FHIT基因与肿瘤.docx

1、FHIT基因与肿瘤FHIT基因与肿瘤【关键词】 FHIT摘要：结合关于FHIT基因分子生物学的新发现，对FHIT基因的结构、功能及与肿瘤的关系进行了综述。关键词：FHIT基因；肿瘤 自从1996年Ohta1等利用外显子捕获法发现了定位在3p14.2的FHIT基因以来,经过几年的研究,认为FHIT基因是一个重要的抑癌基因并积累了一些证据。在进一步认清FHIT基因本质的基础上,本研究将结合一些关于FHIT基因分子生物学的新近发现,对FHIT基因的结构、功能及其与肿瘤的关系综述如下。1 FHIT基因的发现及结构自1979年从一个意大利的早发、双侧、多灶的肾透明细胞癌家系中观察到有染色体易位t（3;8

2、）（p14.2;q24）以后2。多种研究发现在不同肿瘤组织中3号染色体短臂（3p）缺失现象频发，1996年Ohta1等利用定位克隆技术及外显子捕获法在染色体3p14.2区域内找到一种新的基因。此基因编码的蛋白质属于三氨酸家族,而且此基因易于断裂，故得名FHIT基因(fragile histidine triad gene ,即脆性组氨酸三联体基因)。FHIT基因在染色体上占据1Mb大小的位置，覆盖FRA3B脆性位点、肾细胞癌相关性断裂点t(3;8) 、抑癌基因蛋白质酪氨酸磷酸酶基因(proteintyrosine phosphatasegene,PTPRG)的5末端及HPV16整合位点，并含有

3、编码组氨酸三联体(HIT) 的功能3。FHIT基因cDNA长1095bp，由10个外显子组成，分布在总长度为1Mb基因座上；其5端含一段长约350bp的非编码区,随后为外显子59组成的长约500bp编码147个氨基酸的开放性阅读框架(openreadingframe,ORF)，3端有多聚腺苷酸共有序列(polyAconsensussequence)和一个polyA尾；三个起始外显子13位于t(3;8)断裂着丝粒端前方，外显子5含有蛋氨酸起始密码,HPV16整合在外显子5着丝粒侧；外显子6含有一个ORF内蛋氨酸密码，在外显子5缺失情况下可用其翻译出不完全的FHIT蛋白；外显子8含有编码组氨酸三联

4、体(HIT)的核心单元1。FRA3B位于FHIT基因内含子4与5之间，在FHIT基因编码的第一个外显子(外显5)两侧，跨越200300kb区域。该基因特点为：第一，在脆性区域端检测有很多Alu 序列，富含AT，可能是DNA 复制起点；第二，几乎所有的外显子以AC 序列结束。在高等生物里，Alu重复序列被认为与DNA 的重复有关4 。因此当某些器官暴露于一些致癌因素作用便会使DNA 复制受到干扰，从而引起此脆弱位点的断裂，导致基因缺失。2 FHIT蛋白的结构及功能Ohta等1发现FHIT基因编码的FHIT蛋白由147个氨基酸组成，并对其进行了同源性分析，由于其序列和HIT (histidine

5、triad，组氨酸三联体) 蛋白相似，所以认为FHIT蛋白是HIT蛋白家族中的一员。其109个核心氨基酸与酵母菌Schizosaccharomyces pombe的Ap4A水解酶(5, 5P1 , Ptetraphosphat hydrolase二腺苷四磷酸水解酶)有57个相同(52%)、76个氨基酸相似(69%)。Ap4A水解酶能将Ap4A底物不对称地分解为ATP和AMP。FHIT蛋白与Ap4A水解酶间的相似性提示FHIT蛋白可能也是一种酶。Barnes等5发现FHIT蛋白是一种典型的二腺苷三磷酸水解酶(5, 5P1,P3triphosphate hydrolase,Ap3A)，可水解Apn

