E1A基因抗癌作用及其在頭頸腫瘤治療中的應用

作者：李正江 唐平章 趙清正

關鍵詞：E1A基因 頭頸腫瘤

人類腺病毒5型早期區(qū)域1A(Ad5.E1A)是近年來發(fā)現(xiàn)具有抑癌作用的基因，它可以通過多種途徑抑制腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移。對erbB2高表達的腫瘤細胞通過轉(zhuǎn)錄水平抑制erbB2的表達,從而抑制腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移；對erbB2低表達的腫瘤細胞，通過依賴和非依賴p53的途徑和調(diào)節(jié)腫瘤細胞的免疫反應及控制細胞的增殖等抑制腫瘤的形成，通過抑制不同蛋白酶的活性和增強轉(zhuǎn)移抑制基因nm23的表達抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移。另外，E1A基因可阻斷NF-KB的活性和調(diào)節(jié)細胞內(nèi)基因表達增加腫瘤細胞對放射治療和化學治療的敏感性。E1A基因的臨床應用已通過FDA(Food and Drug Administration)的批準，并通過Ⅰ、Ⅱ期臨床試驗，取得了肯定的療效。

因此，E1A基因的臨床應用對改善頭頸腫瘤患者的生存質(zhì)量和提高生存率可能有重要的意義。頭頸部惡性腫瘤的發(fā)生率約為14/100000，占全身惡性腫瘤的16%～40%，5年生存率大體上為35%～60%［1］。目前治療腫瘤的方法主要是手術(shù)治療、放射治療和化學治療，腫瘤治療的進一步解決可能依賴腫瘤分子生物學的研究，依賴于新興的基因治療［2］。

頭頸部的解剖復雜，器官密集，常常使手術(shù)難以確保足夠的安全界，且頭頸部惡性腫瘤對放射治療和化學治療的敏感性不高，從而使部分患者失去治愈的機會；另外，腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是多因素、多階段、多基因作用的結(jié)果。為此，很多學者為改善患者的生存質(zhì)量、提高生存率均在尋找有效的藥物或基因，以通過多種途徑抑制腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移。人類腺病毒5型E1A基因可能有利于頭頸腫瘤患者的治療，現(xiàn)將近年來E1A基因的研究進展和在頭頸腫瘤治療中的應用前景綜述如下。

E1A基因的結(jié)構(gòu)、功能及抗癌機制

人類腺病毒早期區(qū)域1（E1）由兩個不同的基因E1A和E1B組成，它屬于小DNA病毒，其基因組約為35kb，位于線性基因組N端大約3500bp，其中E1A占最左邊大約1700bp。E1A基因產(chǎn)生兩種主要的mRNA，大小分別為13s和12s，分別編碼289和243個氨基酸的兩種蛋白［3］。E1A有3個轉(zhuǎn)化必須的區(qū)域：①非保守氨基酸末端（aa2-24）；②保守區(qū)1（CR1；aa40-80）；③保守區(qū)2（CR2；aa120-140）。細胞內(nèi)的兩類蛋白與E1A的不同功能區(qū)域結(jié)合，從而使E1A活化，發(fā)揮其功能：

①轉(zhuǎn)錄協(xié)同激活劑p300/CBP家族，與E1A的N末端和CR1結(jié)合，

②Rb家族與CR1和CR2結(jié)合。E1A的這些反應從功能上影響不同的生長調(diào)節(jié)途徑，從而促進分化［4］。以動物細胞為實驗材料發(fā)現(xiàn)，Ad5.E1A蛋白代表著一類似乎使細胞永生化的蛋白，它本身不能使原代細胞或穩(wěn)定的細胞株發(fā)生轉(zhuǎn)化，需E1B或ras基因的協(xié)同作用，

因此，E1A是一永生化的基因，而E1B和ras基因是轉(zhuǎn)化腫瘤基因［5］。在非腫瘤形成的胚胎成纖維細胞系中轉(zhuǎn)染ras基因，可導致細胞惡性變，接種于裸鼠可形成腫瘤，但將Ad5.E1A基因轉(zhuǎn)染這些細胞株并不產(chǎn)生任何惡性表型［6］，到目前為止，沒有證據(jù)表明E1A基因可以使人類致癌，很多證據(jù)表明E1A基因是一個腫瘤抑制基因。

