细胞周期蛋白Ｄ1与乳腺癌发生、发展及预后(1)
肿瘤是一种细胞周期性疾病，细胞周期的失调在肿瘤发生、发展过程中起着关键性的作用。细胞周期蛋白(cyclins)是在从酵母到人类等真核生物中有广泛作用的分子，它与细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinases,CDKs)、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子(cyclin-dependent kinase inhibitors,CKIs)一起参与细胞周期调控。本文就cyclin D1在乳腺癌的发生、发展及预后中的研究作一综述。
1细胞周期及其调控因子
目前已经发现细胞周期蛋白cyclin有: cyclin A～K及其亚型共15种，CDKs有10种: CDK1～10。但是在细胞生长周期中发挥主要作用的只有: cyclin A，B，D和E，以及CDK 1，2，4和6。根据cyclin调控的不同时相又可分为G1期细胞周期蛋白(cyclin C、D、E)、G2期细胞周期蛋白(cyclin A)和M期细胞周期蛋白(cyclin B)。CDK在大部分细胞中恒定表达，而cyclin的合成与降解仅仅发生在细胞周期的某一时相。正常的细胞周期调控有2个主要检查点(check point)，即G1-S和G2-M[1]。细胞周期的调控主要是通过以磷酸化和去磷酸化为基础的cyclin-CDK-CKI途径实现的。其中cyclin的周期性积累与降解对细朐周期的进程起着关键的作用，不同的cyclin在不同的时期通过与相应的CDK结合与分离，导致CDK的活化与失活，使一系列底物如pRB磷酸化与去磷酸化，对DNA合成与有丝分裂等进行调控。CKI则能与cyclin-CDK复合物结合，而抑制CDK的催化活性。因此， cyclin对CDK进行正调控，而CKI对CDK进行负调控，一旦这种正负调控的平衡被破坏，细胞就可能异常增殖进而恶变。CKIs作为CDK的抑制因子可分为两类家族：一类是INK4 (inhibitor of CDK4)家族，包括p16INK4a、p15INK4b、p18INK4c、p19INK4d。这些因子可以特异性结合cyclin D-CDK4/6复合物，发挥抑制作用;另一类是包括p21CIP/WAF1、p27kip1、p57kip2的CIP/KIP家族，这一类抑制因子与INK4家族相比较，其与复合物的结合是非特异性的，它不但可以和cyclin D-CDK4/6结合，还可以结合cyclin A/E-CDK2。
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2CyclinD1结构和功能特点
1991年Motkura等首先在《Nature》上报道了cyclin D1。cyclin D1由CCND1基因编码，主要与CDK4/6结合，并形成复合体，对G1期调控及启动DNA合成有重要意义。
Cyclin D1又称PRAD1、CCND1、BCL-1，为目前公认的癌基因，位于11q13，长约15kb，含5个外显子，4个内含子，编码的蛋白含295个氨基酸残基，分子量34kD[2]。第56~141位氨基酸序列为保守序列，称为细胞周期蛋白盒(cyclin box)，其N末端含有能与pRB的C端相结合的Leu-X-cys-X-E序列。C末端存在一个PESI序列，富含pro、Glu、Ser、Asp和Thr残基，与蛋白降解有关，cyclin D1半衰期很短，约为30min。
在生理状态下，细胞进入S期后cyclin D1迅速分解。如cyclin D1基因激活，则cyclin D1持续高表达，将导致G1期缩短，提前进入S期，使细胞增殖失控，最终形成肿瘤。cyclin D1于G1初期开始累积，于DNA合成前达峰值，S期含量最低。生长因子可通过c-myc，k-ras等诱导cyclin D1的表达，使其呈周期性变化。在正常细胞周期中，cyclin D1与CDK4形成复合物cyclin D1-CDK4，使Rb蛋白磷酸化，由此解除了Rb这种抑癌基因调控G1期停滞的作用，使Rb失去抑制转录因子E2F启动DNA合成的功能，使细胞周期从G1期进入S期，完成细胞增殖[3]。
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3Cyclin D1乳腺癌表达特点及其机制
Cyclin D1作为候选癌基因最早见于甲状旁腺癌，后被证实参与多种实体瘤的分子病理机制，其中最有临床意义的是乳腺癌。Cyclin D1表达并不限于某种病理类型，并且cyclin D1蛋白聚集在乳腺癌进展的各个阶段持续存在。cyclin D1在正常乳腺组织、癌变危险性大的良性病变、导管内癌及浸润性导管癌中蛋白表达率和基因扩增率在有细胞不典型增生的情况下较高，几乎接近浸润性癌，表明 cyclin D1基因扩增和蛋白过表达发生于恶性组织学改变之前。但Kandel等[4]研究4888例乳腺良性疾病，其中92例以后发展为乳腺癌，他们发现cyclin D1蛋白表达率和基因扩增率在未发展为癌的良性疾病和以后发展为癌的良性疾病之间并无显著性差异。