6、A(n=3-6)成为ADP和AMP，其最适底物为Ap3A；FHIT蛋白在序列上与HIT蛋白相关，而HIT蛋白家族的结构特征由4个保守组氨酸(H35,H94,H96,H98)组成，其中3个组氨酸构成一个组氨酸三联体(HIT)序列HXHXH：X常为缬氨酸。通过位点直接诱变法表明FHIT蛋白质的完整功能需4个保守的组氨酸，随着组氨酸诱变成为天门冬酰胺，Ap3A水解酶活性也逐渐下降，其中央组氨酸三体是Ap3A水解酶活性绝对必需的，Mn2+和Mg2+可刺激其活性，而Zn2+可抑制其活性。FHIT蛋白在人体所有组织中均有表达,但它在体内的具体功能还不清楚。研究发现APnA在动物细胞中的浓度对环境改变及应激

7、的反应非常敏感，是调节细胞增殖、分化、凋亡的可能信号系统或对外界刺激的报警系统6。现已知：FHIT基因突变将导致Ap3A水解酶活性丧失,引起Ap3A水平升高。Ap3A是ATP类似物，能抑制蛋白激酶的活性，其水平升高可能增强生长信号传导途径,阻断抑制途径或凋亡通道导致肿瘤的产生5。mRNA脱帽功能：FHIT蛋白能作用于mRNA帽类似物，影响重要基因mRNA的翻译5。FHIT底物复合物作用：FHIT蛋白还可与其底物APnA结合通过ApnAFHIT复合物产生抑癌作用。Siprashvili等7把野生型及突变型FHIT基因分别转染到缺少FHIT的肿瘤细胞系中，发现突变型FHIT (H96Asn)编码的

8、蛋白质无Ap3A水解酶活性，却同样能抑制肿瘤细胞在裸鼠体内的成瘤作用。因此认为FHIT蛋白质与其底物结合抑制肿瘤的产生可能比其水解酶活性更为重要。基于以上研究，Brenner等8提出了凋亡信号假说：即在正常情况下tRNA转移酶可以将氨基酸转移到tRNA上以完成细胞的增殖，而当细胞在应激等状态下时与ADP、ATP结合形成APnA，后者与FHIT蛋白结合发生构像改变而活化，水解腈成酸、氨等产物，这此产物又通过多种途径诱导细胞凋亡。Ishii9等研究FHIT发现诱导的凋亡需要启动Caspases8和Caspases9，还需要Bid的激活，也即FHIT同时参与凋亡的线粒体和Caspases8两条途径。

9、细胞周期阻滞，能发挥抑癌作用。有研究10，11表明，FHIT基因在细胞凋亡和细胞周期调控中发挥重要作用，在FHIT基因缺失的肿瘤细胞中导人FHITcDNA使FHIT蛋白重新表达，可引起阻滞于S期和G0/G1期的细胞数增多，凋亡细胞数增多，致癌性下降。Shi等12研究发现FHIT蛋白的C末端部分与hUBC9有关，且这种关系与FHIT的酶活性无关，已知酵母UBC9参与细胞周期S期和M期的退化过程，提示FHIT可能通过它与hUBC9之间的相互作用参与细胞周期的调控。Chaudhuri等13研究发现，野生型和突变型(H96N)FHIT蛋白(无水解活性但有抑癌活性)对微管蛋白都有较强的结合力，两者都能大

10、大增强微管相关蛋白的聚核作用，通过限制微管动态或干扰微管分散而阻止细胞有丝分裂过程，抑制细胞过度增殖，从而发挥抑癌功能。因此，FHIT蛋白可能通过上述或其他多种途径发挥抑癌功能。3 FHIT 基因与肿瘤FHIT 基因的异常改变见于多种肿瘤及肿瘤细胞系，尤其多见于致癌物暴露相关的肿瘤，如肺癌、宫颈癌、头颈部癌、食管癌、胃癌、结直肠癌等。31 肺癌肺癌中常见的FHIT基因异常改变包括:异常转录本、等位基因LOH以及蛋白表达的下调或缺失等。Sozzi14等应用RTPCR、DNA序列分析、LOH Southern Blot和免疫组化法对100多例原发性肺癌组织中FHIT基因异常进行了分析，80%小细胞

