中国肿瘤生物治疗杂志

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09.
017ALK基因的融合突变及其与肿瘤发生发展的关系FusionmutationofALKgeneanditsrelationshipwithtumorigenesisanddevelopment张李洋a综述;李静静b,项荣a,b审阅(中南大学a.
湘雅医院;b.
生命科学学院,湖南长沙410013)[摘要]间变性淋巴瘤激酶(anaplasticlymphomakinase,ALK)是一种受体型酪氨酸激酶,被认为是肿瘤的驱动基因,它的变异会改变自身激酶活性,进而激活下游信号分子,使细胞增殖调控出现紊乱,从而导致肿瘤的发生.
ALK的体细胞变异主要有融合和突变两类,ALK融合在肺癌中已有较多研究,并已研发出相关小分子靶向药物,而ALK突变则在神经胶质瘤中研究相对较多.
本文将阐述ALK融合及突变的研究现状及其与肿瘤发生发展的关系,为个性化医疗及靶向药物的研发提供一定的理论线索.
[关键词]ALK基因;融合;突变;肿瘤发生[中图分类号]R394;R730.
23[文献标识码]A[文章编号]1007-385X(2018)09-0950-05因癌症而死亡的患者在全球死亡人数中占有很大比例,其中因肺癌而死亡的患者在所有癌症患者中占首位,我国恶性肿瘤的发生率和死亡率均高于全球水平[1].
蛋白酪氨酸激酶(proteintyrosinekinas-es,PTKs)家族是一类可以催化底物酪氨酸残基磷酸化的蛋白质,PTKs信号转导通路与细胞周期、增殖、分化、迁移、代谢及程序性死亡等密切相关[2].
如果PTKs基因发生突变,使其表达活性异常、自身激酶活性增强,能激活下游信号分子,进而使细胞增殖调节紊乱.
PTKs的异常激活已被认为是肿瘤发生的重要机制之一,也成为肿瘤靶向治疗药物的重要作用靶点[3-4].
间变性淋巴瘤激酶(anaplasticlymphomaki-nase,ALK)属于受体型PTKs家族,主要在神经系统表达[3],是目前研究相对较多的一种PTKs,它与肿瘤的发生有着密切的联系,被认为是肿瘤的驱动基因.
本文就ALK基因融合及突变的研究现状及其与肿瘤发生发展的关系进行综述,为个性化诊疗及靶向药物的研发提供一定的依据.
1ALK结构与激活1.
1ALK结构人ALK基因位于2号染色体p23.
2-p23.
1,其编码的ALK是一种穿膜蛋白,N端朝向细胞外含有信号肽、2个甲基多巴-A5蛋白-受体型蛋白酪氨酸磷酸酶(meprin,A5protein,andreceptorproteintyrosinephos-phatasemu,MAM)结构域、低密度脂蛋白a(lowden-sitylipoproteinclassa,LDLa)结构域、甘氨酸富集区;C端朝向细胞内含有近膜区、TK结构域(tyrosineki-nasecatalyticdomain,酪氨酸激酶结构域)(图1).
其中胞外MAM结构域与细胞黏附相关,LDLa是低密度脂蛋白和钙离子的结合区域;胞内的TK结构域是ALK发挥激酶功能的主要结构域,该区域发生变异常会导致肿瘤的发生.
在ALK的N端含5个β片层反向平行结构、1个调节性α螺旋、1个保守的甘氨酸富集的环状结构,该环状结构位于β片层中间;C端由激活环和α螺旋组成,激活环内含有3个酪氨酸,分别位于第1278、1282、1283位,ALK发生变异时,其磷酸化异常会影响ALK蛋白的空间构象和激酶的活性,导致肿瘤的发生[5-9](图2).
图1ALK结构域示意图[基金项目]国家自然科学基金资助项目(No.
81402249).
ProjectsupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.
81402249)[作者简介]张李洋(1983-),男,博士,助理研究员,主要从事神经胶质瘤与微环境的交互作用研究,E-mail:124769836@qq.
com[通信作者]项荣(XIANGRong,correspondingauthor),博士,教授,主要从事人类易感基因的鉴定和功能研究,E-mail:shirles-mile@csu.
edu.
cn··950张李洋,等.
ALK基因的融合突变及其与肿瘤发生发展的关系1-5:β片层结构;6:激活环图2ALK蛋白三维结构图【7】1.
2ALK的异常表达或激活ALK在哺乳动物神经系统的生长发育过程中发挥重要作用.
在小鼠发育过程中,出生后小鼠ALK在mRNA和蛋白水平的表达都有所下降,出生3周后达到最低水平,成年后就一直保持较低水平[10].
在正常成年人中,ALK在脑、小肠、睾丸、前列腺和结肠中表达,而在淋巴细胞、脾脏、胸腺、卵巢、心脏、肺、肝脏、骨骼肌、肾脏和胰腺中均不表达[11].
ALK发生体细胞变异时,其在原本不表达的组织中表达,且被异常激活,而自身激酶活性的增强能激活下游信号分子,进而使细胞增殖失控,导致肿瘤的产生[12-14].
PTKs异常表达或激活可能由以下方式导致:(1)基因融合或转位,染色体重组导致外源基因的插入形成融合基因,使酪氨酸激酶获得自身激活能力[15];(2)酪氨酸激酶基因突变(点突变或微小基因缺失/插入)导致酪氨酸激酶结构发生改变,形成同源寡聚体,无需配体存在就自我激活[16];(3)基因拷贝数变化等导致细胞因子或/和受体表达增强[17];(4)自分泌也可影响细胞激酶活性[18];(5)酪氨酸激酶活性负性调控因子的功能受损等[5].
