、高侵袭性和转移性所带来的治疗难题始终困扰着人类。其中Ras基因及相关信号通路异常引起了人们较高的关注，约有30%的肿瘤患者可见到Ras基因突变。Ras-GAPs可视为一种肿瘤抑制基因的产物，它能够激活GTP酶，使活化的Ras蛋白转为非活化状态，终止信号转导，从而抑制肿瘤的发生。

迄今已发现了多种Ras GAPs基因，主要包括：神经纤维素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结构的GTP酶活化蛋白2(IQ-motif-containing GTPase activating protein2，IQGAP2)等。

1 Ras GAPs的作用及其与RAS信号通路的关系

Ras基因是第一个被克隆分离的人类癌基因，Ras信号通路在调控细胞增殖、分化中有着重要作用。Ras蛋白为膜结合蛋白，位于细胞内侧，作为传感器通过连接细胞膜表面的感受器和胞内的效应器并在细胞信号的转导中起着“分子开关”的作用[3]。在鸟苷酸交换因子(GEFs)的参与下，与Ras结合的GDP被释放，从而形成活化的Ras-GTP复合体。活化的Ras蛋白再通过级联反应激活信号转导系统，进而调控细胞的增殖和分化[4]。通常活化的Ras蛋白会迅速失活，转变为与GDP结合的非活化形式。该转变主要是因为Ras-GAPs激活了GTP酶，水解了与Ras结合的GTP，使活化Ras蛋白失活。当Ras-GAPs因基因突变或启动子DNA甲基化等原因导致GTP酶失去功能时，Ras蛋白及其下游的信号通路便处于持续的活化状态，导致细胞的增殖与分化失去有序的调控，继而促进了肿瘤的发生发展[2]。因此Ras-GAPs对于Ras信号通路起着负向调控作用。

2 Ras GAPs主要成员的结构及其功能

2.1 NF1 NF1基因是研究最多的一个Ras-GAPs基因，该基因在1987年便在17号染色体被发现，并于1990年通过定位克隆实验确认其定位于17q11.2区。NF1基因是跨越350 kb的基因组DNA，编码长度为11～13 kb的mRNA，包括至少60个外显子。NF1基因编码一种含有2 818个氨基酸，大小为327 kD的蛋白质，即神经纤维素。其中由21～27号外显子编码的360个氨基酸与哺乳动物GAPs基因催化区的产物有高度的序列同源性，故称之为NF1 GAP相关区域(NFI GAP related domain，NF1-GRD)[5]。

NF1编码的神经纤维素可以激活GTP酶，对RAS信号通路进行负向调节，故在体内主要行使肿瘤抑制功能。NF1突变频发，且有约50%的患者是新突变，分布散在，贯穿整个NF1基因。至今尚未发现明确的突变热点，仅发现了一些突变相对集中的区域，如外显子4、7、13、29、31、37被认为是可能的突变热点[6]。NF1在体内有超过1 400种突变位点，突变类型多样，主要包括无义、错义、框移和剪接突变等。大多位于无功能性的等位基因，但当NF1基因发生杂合突变影响到GRD区域时，会降低GAP的活性，这被认为是导致Ⅰ型神经纤维瘤病发病的主要原因之一[7]。

NF1基因与Ⅰ型神经纤维瘤病密切相关，超过90%的确诊病例存在NF1基因突变[8]。Ⅰ型神经纤维瘤病临床表现多变，且并发胃肠道、肝、肺、甲状腺以及乳腺肿瘤的概率较正常人相比大大增加。在研究神经纤维瘤恶变为恶性周围神经鞘瘤的机制时发现，NF1基因的杂合性缺失，p53突变以及Ras蛋白的高活性共同促进了该种恶变。NF1基因突变不仅存在于Ⅰ型神经纤维瘤病中，也存在许多其他散发肿瘤中。一项囊括超过1 500多种肿瘤相关基因的研究显示，NF1基因在肺癌、乳腺癌、前列腺癌和卵巢癌中的整体突变率为5%～10%，仅次于TP53(33%)[9]。NF1基因与人黑色素瘤同样关系密切，有研究证实，NF1基因在促结缔组织增生性黑色素瘤中的突变率比其他亚型高4～5倍，并通常与NRAS基因的激活突变共存[10]。

