乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒与增生细胞核抗原的关系

摘要

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Correspondence to: N/A

Received: June 24, 2003
Revised: July 1, 2003
Accepted: July 16, 2003
Published online: January 15, 2004

Abstract

N/A

Key Words: N/A

0 引言

增生细胞核抗原(proliferation cell nuclear antigen, PCNA)位于真核细胞中, 为一环形发夹样蛋白结构, 与复制因子和细胞周期蛋白p21(Cip1/Waf1)相互作用, 是DNA延长的"分子开关". 他不仅对于DNA的复制, 而且对于细胞的许多功能都是必需的, 因此对于PCNA调节DNA复制及阐明蛋白相互作用的确切机制的理解是非常重要的.

1 增生细胞核抗原的结构特点

PCNA是一种酸性蛋白质, 含有216个氨基酸残基(aa), 环形结构, 由3个亚单位组成, 每个亚单位由2个结构域组成. PCNA存在于细胞核中, 是DNA聚合酶δ的辅助蛋白. PCNA基因存在6个外显子, 定位于第20号染色体. PCNA基因的表达与细胞的增生状态相关, 其启动子序列包含了一些转录因子的结合位点, 其转录由一定数量的生长因子所刺激, 所以在静止期细胞内PCNA的表达水平很低[1-2]. PCNA蛋白是增生细胞合成DNA所必需的核蛋白, 在细胞增生周期的G1后期表达, 并开始升高, G1/S期交界处表达为高峰, S期持续高水平, G2期明显下降.

环形发夹结构蛋白存在于所有生物体中, 在原核生物中称之为发夹, 在真核生物中称之为PCNA. 虽然二者存在着不同, 并且缺乏其序列同源性的检测, 但二者功能上很相似, 都可以围绕在DNA周围, 并沿DNA滑动, 使DNA复制得以快速进行. 细胞中的PCNA有可溶性和不可溶性两种形式, 后者是DNA复制所必需的[3]. PCNA与DNA多聚酶δ、ε相互作用, 在染色体复制中发挥作用[4]. 通过对PCNA与p21(Cip1/Waf1)复合体的研究, 发现PCNA不仅仅与DNA相互作用, 而且还与蛋白相互作用, 这个相互作用具有一种复制中的调节角色, 因为p21阻断了PCNA的作用 [5-8].

很长时间内, PCNA的功能被描述为保持DNA多聚酶与DNA相黏附的发夹样作用, 并且在DNA复制过程中加速DNA合成的速度. 但之后大量研究都报道了PCNA可以与许多蛋白结合, 这些蛋白在细胞周期控制、DNA复制、核苷酸切除修复、复制后的错配修复、碱基切除修复、凋亡以及胞核嘧啶甲基化等过程中起作用. 这些蛋白包括: 多聚酶、发夹负荷体复制因子C(RFC)、结构特异性核酸内切酶Fen1、细胞周期蛋白激酶抑制因子p21、DNA连接酶I、人DNA-(胞嘧啶 -5)甲基转移酶(MCMT)、核苷酸切除修复核酸内切酶XPG、DNA错配修复蛋白MSH3、MSH6、PMA2、hMYH、染色质集合因子1(CAF-1)、MyD118等[9-11], 提示了PCNA在核苷酸切除修复、错配修复、碱基切除修复以及在冈崎片段的成熟或是在包括了5'-末端修剪或DNA缺口填补的过程中起作用.

PCNA蛋白是决定细胞生存与否的重要分子. PCNA基因由p53诱导, 在决定细胞命运的过程中, PCNA蛋白与p53控制蛋白Gadd45、MyD118、CR6以及最重要的p21相互作用. 如果细胞中PCNA蛋白过多而P53缺乏时, DNA开始复制. 另一方面, 如果细胞中P53存在并且PCNA蛋白水平高, DNA修复开始. 如果PCNA蛋白无功能或者是量的缺少, 就发生凋亡[12].

