APC

肿瘤抑制基因APC

基因名称：APC

简述

1986年APC基因首次由Herrera在一位患有直肠肿瘤及智力缺陷的Gardner综合征的患者染色体上发现，该患者的5号染色体长臂上有一段缺失。随后发现APC基因是FAP的致病基因。APC基因是一个很大的管家基因（housekeeping gene），全长含有一个8538 bp的开放式可读框架，共15个外显子，6个可变地表达。其中第15外显子独自含有6571个bp，组成77%的编码区，是人类已知最大的外显子，它共编码2843个氨基酸。转录产物mRNA分子为8.9 kb，在很多细胞和组织中均有表达。Miyoshi等根据在多种肿瘤（包括结肠直肠肿瘤）中常见杂合子5q21的缺失，将APC基因归为肿瘤抑制基因。在微细胞融合技术中，通过向结肠癌细胞系中转染含5q21区的正常第5号染色体，可逆转该肿瘤的恶性表现。然而一旦去除转染的第5号染色体，该细胞系又恢复了恶性行为，这表明5q21区确实存在着结肠癌的抑制基因。另一方面，在FAP癌变患者中，5q21区高频发生的杂合性丢失（loss of heterozygosity，LOH）现象也支持了APC基因属于肿瘤抑制基因。

基因的功能

APC 蛋白与 β连环蛋白（ beta-catenin）（一种转录transcription因子）形成复合物，导致β连环蛋白降解。如果缺乏 APC 蛋白，过多的β连环蛋白就会在细胞核（nucleus）内的聚集。β连环蛋白与细胞核内的另一种蛋白结合，形成一种复合物；这种复合物又与DNA结合，启动了几种基因（genes）的转录。这种复合物中的一个靶基因叫做 c-myc一种已知的原癌基因。C-myc本身就是几种基因的转录因子（transcription factor），它控制着细胞的生长和分裂。因此，APC基因的突变导致了一系列的连锁反应，最终导致细胞分裂的加速。

研究显示，对缺乏APC蛋白的结肠癌细胞添加APC蛋白质有减退肿瘤细胞成长功能。成长的减退是由于细胞自动死亡增加的结果，可见APC有控制细胞死亡并且成长的功能。所以，APC基因的损失对细胞成长与细胞死亡之间的平衡有一定的影响。APC基因控制细胞数量。

基因突变类型

APC基因突变类型主要有点突变和框架移码突变，前者包括无义突变，错位突变和拼接错误，后者包括缺失和插入。APC基因突变有300多种，这些突变遍及整个基因，60%以上的突变位于第15号外显子的5′端。其中密码子第1286～1513号之间的10%左右的编码区集中了约65%的体细胞突变，被称为突变密集区（MCR）。大部分突变属于错位突变，由缺失或1~8个碱基对的插入引起。大约95%的突变结果是在下游形成提前的终止密码子，使APC蛋白呈截短改变，这可能削弱了APC蛋白固有的抑制细胞增殖功能，从而导致APC蛋白功能的障碍；Jarvinena等认为这些APC截短蛋白可以结合于野生型APC蛋白，并对野生型蛋白具有显性负效应，使之失活而导致肿瘤发生。现国内外关于APC基因突变的研究很多，不同的报道所选择的研究目的基因也大都不相同，但大部分以研究15号外显子突变为主。Miyaki等报道日本人在MCR以密码子1260~1453段突变率最高；国内王艳等报道在1339~1436密码子区域突变率最高，1260~1359密码子区域突变率最低；而高枫等将1337~1453段分为两段，分别设计引物扩增，也证实了上述说法.

