全 文 ：综述与专论
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2010年第 2期
中心体异常扩增和染色体不稳定性
李智涛 吴逸明
(郑州大学公共卫生学院劳动卫生和职业病学教研室,郑州 450001 )
摘 要: 中心体作为主要微管组织中心在细胞周期事件中起着重要的作用。异常中心体可产生纺锤体异常, 使染色体
错误分离, 引起染色体不稳定性和非整倍体的形成。中心体异常同染色体不稳定性一样是肿瘤细胞的一个普遍特征, 并且可
出现在肿瘤发生的早期阶段。中心体异常在肿瘤的发生发展演化过程中可能具有重要作用。现综述中心体的结构、功能、复
制和调控, 阐述肿瘤中中心体异常的表现和导致中心体扩增的可能机制及中心体扩增与染色体不稳定之间的相关性。
关键词: 中心体 染色体不稳定性 非整倍体 肿瘤
Centrosome AbnormalAmplification and Genom ic Instability
L i Zh itao Wu Y im ing
(D ep artm ent of O ccupationalH ealth and O ccupationalD isease, Co llege of PublicH ealth, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001)
Abstrac:t Cen trosm e, as onem a in part ofm icro tubu le organ izing center, play an important ro le in ce ll cyc les. Fa lse siste r ch rom a
tid separa tion and chrosom a l instability( aneup lo idy) m ay be caused by abnorm a l cen trosom e, wh ich may m ake bipo la r sp ind le abno r
m a.l Abno rma l centrosom e, as chrosom al instability, is aw idespread charac teristic cancer ce lls. U sua lly, abnorma l centrosom e is found in
ea rly stag e of tum or igenesis and play an important ro le in in itiation, progress ion and evolution of cancer. In th is a rtic le, the structure,
function, duplication and regu lation of centrosom e was descr ibed, and the expression of abnorm a l centrosom e, the po ssib lem echan ism of
centrosome amp lification, and the correlation of centrosom e am plification and chrosoma l instab ility w ere also expla ined deta iled ly.
Key words: Centrosom e Chro som a l instability Aneup lo idy Tum or
收稿日期: 20091014
基金项目:国家自然科学基金资助项目 ( 30872095)
作者简介:李智涛,男,在读博士,研究方向:肺癌分子肿瘤学和分子诊断; Em ai:l lizh itao160@ yahoo. com. cn
通讯作者:吴逸明,男,教授,博士生导师,研究方向:肺癌分子肿瘤学
近年来,随着技术的进步, 人们对中心体的结构
和功能及其与肿瘤发生发展的关系有了较深入地了
解。然而这个微小细胞器在恶性肿瘤起源和发展中