在高级真核生物中,碱基切除修复可以通过两个途径进行: DNA多聚酶依赖途径和PCNA依赖途径. Matsumoto et al[13]使用6个人类纯化蛋白重新构建了PCNA依赖的无嘌呤嘧啶位点(AP site)修复反应, 这些蛋白包括AP核酸内切酶、复制因子C(RFC)、PCNA、Pen1核酸内切酶、DNA多聚酶(pol)和DNA连接酶I. 在这一体系中, 修复反应过程中核苷酸替换数目大约为2个. PCNA能够直接与RFC、pol、Fen1和DNA连接酶I相互作用. PCNA作为分子衔接子将这些因子带到DNA修复位点.

从原核生物到真核生物的进化过程包含了PCNA从简单的DNA多聚酶复合体中的环形发夹蛋白转变为一种控制细胞关键性发展途径的执行分子的过程. 多细胞有机体的进化导致了多细胞过程的发展, 如分化、衰老和调亡. PCNA在单细胞生物中已经是必需的蛋白, 在多细胞生物体的生存中也是关键性蛋白.

2 PCNA与肝脏疾病

PCNA为细胞增生特征性蛋白. 核分裂相一直是组织学上研究细胞增生活性的基本方法, PCNA免疫组化染色方法为疾病机制的研究及临床诊断提供了一个相当客观、可信的指标[14].

2.1 PCNA对于慢性肝炎发病机制的意义

慢性肝炎的一个主要的组织形态学上的特点就是由大量肝细胞坏死以及与之相关的肝细胞增生所致的肝细胞再生. Han et al[15]通过PCNA标记指数(PCNA-LI)的免疫组织化学技术和电子显微镜技术进行了研究多种乙型肝炎患肝细胞的增生活性的试验, 结果说明具有AFH(囊泡形成肝细胞)的重型肝炎患者的增生活性明显下降, 提示了增生活性的差异与肝细胞坏死和AFH有关, 有助于进一步研究慢性肝炎的发病机制.

2.2 PCNA对肝细胞癌(HCC)的意义

PCNA是细胞周期G1/S相合成的细胞核蛋白, 与细胞增生活性有关. 最近发现, HCC的PCNA研究有病理和临床意义, 而且与癌基因有关. (1)病理意义: PCNA-LI与肝癌大小、组织学分级、核分裂相计数和转移密切相关, 提示PCNA可能是反映肝癌侵袭能力的一项重要指标, 对肝癌转移和预后有着辅助意义. Ikeguchi et al[16-17]研究表明, 肿瘤细胞的增生活性与肿瘤细胞的分化及预后密切相关.肝癌是我国最常见的恶性肿瘤之一, 对癌细胞增生活性的评价对临床有指导意义. (2) 临床应用: Donato et al[18]对208例代偿期肝硬化患者的随访观察, 并进行腹部B超及血清甲胎蛋白(AFP)检查, 以及肝活检标本进行PCNA检测, 经长期观察及统计学分析后得出结果, 代偿期肝硬化患者可以进展为肝细胞肝癌. 通过肝细胞的增生状态(通过PCNA标记指数, PCNA-L)可进行可靠的预测.(3)与癌基因的关系：资料表明[19], HCC中PCNA与p53基因表达密切相关. p53是最常见的抑癌基因之一, 具有阻断细胞增生引起细胞凋亡的作用, p53与 DNA有很高的亲和力或能抑制 DNA的复制, 或能阻断各种生长因子基因的转录, 或能激活抗增生基因的翻译, 从而限制细胞增生, 起抑制作用. p53在多种肿瘤中存在基因突变, 被认为是多基因变化的基础. 野生型p53抑制细胞转化, 是一种抑癌基因, 而突变型p53则诱使细胞转化、癌变, 与恶性肿瘤的进展和预后有明显关系. 突变型P53或野生型P53蛋白形成复合体, 使结合DNA的能力减弱, 或由于P53本身构象改变获得一种新的功能, 或中和了少量野生型P53的负调节作用, 最终引起细胞生长失控与转化. 肝癌中P53阳性率显著增高, 并与癌分化相关, 一般认为p53基因在不同外显子的不同方式的突变和突变型P53蛋白在组织中的表达是一致的.p53基因在肝硬变时期可发生突变, P53蛋白和PCNA的过量表达在肝硬变的增生结节向HCC发展的过程中起着重要的作用, 与肝细胞的异常增生和癌变有关, 在HCC发展的早期阶段是重要的分子生物学标记. 总之, PCNA与HCC的发生、分化、大小、侵袭、复发和预后等密切相关, 且与原癌基因的表达和抑癌基因突变呈正相关, 提示深化研究PCNA有可能在HCC防治上取得重大进展.