APC蛋白

APC基因编码蛋白复合物可分成两个大区：羧基端区占75%，氨基端区占25%。靠近氨基端的部分含有大量亮氨酸残基并具有与肌球蛋白、中间丝蛋白局部同源的序列；靠近羧基端的区域含有较多的丝氨酸残基、酸性氨基酸和脯氨酸残基。这两个区域内存在螺旋螺旋（coiled coils）结构，提示蛋白与蛋白之间的相互作用。APC蛋白的结合特性的研究提示，氨基端是同质寡聚反应的关键。另外，起始的171个残基对复合物形成起主要作用，在这171个残基中，前45个残基又是关键。大多数APC基因突变产生的蛋白为171残基之外的剪切所致。一般说来，截去末端的蛋白仍保留继续寡聚的潜力，还可构成灭活复合物，这就从本质上说明了突变蛋白的优势效应。APC蛋白的主要作用是与β连环蛋白（β catenin）和E钙黏附蛋白相互作用而影响细胞黏附及细胞间信号传递，是β连环蛋白的负性调节子。β连环蛋白基因位于3q21，编码蛋白分子质量约92 ku。蛋白结构包含有α连环蛋白、APC和E钙黏附蛋白的结合位点。高水平的β连环蛋白可通过GSK3β使得APC蛋白磷酸化，从而促进其对β连环蛋白的降解效率，使胞质内β连环蛋白水平保持在一种平衡状态。通过对APC基因突变的研究，人们发现，部分APC基因MCR的突变，可导致APC蛋白虽能与β连环蛋白结合，但却不能降解β连环蛋白，提示在肿瘤发生中，APC基因突变的一个关键意义是失去对β连环蛋白的调节。因为APC蛋白的β连环蛋白结合位点是高度保守的，证明突变型APC蛋白与β连环蛋白形成复合物的能力在肿瘤的发生中非常重要。此外，APC蛋白还结合微管，在细胞分裂和移动中起作用。APC可通过调控周期素依赖周期素激酶复合物的活性而调节细胞周期，它还通过诱导凋亡而介导其在结肠腺瘤发生中的作用，故被誉为结肠上皮完整性的分子性“门卫”（molecular “gatekeeper”）。APC基因的突变可改变APC蛋白与β连环蛋白及E钙黏附蛋白之间的平衡，导致细胞细胞、细胞基质之间黏附作用以及接触抑制信号传递的改变，引起细胞分裂与细胞死亡之间的平衡失调，以致生长失控，成为结直肠癌的一个限速的分子因素。

基因突变

APC基因常见于家族性腺瘤性息肉病（FAP）。人类体细胞染色体为2倍体。FAP患者遗传一条突变APC基因，保留一条正常的等位基因。不同于典型的孟德尔遗传疾病，只要保留的正常APC等位基因发生突变，则出现多发性息肉。有79% FAP患者保留的正常APC等位基因发生突变。Nagase等发现约80%家族有APC基因突变。对其中176例突变进行分析，发现98%以上的突变可导致APC蛋白截短，这些突变分别表现为为无义突变（33%）、小插入（6%）或缺失（55%）。Miyoshi等分别使用限制性片段长度多态性（RFLP）法及聚合酶链反应单链构象多态分析法（PCRSSCP），在检测FAP患者中APC基因突变与病理类型之间关系时发现，虽然FAP轻中度腺瘤存在着APC基因的胚系突变，但APC基因的LOH发生率却极低。然而自重度腺瘤向黏膜内癌侵润发展的各病理类型中，LOH的发生率显著增加。而且在侵润癌中，观察到了APC基因胚系突变与LOH同存的现象。这些现象表明了APC突变基因的杂合子状态足以使FAP早中期腺瘤的形成，而APC基因突变加上杂合性丢失，则与向癌的进一步转化有关.