11、肺癌(small cell lung cancer ,SCLC)和40%的非小细胞肺癌(nonsmall cell lung cancer ,NSCLC)存在FHIT基因转录异常。DNA测序分析发现最常见的异常转录为外显子4或58缺失。SCLC有两种缺失类型：第一种类型为丢失外显子46,或48,两者都丢失外显子5；第二种类型为丢失外显子8，导致组氨酸三联体结构域异常。而NSCLC的异常转录也分为两种类型，即丢失外显子8和在外显子4下游插入218bp片段。E5 是FHIT 基因第一编码外显子，而E8 编码HIT 结构域，因此这两类缺失均导致FHIT 基因功能丧失。通过对临床资料的整理分析，Ger

12、adts 等15发现，FHIT 基因的杂合性缺失提示预后不良。在中国人的肺癌组织中也存在高频率的FHIT 基因杂合性缺失，李立等16的研究显示，位于该基因内的3个微卫星位点D3S1234、D3S1300 和D3S4103 的LOH 频率均在60%左右。FHIT 蛋白表达下调或缺失在肺癌及肺支气管癌前病变中都很常见， 1998年Sozzi17等也对NSCLC进行免疫组化检测，结果显示73%NSCLC和93%的癌前病变有FHIT蛋白的表达降低，且肺鳞癌中FHIT蛋白降低发生率(87%)明显高于腺癌(57%)(P<0.0001)，吸烟组亦明显高于不吸烟组(75% versus 39%)(P&l

13、t;0.005)，这证实了FHIT基因异常在控制支气管上皮细胞的转化中起重要作用。Sozzi认为FHIT基因异常在肺癌发生中是早期、频发事件，FHIT基因的检测有望成为肺癌早期诊断的方法。另外吸烟早就被确定与肺癌的发生有密切的关系,但是目前对吸烟导致肺癌的分子机制了解得还不够深入，有实验结果指出,在吸烟个体中，FRA3B 的脆性明显升高18，并且发现FHIT 基因表达水平降低可能与肺癌患者长期大量吸烟有关19。由此人们推测，FHIT 基因可能是烟草中致癌物作用的分子靶之一，FHIT 基因的杂合性缺失与吸烟高度相关。32 宫颈癌HPV感染是已经明确的宫颈癌的致病因素，许多研究发现，HPV进人细胞

14、后将其DNA整合于3号染色体的脆性部位包括FHII/FRA3B位点，造成包括FHIT基因在内的部分基因缺失。Butler等研究发现FHIT基因LOH与HPV16,31感染之间的关系有显著的统计学意义(P=0.014)20。Vecchione等21检测了131例宫颈刮片，发现FHIT蛋白在正常细胞中表达正常而在发育不良细胞中表达减少(P=0.00001)，显示FHIT表达丢失发生在宫颈癌变过程的早期，并认为可以将FHIT染色作为大规模普查的有效工具。33 食管癌一般认为，食管癌与不良饮食习惯、吸烟等环境致癌因素有关，Mori等22发现Fhit蛋白表达缺失在重度吸烟和饮酒患者中明显比无这两种嗜好的

15、患者高。Fang等23对早期食道癌细胞系进行染色体分析发现存在3号染色体易位t(3;16)和t(3;4)并证实这两个染色体易位均发生在FHIT基因内,位于或邻近脆性位点FRA3B中心，FRA3B可能是肿瘤染色体易位的好发点。Kitamura等24发现43.5%的(10/23)不典型增生、68.4% (13/19)的原位癌和89.3 % (67/75)的浸润性食管鳞癌中Fhit蛋白表达缺失或降低。目前认为FHIT基因表达缺失在食道癌的发生发展中有一定的作用。34 胃癌Huiping 等25检测50例胃癌患者FHIT基因，发现84%患者存在该部位一个或多个微卫星标记的杂合性缺失，致FHIT等位基因

16、全部或部分丢失。王萍等26研究了78例胃癌组织，44例（56.4%）存在FHIT蛋白表达缺失，正常胃粘膜上皮均有FHIT的表达，而在胃癌组织中则表达减弱或消失。表明FHIT蛋白缺失在胃癌中是频发事件，提示FHIT的失活在胃癌的发生发展中起重要作用。35结直肠癌结直肠癌也是与致癌物暴露相关的肿瘤。Luceri等27在56例散发性结肠癌患者中发现25%（13位）患者存在FHIT基因内微卫星标记的杂合性缺失，而异常转录本的检出率高达51.8，测序结果显示主要表现为一个或多个外显子的缺失，尤以外显子46及48 的缺失更为常见。Hao等28研究70例黏膜下癌、55例腺癌、84例原发性结直肠癌、13例转移