究竟扮演什么角色,一直是个有争议的焦点。
1 中心体的发现
1887年,几位研究蛔虫 (A scaris)卵细胞分裂的
生物学家同时首次描述了细胞中的中心体。 1901
年, Boveri首次将细胞内的这种细胞器命名为 cen
trosom e(中心体 )。到 20世纪初,研究人员已经描
述了许多物种的中心体。但是在光学显微镜下,不
同物种细胞内的这种细胞器的外观不尽相同, 从而
使它有了不同的名称, 包括中心小体、分裂中心、中
心体、有丝分裂中心以及中心球体等 [ 1]。
在中心体发现后的相当长的时期里人们对中心
体的认识停滞不前, 近 20多年来, 随着免疫探针技
术和与分子生物学技术相结合的免疫荧光显微镜技
术的发展,这个神秘的细胞器逐渐被认识。近几年,
随着中心体分离的实现,以及基因敲除和基因转导,
RNA干扰 ( RNA interference ) , 质谱蛋白质组学
( massspectrometrybased proteom ics) , GFP偶联目的
蛋白活细胞成像技术 ( live cell imag ing part icu larly
w ith GFPtagged prote ins)和激光微外科技术 ( laser
m icrosurgery)的应用, 使人们对中心体在细胞生物
学中的作用有了较清楚的认识, 并使中心体的研究
进入快速发展的前沿领域 [ 2]。
2 中心体概述
21 基本结构
中心体 ( centrosome)是细胞内具有复杂结构的
2010年第 2期 李智涛等:中心体异常扩增和染色体不稳定性
非膜性小细胞器,直径 1- 2 m。由中心粒 ( centri
oles)和中心粒周围物质 ( pericentriolar matr ix, PCM )
组成。电镜下中心粒由 9组三联体微管按 30 倾斜
排列围成的直径 02 m, 长度 02- 05 m的筒状
结构, 每 1个中心体含有 2个中心粒,在细胞周期的
大部分时间,这两个 !筒状 ∀结构保持着近端相连且
严格垂直的空间位置。中心粒主要由 、 微管蛋
白 ( 、 tubulin )首尾相连构成的异二聚体组成。
在每个中心体中的两个中心粒并不一样, 其中一个
是成熟的母中心粒 ( mother centio le, MC )在其远端
存在着附器 ( appendage) ,而另外一个未成熟子中心
粒 ( daughter centrio le, DC )则没有附器。附器的具
体成分尚不十分清楚, 一般认为包括 nine in、odf2/
cenex in和 !微管蛋白等 [ 5]。附器与微管负端相连,
是 PCM组装和微管锚定的平台 [ 5]。中心粒结构
的破坏将造成中心体功能丧失和中心粒周围组织
解散, 中心粒作为中心体的结构基础有着重要作
用 [ 6]。
PCM是围绕于中心粒周围的一团带负电的蛋
白样基质,包括与微管装配有关的结构性蛋白及与
中心体循环相关并随细胞周期时相变化的调节性蛋
白质。PCM含有大量的蛋白,包括 ∀微管蛋白和 ∀
微管蛋白环状复合体 ( ∀tubu lin ring comp lex, ∀
TuRC) ,构成了微管组装的平台 [ 4] (图 1)。
图 1 中心体的结构示意图 [ 6]
22 中心体的蛋白组成
从 1983年开始 [ 7] ,随着应用免疫探针对中心体
染色以来, 对中心体的蛋白组成有了飞速的发展。
但是中心体的蛋白成分根据研究方法的不同差异很
大,这主要是由于中心体为非膜性结构,没有一定的
边界,不同研究者分离的中心体并不相同; 另一方
面, 在细胞周期的不同阶段, 中心体蛋白的构成也在
变化。用质谱法可以分离多达 500种的中心体蛋
白 [ 8]。保守估计,用各种方法分离纯化的中心体蛋
白至少有 100种。中心体蛋白可以分为结构蛋白
( structural proteins)和调节蛋白 ( regulatory mo le
cu les)。结构蛋白包括 、 、∀微管蛋白, ∀微管蛋白
复合体成分 16( gammatubulin comp lex components 1