此外，突变定位与FAP的临床表现也有一定联系。研究发现，APC基因最靠近5′端的突变（在外显子4或更近侧）产生轻型肿瘤表型，而靠近3′端MCR的突变产生重型表型。带状瘤与15号外显子的1445~1578密码子之间的突变有关，其近侧的突变先天性视网膜色素上皮增生（CHRPE）为阴性，而远侧的突变（在密码子463~1387之间）CHRPE为阳性；在密码子1403~1578之间的截短型突变与Gardner综合征有关;而另外一种缩减型息肉病（attenuated FAP，AFAP）患者的突变常位于APC基因第3，4号外显子的5′末端和密码子1578的3′端。基因型与表型之间的关联可以用正常APC分子间的二聚体作用来解释。远侧的突变靠近3′端，产生一段较少截短的蛋白质，可与野生型APC蛋白质结合并干扰其功能（即显性负效应）；而靠近5′端的突变产生严重截短的蛋白质，不能二聚体化，使野生型蛋白质保持正常功能。除该病表现的差异外，息肉数目也与突变位点有一定联系。通常认为，息肉数目1000以下为稀疏型，数目在5000以上为密集型。密码子1249附近的突变及密码子1465远端突变与稀疏型有关，而密码子1250与1330之间的突变与密集型有关。此外，密码子1309点突变与胃肠道症状较早出现有关.

虽然APC基因突变直接导致FAP发生，但其意义不只限于FAP病，在非FAP的散发性结直肠肿瘤中同样观察到了APC基因的突变。这表明APC基因突变不仅与FAP发生有关，而且涉及非FAP的散发性结直肠肿瘤。并且，APC基因突变发生于小于1 cm腺瘤的事实，提示APC基因突变是结直肠肿瘤发生过程中的早期事件。

检测方法

通过检测APC基因突变，可筛选出FAP家族成员高危患者，也可用于评估结直肠癌的疗效和预后，所以检测APC基因变化对预防、早期诊断及早期治疗结直肠癌具有重大意义。检测APC基因突变的方法报道较多，大致分为3类.

第1类，直接序列分析，PCRSSCP法。检测APC基因高度多态性DNA标记，不必对整个庞大的APC基因所有外显子进行检测。应用微卫星多态性标记进行LOH分析是抑癌基因定位和等位基因丢失研究中最经常采用的方法。APC基因等位丢失亦常出现在散发性结直肠癌中，LOH发生率为35%～45%。此类方法适合于较小片段基因（100～500 bp）突变的检测，对APC基因需分成40个相互重叠的片段来检测，费时，费力。

第2类，包括异源脱氧核糖核酸分子（DNA）分析法（Hdxa）和错配化学清除/羟胺锇酸酐（CCM/HOT）等。一次可检测较大片段的DNA，减少受检片段，如CCM/HOT法使之降到25个片段。然而，仍要对外显子进行突变检测，需较大片段的序列分析来确定，对APC基因检测也非简便的方法.

第3类，是针对基因突变产生终止密码而表达不全蛋白质（截短蛋白质）来设计的。如体外合成蛋白质试验（IVSP法）和蓝/白选择试验，可以检测大片段的DNA或RNA，又能选择性发现产生终止密码的突变，与蓝/白选择试验不同的是，IVSP法还可根据不全蛋白大小来确定突变的位点。通过对APC基因进行体外合成蛋白质及等位基因特异性表达的测定，可以更有效地检测到不能被PCRSSCP法所检测到的APC基因突变.

总之，由于APC基因突变与FAP早期发生密切相关，且FAP具有较高的遗传倾向，这种疾病如果不加治疗，其恶变率几乎达到100%，所以对APC基因的定位及其功能的研究对于FAP的早期诊断和治疗显得尤为迫切和重要。如果说最初APC基因的发现为FAP的分子诊断学提供了理论基础，现APC基因的研究进展正使针对这种疾病的分子诊断方法成为可能。相信通过对APC基因的进一步研究，不仅会有更实用的基因检测诊断方法问世，而且可能得到针对肿瘤发生机制的特异性基因治疗方法。

APC启动子有两个区，1A和1B。启动子1A区最为活跃。APC启动子高甲基化也可能是导致结直肠癌的原因。有研究表明APC启动子1A区在结直肠癌中高甲基化，二在腺瘤中不甲基化。APC启动子高甲基化抑制了APC的转录。据报道APC的1A启动子区高甲基化也发生在胃肠癌症中，比如食管癌，胃癌，胰腺癌，肝癌，结直肠癌。

抑癌基因

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