17、灶及对应正常的结肠上皮组织，结果发现正常的结肠上皮组织Fhit强表达，Fhit低表达有随分化程度的降低和远处转移而增加的趋势，在转移灶中低表达更明显。Fhit低表达在癌前病灶、原发瘤和转移瘤中有增加的趋势，表明Fhit参与结直肠癌的发生和发展。Mady等29发现Fhit低表达与肿瘤转移率和预后差呈正相关，Fhit过表达可促进细胞的凋亡。赵坡等30的工作也证实了这一点。但Luceri等31应用逆转录聚合酶链反应（reverse transcriptionpolymerase chain reaction，RTPCR）技术检测56例散发性结直肠癌患者FHIT基因的表达，发现FHIT基因异常转录与散

18、发性结直肠癌的临床病理特征无关。究其原因，Corce等32认为FHIT基因功能改变主要与其蛋白的表达量相关，而似乎与基因的结构改变无关。因其突变的蛋白仍有抑癌作用，故认为应用免疫组化方法检测FHIT蛋白原位表达比用RTPCR技术检测 FHIT基因异常转录与肿瘤临床病理特征的关系的准确性和实用性更高。36 其他肿瘤乳腺癌是西方国家妇女发病率最高的肿瘤,在我国仅次于宫颈癌而居女性癌瘤的第二位。通过对50例的分析,Gatalica等33发现,在乳腺癌发生过程的不同阶段FHIT 蛋白的表达量为正常上皮> 增生> 不典型增生> 原位癌> 浸润性肿瘤,这表明FHIT基因作为抑癌基因

19、在乳腺癌发生中起重要作用。Yang等34则发现42%的浸润性乳腺癌FHIT 蛋白的表达明显下调或缺失,且提示预后不良。Rassool等35提出EB病毒致鼻咽癌的可能途径就是将病毒DNA整合入FHIT基因的FRA3B区域，通过某种方式如基因缺失/杂合性丢失(LOH)使FH1T基因失活而致癌。Multirangura等36己证实EB病毒感染的鼻咽癌3p14区域存在高频率的LOH，提示FHTT基因可能参与了鼻咽癌的演进。4 问题及展望FHIT与经典的抑癌基因不同。经典的抑癌基因失活途径为一个等位基因缺失，同时另一个等位基因突变或无表达，导致抑癌基因失活，从而肿瘤细胞缺少正常的抑癌基因蛋白质。FHIT

20、与经典的抑癌基因不同之处在于：FHIT基因位点上两个等位基因缺失是相互独立存在于不同区域。FHIT纯合性缺失发生于FHIT内含子4、5区域，即FRA3B常不影响外显子。在肿瘤细胞系中，常可同时检测到正常及异常的转录产物；在正常组织细胞中有时也可检测到异常的FHIT转录产物。所以有学者认为3p14. 2中存在FRA3B易使染色体内及染色体间发生重接，导致了姐妹染色单体的交换及染色体内重排，正是由于FRA3B易产生两条染色体的断裂及随之而来的错误的修复，产生FHIT基因内不连续的缺失以及两个等位基因各自不同的缺失位点。此外FHIT基因在染色体上跨越1Mb范围，因此不除外在FHIT基因内存在另外一个

21、未知的靶基因。随着对FHIT基因的生理功能及其失活后而致细胞生长分化及侵袭等生物学行为改变机制的深入研究,不久的将来有希望找到新的、有关FHIT基因的早期肿瘤检测方法和有效的治疗药物,使FHIT基因进一步应用到癌症预防和治疗中。参考文献1 Ohta M, Inoue H , Cotticelli MG, et al . The FHIT gene,spanning the chromosome 3p14.2 fragile site and renal carcinomaassociated t(3;8) breakpoint, is abnormal in digestive tract c

22、ancers . Cell ,1996 , 84 (4) :587597.2Cohen AJ, Li FP, Berg S, et al. Hereditary renalcell carcinoma associated with chromosomal translocation. New Engl J Med, 1979, 301(11):592595.3 Wilke CM, Hall BK, Hoge A, et al. FRA3B extends over a broad region and contains a spontaneous HPV16 integration site