6),中心体蛋白 2和 3( centrin 2 and 3) , AKAP450,
中心体周围蛋白 ( pericentrin /kendrin) , n inein, 中心
体周围物质 1( pericentrio larm aterial 1, PCM 1) , ch
TOG pro te in, CNap1, Cep250, Cep2, 中心粒相关蛋
白 CEP110, Cep1, centriolin, centrosoma l P41 associ
ated prote in ( CPAP ) , CLIPassociating prote ins
CLASP1 and CLASP 2, ODF2, cenex in, L is1, Nude,l
EB1, cen tractin和 myomega lin;调节蛋白有细胞分裂
调控蛋白 2 ( cell division prote in, Cdc2 ) , Cdk1,
cAMPdependent pro te in k inase type IIalpha regulato
ry cha in, cAMPdependent prote in kinasealpha cata ly t
ic subun i,t 丝氨酸 /苏氨酸蛋白激酶 ( ser ine / threo
n ine protein kinase) P lk1, N ek2和 Sak, Case in kinase I
的 !和 #异构体 ( iso forms), prote in phosphatase 2A,
prote in phospha tase 1, 1433 proteins的 !和 ∀异构
体 ( isoform s); 分子马达和相关蛋白包括 dyne in重
链, dynein中链 ( intermed ia te chain ), dyne in 轻链
( ligh t cha in ) , dynact in 1, p150 G lued, dynact in 2,
p50, dynactin 3; 热休克蛋白包括 Hsp90 TCP亚基
和 H sp73[ 2]。
∀微管蛋白是目前为止研究最清楚的中心体成
分, 它不仅存在于中心体,也存在于哺乳动物细胞的
其它成核部位,在真核细胞中高度保守。它具有重
要功能,在细胞中去除 ∀微管蛋白是致死性的。在
哺乳动物细胞中, 显微注射 ∀微管蛋白抗体试验证
实了 ∀微管蛋白是微管成核必需因子。大约 12 -
14个 ∀微管蛋白与胞质中至少 6种蛋白成分形成
环状复合体, 称 ∀TuRC ( ∀Tubu lin R ing Comp lex ),
构成了微管组装的平台,连接微管的负端。
中心体周围蛋白 ( Pericentrin)是中心体组成蛋
白, 在中心体和极性纺锤体形成过程中起重要作用。
它与 ∀微管蛋白形成复合体, 依赖于 dyne in组装到
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生物技术通报 B iotechnology Bulletin 2010年第 2期
中心体中。在招募 ∀微管蛋白到中心体中起重要
作用。
中心体蛋白 ( centrin)是一种钙离子结合蛋白,
普遍存在于中心体和有丝分裂纺锤体极体上, 是中
心体的固有成分,定位于中心粒腔内及中心粒周围
物质中,可以作为中心体的识别标志。它在中心体
复制过程中起重要作用。在细胞有丝分裂过程中,
通过 RNA干扰抑制 Centrin2在 H eLa细胞中的表
达,中心粒不会发生分离但有丝分裂会继续进行。
NuMA ( nuclearm itotic appara tus pro tein)是细胞
周期依赖性中心体相关蛋白,它在有丝分裂过程中
形成有丝分裂装置中起重要作。它同时是多功能的
蛋白, 在有丝分裂间期,作为核基质蛋白在核内起作
用;在有丝分裂开始时,转位到纺锤体极, 形成中心
体周围的新月状复合体, 使微管与双极纺锤体精确
连接。
另外, nine in作为微管锚定蛋白将负端微管与
中心体连接。动力蛋白激活蛋白 ( dynactin )在微管