2.2 DAB2IP DAB2IP是Ras-GAPs家族的新成员，DAB2IP位于9号染色体q33.1-q33.2，跨越长度约为96 kD的DNA，含有15个外显子和14个内含子，编码分子量为110 kD的蛋白质，其中含有1个氨基酸末端的GAPs的同源序列[11]。DAB2IP，参与调控细胞的增殖、分化和凋亡，并在多种恶性肿瘤中表达下调，因而引起了人们的广泛关注。

目前针对DAB2IP表达及其调节机制的研究主要集中在前列腺癌。Duggan等[12]做了两个有关侵袭性前列腺癌全基因组相关性的研究，共筛选出7个与侵袭性前列腺癌具有显著相关性的单核苷酸多态性(SNPs)位点，其中包括一个位于DAB2IP基因上的SNP位点(rs1571801)，提示DAB2IP可作为一种评价患者预后的分子标志物。DAB2IP的表达低下不仅与前列腺癌的发病和预后相关，还与患者的放射敏感性相关。Kong等[13]研究发现，DAB2IP表达下调的前列腺癌细胞相比正常前列腺上皮细胞，对电力辐射导致的凋亡有更强的抵抗力，提示患者DAB2IP的表达情况有助于治疗方案的选择。DAB2IP的表达下调不仅见于前例腺癌，也见于肾细胞癌[14]、结直肠癌[15]和膀胱上皮癌[16]等多种人类肿瘤。体外研究则证实，DAB2IP在前列腺癌细胞以及膀胱上皮癌细胞的表达水平均低于正常细胞[16-17]，并多认为这种情况是受到DAB2IP基因启动子DNA甲基化以及组蛋白甲基转移酶EZH2的表观遗传调控。新近的研究发现，DAB2IP蛋白的功能下调还与Akt1导致的磷酸化、E3泛素连接酶SCFFbw7介导的部分降解以及肿瘤蛋白Smurf1的负向调控相关[18-19]。

2.3 IQGAP2 IQGAP2属于近年来新发现的IQGAP蛋白家族之一，成员还包括IQGAP1和IQGAP3，其蛋白结构中均含有GRD动能区。IQGAP2基因定位在人5号染色体q13，编码含1 575个氨基酸，分子量为180 kD的蛋白质。IQGAP2主要分布于肝脏，但在胃肠道、前列腺、甲状腺等组织中也有表达。

以往关于IQGAP2的研究主要集中在肝细胞癌中，并发现IQGAP2具有抑制肝细胞癌发生的作用。White等[20]通过对人肝细胞癌组织和细胞株的研究发现，78%(64/82)的人肝细胞癌组织中的IQGAP2的表达明显减少，而在正常肝脏，肝硬化以及肝腺瘤组织中IQGAP2的表达则是上调的；有趣的是，IQGAP1的表达则截然相反。Xia等[21]对肝细胞癌组织的进一步研究证实了这种相反的表达情况，并发现IQGAP2的表达下调与患者的无病生存期(DFS)和总生存率(OS)密切相关，提示IQGAP2可视为预测肝细胞癌患者预后的潜在分子标志物。IQGAP2对胃癌有同样的抑制作用。Jin等[22]研究发现，IQGAP2在胃癌组织及其细胞株中表达低下，且有47%(28/59)的胃癌组织和55% (5/9)的胃癌细胞株存在启动子甲基化；给予去甲基化药物5-氮杂-2'-脱氧胞嘧啶核苷(5-aza-2'-deoxtcystine，5-Aza-dC)处理后，IQGAP2的表达量显著增加。近期研究表明，IQGAP2与卵巢癌的发生联系紧密。Deng等[23]在卵巢癌组织发现，IQGAP2的甲基化水平显著提高，且与IQGAP2基因的表达量呈反比，生存分析显示IQGAP2与患者无进展生存期(PFS)相关；体外研究则发现，IQGAP2可以抑制卵巢癌细胞的上皮间质转化(EMT)，并通过抑制Wnt/β-catenin信号通路影响细胞的侵袭和迁移。提示IQGAP2可视为一种新的肿瘤抑制基因，并对卵巢癌的治疗提供新的思路。

