癌症标志：逃避生长抑制

想象一下，您正驾车行驶在高速公路上，却突然失去了刹车。这正是当肿瘤细胞丧失那些原本用于抑制细胞增殖、维持组织稳态的分子“刹车系统”时所发生的本质变化。

在癌症的标志性特征“逃避生长抑制因子”中，癌细胞会关闭多个抑癌基因通路，这些通路负责调控细胞周期进程、细胞生长、DNA 损伤检查点和修复机制以及诱导细胞发生凋亡。这篇博文将介绍其中研究最为深入的几种基因，包括 Rb、p53、PTEN 和 CDKN2。

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踩下刹车：抑癌基因如何发挥作用

肿瘤进展通常涉及这些保护机制的失活，往往需要遗传性生殖细胞突变和体细胞改变的“双重打击”，从而使抑制细胞生长的通路失去功能。在与细胞增殖和存活有关的约 70-80 个抑癌基因中，Rb、p53、PTEN 和 CDKN2A（编码 p16 INK4A 和 p14 ARF）是研究最为深入且在多种癌症类型中改变最为频繁的代表性基因。

与这些抑癌基因相关的通路包括：

	PI3K/Akt 信号转导通路 整合生长因子信号以促进存活、新陈代谢和增殖。PTEN 通过拮抗 PIP3 积累和下游 Akt 激活来限制该通路。 获取 PI3K/Akt 信号转导通路图
	G1/S 检查点 该检查点部分受 Rb、CDK 和 CDK 抑制剂（如 p16）控制，决定细胞是否会响应促有丝分裂和抗生长信号而进行 DNA 复制。 获取 G1/S 检查点通路图
	DNA 损伤和 p53 信号转导 p53 及其下游靶标，包括 p21 和 GADD45，有助于在有丝分裂前协调 DNA 修复和细胞周期停滞，从而限制基因组损伤的传播。 获取 DNA 损伤和 p53 信号转导通路图
	Wnt/β‑Catenin 信号转导通路 APC 和相关调节因子抑制 β-catenin 驱动的转录程序，否则这些程序会增强许多上皮肿瘤的增殖和干细胞样行为。 获取 Wnt/β-Catenin 信号转导通路图
	mTOR 信号转导通路 作为营养和生长因子感知的核心节点，mTOR 汇聚来自 PI3K/Akt 激活及 PTEN 缺失等多种信号，从而驱动细胞生长和代谢重编程。 获取 mTOR 信号转导通路图

Rb：G1/S 检查点的守门人

视网膜母细胞瘤 (Rb) 蛋白是最早被发现的抑癌基因，此前人们发现 Rb 的种系突变会导致视网膜母细胞瘤，这是一种罕见的儿童眼部肿瘤。在分子水平上，Rb 与 E2F 转录因子家族结合，阻断转录共激活因子的募集，从而抑制 G1 期到 S 期转换所需基因的表达。

在正常细胞中，促有丝分裂信号激活细胞周期蛋白依赖性激酶 (CDK)，使 Rb 过度磷酸化，从而导致 Rb 与 E2F 解离，进而允许 E2F 介导的基因调控和细胞周期进程。在许多癌症中，这种抑制作用会被有效解除，要么是由于 Rb 本身发生突变，要么是由于该通路中其他基因发生突变。例如，CDK 过表达或 CDK 抑制剂 p16 INK4A 的沉默会导致 Rb 失活，从而导致 E2F 组成性活性和不受控制的增殖。

使用 Phospho-Rb (Ser807/811) (D20B12) Rabbit Monoclonal Antibody #8516 对石蜡包埋的人结肠癌组织进行免疫组织化学 (IHC) 分析。

p53 抑癌基因

p53 抑癌基因作为一种应激反应转录因子，整合来自 DNA 损伤、癌基因激活、缺氧和其他细胞应激的信号，从而决定细胞命运。p53 一旦被激活，就会根据应激的类型和严重程度诱导不同靶标基因集的转录——例如，p21 Waf1/Cip1 和 GADD45 的转录调节细胞周期，为 DNA 修复提供时间；而包括 Bax 和 Puma 在内的促凋亡因子则在损伤严重或持续存在时被诱导表达，以清除受损细胞。