3.1Cyclin D1与ER的关系在正常乳腺组织，cyclin D1和ER正相关，且随着年龄增长表达增加。乳腺癌ER可诱导cyclin D1过表达， cyclin D1过表达的乳腺癌更倾向于ER阳性，组织分化程度高，因此对内分泌治疗效果可能会更好。研究表明[5]：诱导的cyclin D1表达是由核ERa/SP1和依赖蛋白激酶A通路调控的。在ER阳性的ZR-75乳腺癌细胞，17β-雌二醇(E2)诱导的cyclin D1表达中有多个启动子元件发挥了重要作用，cyclin D1启动子活化的机制与细胞内的有丝分裂原有关，在cyclin D1启动子的近端区域有3个GC丰富区及在-143区和-110区有结合SP1的位点。有作者认为雌激素可能通过细胞外信号调控激酶或依赖蛋白激酶A转录因子的活化引起细胞周期G1期的进展。
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Cyclin D1与ER相互作用的机制。交叉激活: Zwijsen等1997年首先报道了cyclin D1在受体结构中加强ER效应元件(estrogen response elements,ERE)的转录活性。cyclin D1可与结合或未结合配体的ER的EF区域结合，从而增强ER与ERE的结合。在没有雌激素的情况下，也可观察到ERE的交叉激活。热休克蛋白及其他转录活性蛋白可能参与cyclin D1结合EF的过程。共刺激蛋白机制:cyclin D1与转录共刺激分子SRC-1家族结合，使其在ER周边聚集。Moreno Bueno等[6]报道cyclin D1基因突变可使其蛋白对降解酶反应性降低，这可能是cyclin D1过表达的一种新机制。
3.2Cyclin D1与HER 2的关系体外研究表明，有丝分裂信号通过受体酪氨酸激酶家族成员(ErbB家族)传导，尤其是EGFR(ErbB1)和HER-2(ErbB2)。cyclin D1是ErbB信号传导的主要靶点，其调节发生于转录水平及翻译后水平。cyclin D1还可通过所有ErbB信号传导下游靶点调节，如Ras、Raf、MEK和Rac等。ErbB阴性患者，雌激素可诱导cyclin D1过表达，但这并不是cyclin D1基因扩增的结果。cyclin D1在多个癌基因调控通路上起重要作用， Yu等[7]利用基因靶(gene targeting)方法建立了缺乏cyclin D1基因的小鼠模型，发现这些小鼠不会被neu和ras癌基因诱导发展为癌，而对其他的癌基因通路如c-myc、Wnt是敏感的。可见，neu-ras是通过cyclin D1而发挥促癌变功能。大约50%的乳腺癌存在c-neu(C-erbB-2、HER-2)基因扩增或过表达，因此，对Neu-Ras通路激活的乳腺癌患者给予抗cyclin D1治疗是必要的。
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1细胞周期及其调控因子
目前已经发现细胞周期蛋白cyclin有: cyclin A～K及其亚型共15种，CDKs有10种: CDK1～10。但是在细胞生长周期中发挥主要作用的只有: cyclin A，B，D和E，以及CDK 1，2，4和6。根据cyclin调控的不同时相又可分为G1期细胞周期蛋白(cyclin C、D、E)、G2期细胞周期蛋白(cyclin A)和M期细胞周期蛋白(cyclin B)。CDK在大部分细胞中恒定表达，而cyclin的合成与降解仅仅发生在细胞周期的某一时相。正常的细胞周期调控有2个主要检查点(check point)，即G1-S和G2-M[1]。细胞周期的调控主要是通过以磷酸化和去磷酸化为基础的cyclin-CDK-CKI途径实现的。其中cyclin的周期性积累与降解对细朐周期的进程起着关键的作用，不同的cyclin在不同的时期通过与相应的CDK结合与分离，导致CDK的活化与失活，使一系列底物如pRB磷酸化与去磷酸化，对DNA合成与有丝分裂等进行调控。CKI则能与cyclin-CDK复合物结合，而抑制CDK的催化活性。因此， cyclin对CDK进行正调控，而CKI对CDK进行负调控，一旦这种正负调控的平衡被破坏，细胞就可能异常增殖进而恶变。CKIs作为CDK的抑制因子可分为两类家族：一类是INK4 (inhibitor of CDK4)家族，包括p16INK4a、p15INK4b、p18INK4c、p19INK4d。这些因子可以特异性结合cyclin D-CDK4/6复合物，发挥抑制作用;另一类是包括p21CIP/WAF1、p27kip1、p57kip2的CIP/KIP家族，这一类抑制因子与INK4家族相比较，其与复合物的结合是非特异性的，它不但可以和cyclin D-CDK4/6结合，还可以结合cyclin A/E-CDK2。
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1991年Motkura等首先在《Nature》上报道了cyclin D1。cyclin D1由CCND1基因编码，主要与CDK4/6结合，并形成复合体，对G1期调控及启动DNA合成有重要意义。