一、E1A基因?qū)rbB2高表達腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移的抑制作用

erbB2基因編碼的蛋白-p185是一個與上皮生長因子受體類似的跨膜蛋白，在細胞內(nèi)區(qū)有著固有的酪氨酸激酶活性，酪氨酸激酶活性的增加可導致癌細胞的惡性表型增強。另外，erbB2的過度表達可以誘導腫瘤細胞對放射治療和化學治療的抗拒，增加轉(zhuǎn)移的機會，嚴重影響患者的預后［5,7］。E1A基因能在轉(zhuǎn)錄水平抑制erbB2，使其表達降低［8］。在erbB2轉(zhuǎn)化的鼠3T3細胞系，E1A通過降低erbB2的表達抑制了腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移能力［6］。

二、E1A基因?qū)rbB2非高表達腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移的抑制作用

Frisch等［9］用E1A基因轉(zhuǎn)染erbB2非高表達的人類癌細胞株，結(jié)果癌細胞的表型改變，腫瘤生長受到抑制，說明E1A基因?qū)δ[瘤的抑制是通過erbB2基因以外的途徑。概括起來有以下幾個方面：

①通過依賴p53的機制抑制腫瘤。當細胞DNA損傷時，p53基因可誘導細胞進入G1期，抑制細胞增殖直到DNA損傷得到修復，如果損傷的DNA得不到修復，p53能活化誘導細胞凋亡的基因使細胞發(fā)生凋亡。而E1A基因可以維持p53野生型構(gòu)象，使p53蛋白處于較高的水平。這可能是E1A基因蛋白與細胞內(nèi)P300蛋白結(jié)合的結(jié)果。

②通過非依賴p53的機制抑制腫瘤，可能與細胞內(nèi)一些基因的激活或失活有關，從而促進細胞的凋亡，目前機制尚不清楚［10］。

③E1A基因通過調(diào)節(jié)腫瘤細胞的免疫反應抑制腫瘤。E1A基因能明顯增加NIH3T3細胞對TNF細胞毒性的敏感性，通過NK細胞和激活巨噬細胞影響靶細胞對非依賴TNF溶細胞機制的易感性［11］。

④E1A基因可通過將腫瘤細胞轉(zhuǎn)變?yōu)樯掀ぜ毎硇?，抑制不同人類腫瘤細胞的惡性行為［5］。

⑤E1A基因通過抑制蛋白酶基因表達抑制腫瘤侵襲，如Ⅳ型膠原酶、纖溶酶原激活劑、間質(zhì)膠原酶、尿激酶及溶基質(zhì)素等［5,10］。

⑥E1A基因可通過增強轉(zhuǎn)移抑制基因nm23的表達抑制轉(zhuǎn)移［12］。

三、E1A基因可使腫瘤細胞對放射治療和化學治療的敏感性增加

其作用途徑：

①通過阻斷NF-KB的活性。轉(zhuǎn)錄因子NF-KB與腫瘤細胞對放射治療和化學治療的抗拒性有關，射線和一些化學治療藥物能激活NF-KB的活性，使腫瘤細胞對放射治療和化學治療產(chǎn)生抗拒性，而E1A基因可以阻斷NF-KB的活性，從而提高腫瘤細胞對放射治療和化學治療的敏感性［13］。

②通過改變細胞內(nèi)某些基因的活性。如erbB2基因的表達下降，野生型p53水平增加。

Ricardo等［10］研究表明E1A基因提高腫瘤細胞對放射治療和化學治療的敏感性，不依賴p53的狀態(tài)、H-ras和其他腫瘤基因的改變，甚至在HPV-E6基因高表達的癌細胞中，E1A基因的表達可使腫瘤細胞對DNA損傷類藥物和放射線的敏感性提高4～10倍。

E1A基因與頭頸腫瘤相關基因的表達

腫瘤的發(fā)生發(fā)展是癌基因和抑癌基因平衡失調(diào)的結(jié)果，任何腫瘤均表現(xiàn)為某一癌基因或幾個癌基因表達增加、抑癌基因表達下降。研究表明erbB2基因的過度表達是口腔鱗癌的頻發(fā)事件，其表達強弱代表著病變的不同階段，Xia等［14］報道口腔鱗癌erbB2過度表達為51.3%（41/80），與臨床分期、轉(zhuǎn)移和生存明顯相關。