2.3 PCNA对于肝母细胞瘤(hepatoblastoma, HB)的意义

肝母细胞瘤是小儿常见的胚胎性肝脏恶性肿瘤. 近年来随着分子生物学的发展, 对肿瘤的发生机制有了新的认识. 大量研究资料表明正常细胞内基因组在外来因素的参与下发生改变, 原癌基因被激活和(或)抑癌基因失活, 细胞生长发育的正负调控、平衡发生紊乱, 最终导致细胞癌变. 现已发现多种基因与原发性肝细胞癌的发生、发展关系密切, 有研究提示了肝母细胞瘤细胞的PCNA表达明显强于对照组, 其阳性细胞也仅分布在肝窦髓外造血细胞及中央静脉周围肝细胞, 表明在肝母细胞瘤中细胞增生能力明显增强. 在P53蛋白阳性者中PCNA的强阳性明显增高, 也说明突变型P53抑制细胞增生能力减弱, 使细胞获得增生和分裂的优势, 细胞分化越差, 细胞增生能力越强, 预后越差. 野生型P53属抑癌基因, 突变型P53抑制细胞增生能力减弱, 使细胞向恶性转化, P53蛋白阳性表达间接反应P53基因突变. 肝母细胞瘤的发生、发展与p53基因突变有关. 在混合型中间叶性肿瘤成分的阳性表达也提示其具有多向分化的恶性潜能. PCNA的合成和表达与细胞增生能力相平行. 故在肝母细胞瘤中检测P53蛋白及PCNA作为判断肿瘤细胞的生物学行为具有一定的实用价值[20].

3 PCNA与肝炎病毒的关系

可以引起慢性疾病的肝炎病毒主要为乙型肝炎病毒(HBV)及丙型肝炎病毒(HCV). 其中以丙型肝炎病毒感染更易转为慢性过程, 之后再进一步发展为肝硬化、肝细胞肝癌. 由于其高流行性、隐匿的病程和持续感染的诊断不足使得其成为严重的医学和社会经济学问题. 其致病机制及诊断、治疗都是研究热点. PCNA蛋白定位于细胞核, 是评价细胞增生的指标. 由于肝硬化是肝细胞、纤维支架增生所致, 肿瘤的发生和细胞异常增生密切相关, 而且肿瘤的恶性程度也主要是由肿瘤细胞的增生活性决定的, 故明确PCNA与肝炎病毒之间的关系非常重要.

HBV复制与肝细胞增生、分化的相互关系在HBV感染致病机制上有着重要作用. Ozer et al[21]进行了评价肝细胞增生对HBV复制效应的研究, 结果显示了在肝细胞内HBV DNA与PCNA成负相关, HBV的复制具有细胞周期依赖性, 这也支持了在静止期肝细胞病毒复制增加的观念, 这也可以解释在细胞再生过程中病毒复制减少的机制.

HCV核心蛋白在其致癌作用中具有重要作用.Wang et al[22]研究显示核心蛋白可与p21Waf1/Cip1/Sdi1(p21)细胞周期调节剂形成复合体, 核心蛋白的氨基端(24-52 aa)与p21的羧基端(139-164 aa)参与了复合体的形成. p21在其147、149和150残基的点突变可以减弱p21与PCNA的作用, 但这并不影响复合体的形成, 这可以将核心结合序列与PCNA结合序列相区别. 由于核心蛋白、PCNA与p21的结合位点非常接近, 所以核心蛋白与PCNA可以竞争性与p21相互作用. 核心蛋白与p21的独特性相互作用可以提供研究HCV致病机制的新方向.

备注

编辑: N/A

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