2ALK基因融合与肿瘤发生ALK基因融合是指ALK发生断裂并与其他基因融合,翻译后ALK融合蛋白构象改变,影响自身磷酸化,而导致肿瘤的发生.
ALK融合后的致瘤活性是由其融合伴侣决定的,ALK融合伴侣介导的ALK融合可不依赖其配体形成二聚体,二聚体使蛋白激酶域活化,导致肿瘤的发生[5].
有研究[5]显示,ALK融合基因阳性肿瘤间变性大细胞淋巴瘤(anaplasticlarge-celllymphoma,ALCL),其融合伴侣为核仁磷酸蛋白(nucleophosmin,NPM),该融合被认为是导致ALK活性增高并引起ALCL发生的主要原因.
此后陆续在多种肿瘤中发现鉴定了多种ALK的融合.
ALK与同一蛋白融合时,因与其融合伴侣均可有不同的断裂位点,导致融合形式不同,最后形成不同的融合蛋白(表1).
2.
1ALK基因融合与血液系统肿瘤ALCL、弥散性大B细胞淋巴瘤(diffuselargeB-celllymphoma,DLBL)和急性单核细胞白血病(acutemy-elomonocyticleukemia,AML)均为血液系统肿瘤.
NPM-ALK融合蛋白的下游信号通路包括磷脂酶C-γ、磷脂酰肌醇3激酶、Ras/ERK1/2及JAL/STAT通路,都与肿瘤的发生密切相关[19-20].
到目前为止,已报道[5]的在ALCL表达的ALK融合蛋白的融合伴侣已有11种,在少量DLBL患者的肿瘤组织中存在NPM-ALK融合蛋白、CLTC1-ALK融合蛋白、SQSTM1-ALK融合蛋白及SEC31A-ALK融合蛋白.
AML中ALK融合报道较少,仅发现RANBP2-ALK融合蛋白[21].
2.
2ALK基因融合与实体肿瘤目前已报道的ALK基因融合相关的实体肿瘤主要有炎性成肌纤维母细胞瘤(inflammatorymyofibro-blastictumors,IMT)、非小细胞肺癌(non-smallcelllungcancer,NSCLC)、乳腺癌(breastcancer,BC)、直结肠癌(colorectalcancer,CRC)、食管鳞状上皮细胞癌(esophagealsquamouscellcancer,ESCC)、肾细胞癌(renalcellcancer,RCC)、卵巢癌(ovariancancer,OC)等[5,11,22-24].
其中IMT是一种发生于软组织的肿瘤,大约50%的IMT患者的肿瘤组织有TPM3(tropo-myosin3)-ALK融合的表达,肿瘤的发生与TPM3-ALK下游的信号通路STAT3有关[5,25].
除此之外,在IMT肿瘤组织中发现的ALK融合伴侣还有TPM4等[3].
NSCLC是研究最热门的ALK融合相关肿瘤,在NSCLC中约有5%的患者ALK融合检测呈阳性,其融合伴侣主要是棘皮动物微管相关蛋白4(echino-dermmicrotubuleassociatedproteinlike4,EML4),ALK编码膜内区域的10个外显子与EML4的不同外显子通过不同的断点进行融合,在NSCLC中可形成13种ALK融合蛋白[26].
在各种肿瘤中已报道的ALK蛋白融合伴侣见表1.
3ALK基因突变与肿瘤发生在大部分正常细胞中ALK呈非活化状态,当ALK基因发生突变,常导致蛋白异常活化,并在本不表达ALK蛋白的组织中表达,而导致肿瘤的发生.
比较Phe1174Leu、Arg1275Gln突变ALK和野生型ALK的活性,发现磷酸化ALK是去磷酸化ALK活性的45倍,Phe1174Leu突变呈去磷酸化状态的ALK活性是野生型磷酸化ALK活性的86%,Arg1275Gln突变呈去磷酸化状态的ALK活性是野生型磷酸化ALK活性的28%、是野生非活化状态ALK活性的13倍[14,27].
可见,ALK突变可大大提高其激酶活性,参与肿瘤的发生[28].
在各种肿瘤中已报道了26个ALK突变(图3).
··951中国肿瘤生物治疗杂志,2018,25(9)表1已报道肿瘤中的ALK蛋白融合伴侣融合蛋白ALO17-ALKATIC-ALKCAD-ALKCARS-ALKCLTC1-ALKCTLC-ALKC2orf44-ALKDCTN1-ALKEML4-ALKFN1-ALKGyrB-ALKHIP1-ALKKIF5B-ALKKLC1-ALKMSN-ALKMYH9-ALKNPM-ALKPPFIBP1–ALKPTPN3-ALKRANBP2-ALKSEC31A-ALKSEC31L1-ALKSQSTM1-ALKSTRN-ALKTFG-ALKTPM3-ALKTPM4-ALKTSPYL2-ALKVCL-ALK疾病ALCLALCLIMTCRCIMTALCLDLBLIMTCRCIMTNSCLCBCCRCOCALCLLACNSCLCNSCLCALCLALCLALCLDLBLNSCLCNSCLCIMTAMLDLBLIMTDLBLNSCLCTCALCLNSCLCALCLIMTALCLIMTESCCALCLRCC频率(%)WDCP,anovelfusionpartnerfortheanaplasticlymphomatyrosinekinaseALK[J].
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[收稿日期]2018-03-10[修回日期]2018-06-15[本文编辑]王映红··