Hou等［15］報道erbB2基因在口腔正常粘膜、單純增生、輕度不典型增生、中度不典型增生、重度不典型和鱗狀細胞癌的表達有進行性升高趨勢，分別為0、11%、40%、79%、85%和100%。erbB2基因在頭頸鱗癌組織和細胞中也呈過度表達，研究表明高表達為16%，中度表達為31%，低度表達為53%［16］。erbB2基因在腺樣囊性癌中的表達率為57.7%，與預后關系不密切［17］。

p53基因突變率在頭頸腫瘤中為34%～80%，喉癌中的突變率為28%～80%，口腔癌中為12.5%～61%［18］。另外，與侵襲、轉(zhuǎn)移相關的基因E-cadherin和nm23等也與頭頸腫瘤的預后明顯相關［19,20］。E1A基因通過調(diào)節(jié)相關基因(如p53、erbB2和nm23等)的功能而發(fā)揮其抑癌作用，從而達到腫瘤治療的目的。

E1A基因在頭頸腫瘤治療中的應用前景

人類卵巢癌細胞株建立的鼠瘤模型中，通過局部注射脂質(zhì)體介導的E1A基因，腫瘤的生長和播散較對照組明顯受到抑制［21］。人類氣管內(nèi)肺癌裸鼠模型中，通過尾靜脈注射脂質(zhì)體介導的E1A基因，取得了較好的生物治療效果［6］。脂質(zhì)體介導E1A基因治療轉(zhuǎn)移性乳腺癌、上皮性卵巢癌表明腫瘤生長受到抑制［22］。然而多數(shù)頭頸腫瘤是以手術(shù)為主的綜合治療，大范圍的手術(shù)切除可使患者的生理功能遭到不同程度的破壞或喪失，所以，E1A基因的臨床應用對頭頸腫瘤的綜合治療增加了新的方法。E1A基因無論在細胞水平還是在動物水平，通過不同途徑對腫瘤的形成和轉(zhuǎn)移均起到抑制作用。因此，于1996年獲FDA批準用于Ⅰ期臨床。

Yoo等［23］用E1A基因治療7例不可切除和復發(fā)的頭頸癌患者，以四組不同的劑量（15、30、60和120μgDNA/cm3腫瘤）進行瘤體注射，未發(fā)現(xiàn)明顯的毒性作用；評估的6例患者中，4例腫瘤得到控制，1例部分縮小，1例有較小的改變。

Kirn等［24］用在p53功能喪失的腫瘤細胞中選擇性復制的E1B缺失的5型腺病毒（ONYX-015），對復發(fā)的、放化學治療難以控制的21例頭頸癌患者進行Ⅱ期臨床試驗，每天腫瘤內(nèi)注射ONYX-015（1010PFU），連續(xù)5天，每3周重復治療一次，13例患者可以評估，其中2例腫瘤縮小50%以上，2例完全消退，5例腫瘤穩(wěn)定持續(xù)6～12周，3例癥狀（咬頜和語言）得到改善，1例治療前后無改變。以上結(jié)果均表明E1A基因?qū)ν砥陬^頸部腫瘤的治療是有效的。

目前大多數(shù)基因治療的策略是基于腫瘤局部注射，該途徑安全、簡捷、易于觀察療效。因此，頭頸腫瘤應是E1A基因臨床應用首選的腫瘤。E1A基因不僅局部注射Ⅰ、Ⅱ期臨床試驗均取得了肯定的療效，而且靜脈注射在動物模型也取得了較好的治療效果，未見明顯的毒副作用。因此，E1A基因通過多種途徑，作用于不同的基因，不僅可以治療不可手術(shù)的和復發(fā)的頭頸癌，而且對遠處轉(zhuǎn)移的頭頸癌也可獲得同樣的治療效果。所以，E1A基因在頭頸腫瘤治療中的應用前景可能是光明的。

近年來，隨著分子生物學技術(shù)的發(fā)展，基因治療的研究在醫(yī)學領域越來越活躍。相信E1A基因的臨床應用將有可能推動腫瘤的綜合治療，進一步改善患者的生存質(zhì)量，提高患者的生存率。

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