Cyclin D1又称PRAD1、CCND1、BCL-1，为目前公认的癌基因，位于11q13，长约15kb，含5个外显子，4个内含子，编码的蛋白含295个氨基酸残基，分子量34kD[2]。第56~141位氨基酸序列为保守序列，称为细胞周期蛋白盒(cyclin box)，其N末端含有能与pRB的C端相结合的Leu-X-cys-X-E序列。C末端存在一个PESI序列，富含pro、Glu、Ser、Asp和Thr残基，与蛋白降解有关，cyclin D1半衰期很短，约为30min。
在生理状态下，细胞进入S期后cyclin D1迅速分解。如cyclin D1基因激活，则cyclin D1持续高表达，将导致G1期缩短，提前进入S期，使细胞增殖失控，最终形成肿瘤。cyclin D1于G1初期开始累积，于DNA合成前达峰值，S期含量最低。生长因子可通过c-myc，k-ras等诱导cyclin D1的表达，使其呈周期性变化。在正常细胞周期中，cyclin D1与CDK4形成复合物cyclin D1-CDK4，使Rb蛋白磷酸化，由此解除了Rb这种抑癌基因调控G1期停滞的作用，使Rb失去抑制转录因子E2F启动DNA合成的功能，使细胞周期从G1期进入S期，完成细胞增殖[3]。
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Cyclin D1作为候选癌基因最早见于甲状旁腺癌，后被证实参与多种实体瘤的分子病理机制，其中最有临床意义的是乳腺癌。Cyclin D1表达并不限于某种病理类型，并且cyclin D1蛋白聚集在乳腺癌进展的各个阶段持续存在。cyclin D1在正常乳腺组织、癌变危险性大的良性病变、导管内癌及浸润性导管癌中蛋白表达率和基因扩增率在有细胞不典型增生的情况下较高，几乎接近浸润性癌，表明 cyclin D1基因扩增和蛋白过表达发生于恶性组织学改变之前。但Kandel等[4]研究4888例乳腺良性疾病，其中92例以后发展为乳腺癌，他们发现cyclin D1蛋白表达率和基因扩增率在未发展为癌的良性疾病和以后发展为癌的良性疾病之间并无显著性差异。
3.1Cyclin D1与ER的关系在正常乳腺组织，cyclin D1和ER正相关，且随着年龄增长表达增加。乳腺癌ER可诱导cyclin D1过表达， cyclin D1过表达的乳腺癌更倾向于ER阳性，组织分化程度高，因此对内分泌治疗效果可能会更好。研究表明[5]：诱导的cyclin D1表达是由核ERa/SP1和依赖蛋白激酶A通路调控的。在ER阳性的ZR-75乳腺癌细胞，17β-雌二醇(E2)诱导的cyclin D1表达中有多个启动子元件发挥了重要作用，cyclin D1启动子活化的机制与细胞内的有丝分裂原有关，在cyclin D1启动子的近端区域有3个GC丰富区及在-143区和-110区有结合SP1的位点。有作者认为雌激素可能通过细胞外信号调控激酶或依赖蛋白激酶A转录因子的活化引起细胞周期G1期的进展。
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Cyclin D1与ER相互作用的机制。交叉激活: Zwijsen等1997年首先报道了cyclin D1在受体结构中加强ER效应元件(estrogen response elements,ERE)的转录活性。cyclin D1可与结合或未结合配体的ER的EF区域结合，从而增强ER与ERE的结合。在没有雌激素的情况下，也可观察到ERE的交叉激活。热休克蛋白及其他转录活性蛋白可能参与cyclin D1结合EF的过程。共刺激蛋白机制:cyclin D1与转录共刺激分子SRC-1家族结合，使其在ER周边聚集。Moreno Bueno等[6]报道cyclin D1基因突变可使其蛋白对降解酶反应性降低，这可能是cyclin D1过表达的一种新机制。
3.2Cyclin D1与HER 2的关系体外研究表明，有丝分裂信号通过受体酪氨酸激酶家族成员(ErbB家族)传导，尤其是EGFR(ErbB1)和HER-2(ErbB2)。cyclin D1是ErbB信号传导的主要靶点，其调节发生于转录水平及翻译后水平。cyclin D1还可通过所有ErbB信号传导下游靶点调节，如Ras、Raf、MEK和Rac等。ErbB阴性患者，雌激素可诱导cyclin D1过表达，但这并不是cyclin D1基因扩增的结果。cyclin D1在多个癌基因调控通路上起重要作用， Yu等[7]利用基因靶(gene targeting)方法建立了缺乏cyclin D1基因的小鼠模型，发现这些小鼠不会被neu和ras癌基因诱导发展为癌，而对其他的癌基因通路如c-myc、Wnt是敏感的。可见，neu-ras是通过cyclin D1而发挥促癌变功能。大约50%的乳腺癌存在c-neu(C-erbB-2、HER-2)基因扩增或过表达，因此，对Neu-Ras通路激活的乳腺癌患者给予抗cyclin D1治疗是必要的。
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