锚定到中心体起主要作用并在细胞内的非中心体微
管锚定中起重要作用。
23 生理功能
在真核细胞中, 中心体是重要的微管组织中心
(m icrotubule organ izing center, MTOC ) , 负责组织微
管网络,决定着细胞微管的稳定性、极性、数目和空
间分布。在细胞间期, 它通过对细胞骨架的作用而
操纵着细胞的形状、运动和极性以及细胞内物质
的运输 (介导囊泡的定向转运 )和细胞器定位。在
有丝分裂期则介导建立两极纺锤体和染色体运
动, 是确保姊妹染色体均等分离到两个子细胞的
关键 [ 9]。
虽然两极纺锤体在中心体缺失的情况下也能形
成,但绝大多数动物细胞需要中心体指导形成两极
纺锤体和决定胞质分裂过程中收缩环的位置。中心
体还参与细胞周期的调节,对启动有丝分裂的 S期,
完成胞质分裂非常重要。激光去除中心粒可致胞质
分裂失败和 G1期阻滞, 说明中心体循环在细胞分
裂过程中发挥重要作用 [ 10]。只有某些高等植物及
特化的动物细胞 (如动物雌配子细胞 )能在没有中
心体的情况下形成纺锤体。可见, 中心体在细胞分
裂过程中发挥着极其重要的作用, 如果中心体发生
异常,将会导致细胞不能分裂或异常分裂。
3 中心体复制及细胞周期调控
31 中心体的复制
在有丝分裂间期, 中心体只有 1个, 位于细胞
中部的细胞核附近; 在有丝分裂期细胞内中心体
则为两个, 位于纺锤体的两极。这主要是中心体
发生复制所致, 中心体的复制为半保留复制,即每
1对新的中心粒含有原来中心粒的一半, 另一半是
新合成的。
在增殖细胞中, 新中心粒的复制主要通过主要
途径 (即在已经存在的中心粒的基础上 )进行组装。
在细胞周期早期,两个中心粒出现连接松弛,在每个
中心粒的基底部附近提供一个有利于前中心粒
( procentrioles)组装的环境, 前中心粒的方向大约与
各自的原中心粒垂直,首先,一个具有 9倍对称的小
结构 (在绿藻中,直径大约 130 nm, 长度大约 70 nm )
清楚的出现在基底体装配发生部位,这个结构被称作
!轮状结构 ∀。这需要 SPD2, ZYG1, SAS5和 SAS6
起作用。然后,在中心管周围进行微管组装, 这依赖
于 SAS4的功能 [ 11]。
随着轮状结构和中心管的组装, 前中心粒获得
微管并持续延伸, 直到达到与其相连的原中心粒大
小。随后,两对中心粒新中心粒连接松弛, 解除连
接, 使两个新形成的中心体分离和确保两极纺锤体
的组装。在有丝分裂后期,密切相连的中心粒新中
心粒被严格的分离。最终,每个子细胞都被赋予类似
细胞周期开始时的含有两个中心粒结构的中心体。
轮状结构是触发新中心粒形成的关键。轮装结
构由中心轮轴构成,轮轴发出 9个对称分布的条辐,
条辐外侧是大头针样结构。在新中心粒发生过程
中,轮装结构是最先出现的 9倍对称结构,它早于条
幅头部微管蛋白的出现。这个发现导致人们认为轮
装结构是中心粒微管蛋白组装的工作平台。
对绿藻、果蝇和人的 SAS6及其同源体突变体
的分析显示基底体上保留有环状结构而缺乏轮装结
构的中心轮轴。有的微管蛋白 3联体的数量发生从
7到 11的改变, 有的微管蛋白 3联体在近端变短。
这些发现提示轮装结构是中心粒微管蛋白组装的工
作平台。重要的是它也显示轮状结构的 9倍对称体
赋予中心粒相关 9倍放射状结构的基础。推测 SAS6
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2010年第 2期 李智涛等:中心体异常扩增和染色体不稳定性
蛋白组装的轮轴结构指导中心粒 9倍对称微管蛋白
的形成 [ 12] (图 2)。
图 2 在中心体形成过程中轮状结构是
形成 9倍放射状结构的基础
32 中心体的复制与细胞周期
中心体复制必须与 DNA复制协调一致,才能保
证细胞循环正确有序地进行。因此, 中性体的复制
在细胞周期中被严格的调控。在 G1期末或 S早
期,中心体内的两个中心粒移动并彼此分开,失去典
型的互相垂直排列的构象; 在 S期每个母本中心粒
的末端附近开始萌发前体中心粒; 在 G2期, 前体中
心粒继续延长以完成复制过程,使得每个新形成的