23、: direct evidence for the coincidence of viral integration sites and fragile sites . Hum Mol Genet, 1996, 5(2) :187195.4 Michael D, Beer DG, Wilke CW, et al . Frequent deletions of FHIT and FRA3B in Barrets metaplasia and esophageal adenocarcinoma . Oncogene , 1997 , 15(14) :16531659.5Barnes LD, Gar

24、rison PN, Siprashvili Z, et al. Fhit, a putative tumor suppressor in humans,is a dinucleoside 5,5P1,P3triphosphate hydrolase. Biochemistry, 1996, 35(36): 1152911535.6 Varshavsky A.Diadenosine 5,5P1,P4tetraphosphate: a pleiotropically acting alarmone? Cell,1983,34(3):7117127 Siprashvili Z, Sozzi G,Ba

25、rnes LD,et al.Replacement of Fhit in cancer cells suppresses tumorigenicity. Proc Natl Acad Sci USA 1997,94(25):1377113776.8 Brenner C,Bieganowski P,Pace HC,et al. The histidine triad superfamily of nucleotidebinding proteins.J Cell Physiol,1999,181(2);179187.9 Ishii H,Dumon KR,Vecchione A,et al.Eff

26、ect of adenoviral transduction of the fragile histidine triad gene into esophageal cancer cells. Cancer Res, 2001 Fed 15;61(4): 15781584 10 Sand L, Accornero P, Tornielli S,et al. The tumorsuppressor gene FHIT is involved in the regulation of apoptosis and in cell cycle control. Proc Natl Acad Sci U

27、SA, 1999, 96(15):8489849211 Roz L, Gramegna M, Ishii H,et al. Restoration of fragile histidine triad (FHIT) expression induces apoptosis and suppresses tumorigenicity in lung and cervical cancer cell lines. Proc Natl Acad Sci USA, 2002 Mar 19;99(6):3615362012 Shi Y, Zou M, Farid NR, et al. Associati

28、on of FHIT (fragile histidine triad)，a candidate tumor suppressor gene, with the ubiquitinconjugating enzyme hUBC9. Biochem J, 2000 Dec 1; 352 Pt 2:44344813 Chaudhuri AR, Khau IA, Prasad V, et al. The tumor suppressor protein Fhit,A novel interaction with tubulin. J Biol Chem, 1999, 274(34):24378243

29、8214 Sozzi G,Veronese ML,Negrini M,et al.The FHIT gene at 3p14.2 is abnormal in lung cancer. Cell,1996,85(1):1726.15 Geradts J , Fong K M , Zimmerman P V , et al. Loss of Fhit expression in nonsmallcell lung cancer : correlation with molecular genetic abnormalities and clinicopathological features.

30、Br J Cancer, 2000,82(6):11911197.16李立,安倩,程书钧,等. 肺癌组织3 号染色体短臂上抑癌基因异常改变的初步分析. 中华医学杂志,2001 ,81 :399401.17Sozzi G,Pastorino U,Moiraghi L,et al.Loss of FHIT function in lung cancer and preinvasive bronchial lesions. Cancer Res, 1998, 58(22): 50325037.18Stein CK, Glover TW, Palmer JL , et al. Direct corre

31、lation between FRA3B expression and cigarette smoking. Genes Chromosomes Cancer , 2002 , 34(3): 333340.19 王允,周清华,刘伦旭,等. 肺癌FHIT 基因表达下降的临床病理生理意义及与肿瘤细胞增殖、凋亡的关系研究. 中华医学遗传学杂志,2001 ,18 :178182.20 Butler D，Collies C，Mabruk M, et al. Deletion of the FHIT gene in neoplastic and invasive cervical lesions is r

32、elated to highrisk HPV infection but is independent of histopathological features. J Pathol, 2000,192(4):50251021Vecchione A, Zanesi N, TrombettaG，et al. Gervical dysptasia, ploidy, and human papillomavirus status correlate with loss of Fhit expression. Clin Cancer Res, 2001, 7(5):1306131222Mori M, Mimori K, Shiraishi T,et al. Altered expression of Fhit