在约一半的人类癌症中，p53 基因因突变或缺失而失活，从而削弱 DNA 损伤应答，进而增强肿瘤抵抗细胞死亡的能力，并导致基因组不稳定，从而加速额外致癌基因改变的获得。p53 基因也可受泛素 E3 连接酶 MDM2 的调控，MDM2 可靶向 p53 进行降解——因此，MDM2 表达或活性增加可在无需 p53 基因突变的情况下导致 p53 功能沉默。此外，翻译后修饰（包括磷酸化和乙酰化）可调节 p53 的稳定性、定位和 DNA 结合。例如，DNA 损伤后 p53 在 Ser15 位点的磷酸化会降低其与 MDM2 的结合，从而导致 p53 积累。然而，在许多肿瘤中，尽管 p53 可能仍然通过这种机制积累，但其 DNA 结合域的突变使其无法激活靶标基因，从而使受损细胞继续增殖。

对未经处理（第一张图）、经 Doxorubicin #5927（0.5 µM，24 小时）处理（第二张图）或经 Doxorubicin 处理并用 λ-磷酸酶进行后处理（第三张图）的 A549 细胞（p53 阳性）进行免疫荧光分析。Saos-2 细胞（p53 阴性）用 Doxorubicin 处理，以验证对 p53 的特异性（第四张图）。在 ProLong^® Gold Antifade Reagent with DAPI #8961（蓝色）中制备之前，使用 Phospho-p53 (Ser15) (E9Y4U) Rabbit Monoclonal Antibody #82530（绿色）和 DyLight^® 554 Phalloidin #13054（红色）对细胞进行标记。

CDKN2A 的多重作用

CDKN2A 是另一个重要的肿瘤抑制基因，在约 40% 的人类癌症中失活。该基因位点编码两个抑癌基因，即 p16 INK4A 和 p14 ARF，它们通过替代转录因子产生，并通过互补机制控制细胞周期进程。

p16 抑制细胞周期蛋白依赖性激酶的活性，阻止其与细胞周期蛋白 D 结合，从而阻断 Rb 磷酸化和 G1 期进程。同时，p14 ARF 与 MDM2 结合并将其隔离，从而稳定 p53，并促进下游靶标（如 p21 和其他促凋亡基因）的诱导，从而导致细胞周期停滞，当损伤严重时，则导致细胞凋亡。

使用 p16 INK4A (F9T1L) Rabbit Monoclonal Antibody #88667 对石蜡包埋的人卵巢浆液性乳头状癌组织进行免疫组织化学分析。

由于 CDKN2A 与 Rb 和 p53 通路均有关联，CDKN2A 突变或缺失可同时损害细胞周期检查点和凋亡反应，从而为肿瘤细胞提供强大的生长优势。CDKN2A 的这种双重影响使其成为生长抑制因子网络中的关键节点。

PTEN 突变和缺失

磷脂酰肌醇 3-激酶 (PI3K)/Akt 信号转导通路是肿瘤生长的关键驱动因素，可促进细胞存活、生长和代谢重编程，其中部分作用通过下游 mTOR 的激活实现。PTEN 编码一种脂质磷酸酶，该酶可使磷脂酰肌醇 (3,4,5)-三磷酸 (PIP3) 去磷酸化，生成磷脂酰肌醇 (4,5)-二磷酸 (PIP2)，从而抑制 PI3K 并减弱 Akt 的激活。

在许多癌症中，当 PTEN 发生突变、缺失或失活时，会导致 Akt 和 mTOR 通路持续激活，从而支持肿瘤细胞的增殖、存活及代谢重编程。因此，PTEN 缺陷型肿瘤往往表现出侵袭性临床行为，并可能对依赖完整凋亡反应或未能靶向 PI3K/Akt/mTOR 轴的治疗产生耐药性。