中心体包括一个母本中心粒和一个新生成的子中心
粒;在 G2晚期或 M期早期,中心体体积变大, 中心
粒周围物质体积也增大, 同时新复制的两个中心体
分离 ( centrosome disjunction) [ 15] ,纺锤体微管开始生
成,形成两极纺锤体牵引姊妹染色单体平均分配到
子细胞中 (图 3)。
图 3 中心体细胞周期控制示意图
33 中心体复制的细胞周期控制
中心体复制必须与 DNA复制协调一致。这个
机制的实现主要是被细胞周期依赖性激酶 ( CDK s)
周期性的活化或失活所控制, 特别是 CDK2 /cyc lin E
复合体。CDK2 /cyc lin E是已知的细胞进入 S期的
诱导物, 不但诱导 DNA的复制,也诱导中心体的复
制 [ 14]。在 G1后期, 过量表达 cyclin E激活 CDK2 /
cyclin E导致启动 DNA和中心体的复制 [ 15]。但是,
CDK2缺陷小鼠发育完好, 细胞可以正常进行 DNA
和中心体复制 [ 16- 18] ,提示 CDK2 /cyclin E诱导启动
DNA和中心体的复制功能可以被体内其它蛋白所
替代。有研究显示, G1期 CDK s, CDK4 /CDK6能与
cyclin D促进中心体复制,提示其可能为 CDK2的替
代者。而 CDK2- /- CDK4- /-双基因敲除小鼠是胚
胎致死性的,其细胞存在 G1S期转化缺陷 [ 19, 20 ]。
但是, CDK2仍然被认为是调节中心体复制最
重要的 CDK s。 CDK2活性与中心粒的复制启动直
接相关,已发现了两个与中心体复制相关的底物。
一是 Mpslp激酶, 它是一个细胞周期依赖性激酶,
在 G2 /M达到峰值, 是细胞增殖性激酶。它可定位
在中心体和着丝点蛋白复合体上, 参与中心粒复制
和有丝分裂检测点 [ 21 ]。Mpslp突变可抑制中心体
复制,过表达 Mps1p将导致 S期阻滞的细胞多次复
制中心体。同时, M pslp激酶本身也是 Cdk2底物,
CDK2对中心体上的 M pslp具有稳定作用。
CDK2另一个底物是 Nucleophosm in ( NPM ) /
B23。B23是核仁磷酸蛋白,其表达与细胞增殖关系
密切,具有核酸结合、核酸酶和分子伴侣等多种功
能。在细胞间期, B23可定位在中心体上, 但被
CDK2 /cyc lin E 磷酸化后, B23从中心体上解离。
B23的解离将导致中心粒的开裂, 启动中心粒的复
制。因此认为, B23蛋白通过与中心体的结合和解
离来控制着中心体的复制循环 [ 22]。
其它一些蛋白激酶也在启动中心体复制过程中
起重要作用,如 AuroraA、BRCA1 /2和 Plks等。
34 p53蛋白在细胞中心体复制调控中的作用
肿瘤抑制基因 p53同时控制着 DNA损伤和有
丝分裂检测点,同时在细胞周期的各个时期 p53都
定位于中心体上, 对维持中心体的正常功能起重要
作用。通过基因敲除使 P53基因丧失,可引起中心
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生物技术通报 B iotechnology Bulletin 2010年第 2期
体复制的失调,从而导致有丝分裂异常 [ 23]。
p53是通过调控参与中心体复制的两个基因
P21和 Gadd45的表达从而对中心体的复制进行调
控的 [ 23]。
p21蛋白是一种细胞周期依赖性激酶的抑制蛋
白 ( CK I) ,它可以通过 p53依赖和 p53非依赖途径
参与细胞生长、发育、分化、衰老及 DNA损伤修复等
多种细胞功能的调节。 p21是 CDK2 / cyclin E的抑
制剂, p53可以作用于 P21基因使 p21的表达水平
升高, 通过 p21抑制 CDK2 /cyclin E的活性, 从而抑
制中心体在一个细胞周期中的多次复制, 在 p53失
活的情况下细胞就会出现中心体扩增, 获得多个中
心体 [ 24]。通过反义表达来降低人 MO7e细胞株的
p21的活性可以导致中心体的扩增 [ 24 ] ; 将野生型