2.4 RASA1 RASA1是最早被发现的RAS GAPs之一，位于染色体5q13.1-14.3，共含有25个外显子，可产生2个突变体，分别编码含1 047和870个氨基酸的蛋白质。RASA1可通过N端的SH2-SH3-SH4结构域抑制RAS-GTPase，并阻止下游信号通路的激活；能在PDGF、EGF和CSF-1等各种生长因子的作用下，调控细胞的增殖、迁移和生存凋亡。

RASA1与乳腺癌有着密切的关系，其表达水平与乳腺癌的病理分期，淋巴结转移及患者的预后均有相关性。Liu等[24]在研究乳腺浸润性导管癌时发现，有60.6%(226/373)患者存在RASA1蛋白和mRNA的表达水平显著低于正常的乳腺组织；同时，他们还发现RASA1表达水平的降低与患者的较短的OS和PFS有关。因此，RASA1的低表达水平可视为乳腺癌患者预后不良的一个预测指标。在体外实验中，Sharma等[25]在对三阴性乳腺癌细胞的研究中发现，RASA1的表达下调，并且RASA1在m iR-206/21的调控下可以抑制RAS/ERK信号转导通路的过度活化，说明RASA1在乳腺癌的发生发展中可能起着重要的抑制作用。RASA1在胰腺癌中亦发挥着重要的抑癌作用。秦玉璇[26]在研究胰腺癌时发现，胰腺癌组织中RASA1的表达显著低于胰腺良性病变组织；此外，胰腺癌细胞中RASA1mRNA和蛋白的表达量较正常胰腺导管上皮细胞相比均有显著下降，且KRAS基因野生型的胰腺癌细胞中RASA1 mRNA的表达量显著低于KRAS基因突变型的胰腺癌细胞。RASA1在肿瘤中同时还受到启动子DNA甲基化的表观遗传调控。Li等[27]在胃癌的研究中发现，胃癌细胞株再经过去甲基化药物(5'-aza-dc)处理后，RASA1 mRNA和蛋白的表达水平均有所降低，提示RASA1在胃癌中表达受到启动子甲基化水平的调节。近期研究还表明RASA1在恶性黑色素瘤[28]及宫颈癌[29]中同样有着重要的抑癌作用。

2.5 RASAL1 RASAL1也是近年来新发现的一种钙离子依赖性的RAS蛋白活性调节基因，位于人12号染色体q24.13，全长1 100 bp，包括23个外显子。RASAL1基因在胃肠道肿瘤中表达失活被证明与其启动子甲基化相关。潘英等[30]人在对胃癌的研究中发现，胃癌组织中RASAL1基因启动子的甲基化率(70%)显著高于癌旁组织(30%)，并与肿瘤的大小、分化程度以及侵袭深度均有相关性，说明RASAL1基因启动子的高甲基化可能在胃癌的发生发展过程中起到了重要作用。Yuan等[31]在对结肠癌的研究中同样发现，RASAL1基因启动子区甲基化在肿瘤组织中高达67.5%(26/40)，明显高于正常组织30%(12/40)；同时发现，RASAL1基因的甲基化率与Ras活性呈正相关，提示RASAL1的表达下降会导致Ras-GTP的灭活减少，并提高Ras蛋白及下游信号通络的活性，对肿瘤的发生发展起到促进作用。

3 结语

Ras癌基因与人类肿瘤的关系密切，超过30%的人类肿瘤中均可见到Ras基因突变，深入研究Ras癌基因与肿瘤关系对肿瘤的诊断、治疗以及判断预后均有十分重大的意义。Ras-GAPs因可抑制Ras及其信号通路的活性，进而抑制肿瘤的发生发展而受到广泛关注。现研究已发现，在多种人类肿瘤中均可见到Ras-GAPs因基因突变或启动子甲基化而表达失活，且发现去甲基化药物可以逆转Ras-GAPs基因的表达下调。但有关Ras-GAPs在抑制肿瘤发生的分子机制仍不甚清楚，今后的研究有望从这方面展开，并为进一步指导临床治疗提供帮助。

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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)

杨继元。E-mail：yangjiyuanchina@163.com