使用 PTEN (D4.3) Rabbit Monoclonal Antibody #9188（上图）和 Akt (pan) (C67E7) Rabbit Monoclonal Antibody #4691（下图）对不同细胞系的提取物进行蛋白质印迹分析。

其他抑癌基因

还有许多其他已明确描述的抑癌基因参与肿瘤进展，并且常与特定的肿瘤类型和组织相关。这些策略包括：

• BRCA1/2：乳腺癌易感基因 1 型和 2 型（BRCA1 和 BRCA2）的突变会增加患乳腺癌和卵巢癌的风险；这些蛋白质参与高保真 DNA 修复，因此突变会导致基因组不稳定性增加。
• APC： 腺瘤性息肉病 (APC) 在大多数家族性和散发性结直肠癌中发生突变，并在调控 β-catenin 的降解过程中发挥关键作用。β-catenin 是 Wnt 信号通路的重要下游效应因子，因此 APC 的缺失会导致增殖信号转导增强。

在 Leica BOND Rx 上使用 beta-Catenin (D10A8) Rabbit Monoclonal Antibody #8480 对石蜡包埋的人前列腺腺癌组织进行免疫组织化学分析。在某些癌症中，APC 基因突变会阻止 β-catenin 的降解，从而导致增殖信号转导增强。

• KEAP1：Kelch 样 ECH 相关蛋白 1 (KEAP1) 的突变常见于非小细胞肺癌 (NSCLC)，并会破坏其对转录因子 NRF2 的调控，导致氧化应激反应和代谢适应发生改变，从而促进肿瘤生长。
• LKB1：肝激酶 B1 (LKB1) 是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，可调节代谢信号传导，包括 AMPK。其功能缺失可促进代谢适应性改变，从而推动癌症进展。
• NF1： 神经纤维蛋白 1 (NF1) 是 Ras 的负向调控因子，其突变可导致 Ras/MAPK 信号通路过度激活，这是神经纤维瘤和其他肿瘤的典型特征。

当细胞“刹车机制”失效时的治疗机遇

肿瘤学面临的一项重大挑战在于，抑癌基因常发生缺失或失活，使得难以通过传统小分子药物直接恢复其功能。这些保护机制的丧失还可能降低肿瘤对 DNA 损伤型化疗或放疗的敏感性。例如，携带功能异常 p53 基因的肿瘤在治疗后往往无法诱导细胞凋亡。

为了解决这一问题，许多治疗策略着重利用合成致死效应或靶向由抑癌基因缺失所产生的下游脆弱性。一个经典的例子是在 BRCA1/2 缺陷型肿瘤中应用 PARP 抑制剂：通过抑制 PARP 介导的 DNA 修复，可选择性杀伤 BRCA 缺陷细胞，同时不影响同源重组功能完整的细胞。

使用 BRCA1 (E5S9G) Rabbit Monoclonal Antibody #50799 对石蜡包埋的人乳腺乳头状癌组织进行免疫组织化学分析。

随着我们对抑癌基因网络认识的不断深入，新的治疗策略不断涌现，包括恢复 p53 活性、靶向 PTEN 缺失肿瘤中过度活化的 PI3K/Akt/mTOR 信号转导通路，以及调控由 KEAP1 或 LKB1 突变所致的代谢和氧化还原通路异常。对于在疾病背景下研究正常生物学机制的研究者而言，解析这些通路在 Rb、p53、CDKN2A 和 PTEN 等关键节点处的交互作用，对于发现新的生物标志物和制定合理的联合治疗策略仍至关重要。

其他资源

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• 非突变性表观遗传重编程
• 避免免疫破坏
• 肿瘤促进炎症
• 激活侵袭和转移
• 衰老细胞
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• 抵抗细胞死亡
• 细胞代谢失调
• 揭示表型可塑性
• 持续的增殖信号

参考文献

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