P53基因导入 p53缺乏的鼠胚胎纤维母细胞可以恢
复中心体的动态平衡, 而在缺乏 P53的纤维母细胞
中, P21的过表达仅能恢复部分中心体复制 [ 23]。
Gadd45, 即生长抑制及 DNA损伤诱导基因家
族,是 p53的下游基因和 p53的效应分子之一。
Gadd45第 3内含子区内有 p53蛋白的结合序列,
p53蛋白与此序列结合后, 以增强子的方式在转录
水平调控 Gadd45的表达。正常情况下 Gadd45表
达很低,细胞只有处在应激 ( stress)状态下,该基因
表达才急剧升高。G add45具有生长抑制功能, 它的
失常会导致 G2 /M检测点失控, 引起中心体复制相
关激酶的高表达,致使中心体扩增。Gadd45基因敲
除的小鼠表现出严重的中心体扩增及四倍体现
象 [ 26]。在 Gadd45基因敲除的小鼠细胞中, 不但中
心体的数量异常,而且形态也有异常现象 [ 27]。
中心体的扩增也可以不依赖于 p53功能的失
活,如人类乳头状瘤病毒 16和 18产生的两种病毒
原癌基因 E6和 E7可诱导人细胞株中的中心体扩
增。其中, E6可能是通过失活 p53的功能, 而 E7则
可能是通过失活 Rb和 G1 /S检测点导致中心体的
扩增 [ 28]。其它一些基因如 MDM2, p27K IP1, p16INK4 a,
Cdc25, APC, Rb等均在调控中心体复制过程中发挥
作用。
4 肿瘤细胞中中心体的异常
41 中心体异常的表现
1914年, Theodor Boveri首先提出中心体在染色
体不稳定和肿瘤发生中可能具有潜在作用, 这个假
说直到几年前才引起足够的重视。20世纪末期, 人
们首先在肿瘤细胞系中观察到中心体异常, 后来发
现这种异常在人类原发和转移肿瘤中也很普遍。中
心体异常现象几乎出现在人类所有的肿瘤中, 涉及
乳腺、膀胱、胰腺、前列腺、肺等等,是人类肿瘤中的
常见现象。中心体异常, 包括 中心体数目增多、体
积肥大、结构异常, PCM过多聚集,中心体蛋白的异
常磷酸化, 无粒中心体,微管成核能力增强等 [ 29, 30]。
这些异常会干扰有丝分裂纺锤体, 使染色体分配不
均或发生断裂,若形成单极纺锤体使染色体分离失
败,细胞分裂受阻。以上情况都会影响基因组的稳
定性。
42 中心体异常的起源
根据中心体复制及分离机制,异常中心体可能
由以下原因引起: ( 1)中心体在一个细胞周期中多
次复制,引起中心体数量增多; ( 2)胞质分裂失败:
中心体复制完成, 胞质没有分裂, 进入下一个周期
后, 中心体重新复制,使细胞获得了双倍或多倍的中
心体; ( 3)单中心粒中心体: 若调控中心粒成对出现
的机制失控,两个中心粒分开变成两个单中心粒,细
胞中产生一个多余的 MTOC; ( 4)某种 PCM过表达,
形成无粒中心体; ( 5)细胞融合:细胞被具有融合基
因活性的病毒感染后,可因细胞融合而产生多拷贝
中心体 [ 31, 32]。
这几种机制并不完全排斥,还没有证据表明哪
种机制占主导地位。也可能存在某种人们现在未知
的机制。
43 中心体异常导致染色体不稳定性的机制
中心体在纺锤体的形成过程中起着重要作用。
异常的中心体可以导致有丝分裂纺锤体的缺陷而导
致染色体的错误分离, 形成非整倍体 [ 9 ]。中心体扩
增所致的染色体不稳定及非整倍体形成可能与以下
机制有关。
431多极细胞分裂 两极有丝分裂纺锤体的形成
对胞质分裂并不是必需的, 有多极纺锤体结构的细
胞也能进行胞质分裂。在正常细胞内,中心体的数
量被严格调控 (图 4a)保证细胞分裂时形成两极有
丝分裂纺锤体,这种调控机制异常将导致中心体扩
增。当细胞内出现大于两个中心体时,将导致异常
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2010年第 2期 李智涛等:中心体异常扩增和染色体不稳定性
有丝分裂纺锤体的形成, 引起随后的染色体分离错
误。如果中心体扩增导致细胞出现 3极纺锤体 ( 3
个中心体 ), 这些细胞仍可以进行有丝分裂, 其中的
一些细胞可以存活, 但形成严重的非整倍体 (图 4
b)。当形成超过 3个极以上的有丝分裂纺锤体时,
细胞不能进行胞质分裂而形成双核或者一个大单核
细胞 (图 4c) [ 33]。
图 4 多极纺锤体及形成非整倍体示意图
由于细胞分裂失败,将触发有丝分裂检测点,在
p53存在时使细胞阻滞, 甚至死亡。而在缺乏 p53
时,这些双核或大单核细胞可以再次进入有丝分裂
期,形成非常大的多核、多倍体细胞 ( > 2n ), 最终大
部分进入细胞阻滞和死亡, 但是有些细胞可以通过
形成 !假双极纺锤体∀救活细胞。
432 扩增的中心体在假双极纺锤体轴中的排列
错乱 ( m isa lignmen t) 中心体扩增并非都导致多极
纺锤体的形成。事实上, 扩增的中心体经常通过
排列于双极轴而形成 !假双极纺锤体 ∀, 导致形成
与 !真 ∀双极纺锤体类似的结构。细胞可以通过
!假双极纺锤体∀正常进行细胞分裂而不出现染色
体异常分离 (图 5a )。但这类细胞形成染色体错
误分离的机率增大。当一个或几个中心体不能正
常排列在两极纺锤体轴上, 而中心体又通过微管
与染色体相连, 这样, 在细胞分裂时, 染色体在错
乱纺锤体微管的牵引下离开两极纺锤体的轴而进
入某一个子细胞, 从而使子代细胞产生非整倍
体 [ 34] (图 5b)。
图 5 !假双极纺锤体∀的形成及非整倍体的产生
433 中心体复制或分裂失败形成单极纺锤体引
起染色体不分离 或中心体不能补充形成纺锤体丝
所需的微管成核蛋白而导致的有丝分裂失败, 都可
以使子细胞得到异常数目的染色体 (常是多倍体 )。
由于多倍体是已知的致染色体不稳定因素 [ 35 ] ,因中
心体扩增而导致细胞阻滞引起的多倍体将进一步加
重染色体的不稳定性,而形成非整倍体。
由于中心体扩增导致的染色体分离错误将对肿
瘤的发生产生深远的影响, 因为即使丢失或获得一
条染色体也能获得大量基因的改变, 从而使细胞易
获得肿瘤核型。事实上, 在所有的固体肿瘤细胞中
以及一些白血病或淋巴瘤中都经常存在中心体扩
增 [ 25, 36]。虽然许多研究显示在中心体扩增和高度
非整倍体之间有高度相关性。但是也要注意到在上
述非整倍体与中心体扩增相关的研究中,也同时存
在其它染色体不稳定事件如染色体转位和缺失的发
生, 在分析时需要加以注意。
5 中心体异常、基因不稳定性与肿瘤的发生
发展
基因不稳定是人类肿瘤细胞的普遍特征, 以部
分或整条染色体的获得或丢失为特征的非整倍体作
为一种基因不稳定性形式可以出现在许多类型肿瘤
发展的早期或者癌前病变中, 其可能在肿瘤发生发
展进程中起重要作用。
中心体的扩增和染色体不稳定性都只见于非整
倍体肿瘤细胞及其来源的细胞株, 而在二倍体肿瘤
细胞中通常都含有结构和功能正常的中心体 [ 9]。
说明中心体与细胞倍体有相关性。研究发现在许多
肿瘤中都存在染色体不稳定性和中心体扩增, 如乳
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生物技术通报 B iotechnology Bulletin 2010年第 2期
腺癌、胰腺癌、前列腺癌、肺癌等, 两者呈线性关系,
表明中心体扩增同染色体不稳定性一样是肿瘤细胞
的一个普遍特征。并且, 中心体异常亦是肿瘤的早
期特征 [ 37] ,在乳腺癌的研究中, 所有的原位导管癌
标本显示有明显的中心体扩增,而非整倍体只在大
约 35%的乳腺原位癌中出现,提示中心体的扩增出
现于乳腺肿瘤浸润前的早期 [ 25]。转染并表达 HPV
E7原癌蛋白的细胞中心体扩增的出现也先于非整
倍体的细胞核形态改变 [ 38 ]。随后大量的研究结
果 [ 39, 40 ]显示,异常中心体是肿瘤发生的早期事件并
可能是染色体不稳定的始动因素而与肿瘤发生有
关,而且这种不稳定还可能促使肿瘤进展到更高级
的阶段。
在肿瘤的发展进程中,肿瘤细胞经常会出现一
种叫做 !核型汇聚 ∀ ( karyotypic convergencey)现象
(图 6) [ 41]。这种现象表现为在肿瘤早期,由于染色
体不稳定,会出现核型杂合现象,但在肿瘤演进到后
期会出现染色体稳定的、高度同源性的非整倍体核
型。这可能是由于在肿瘤发展早期, 各种原因引起
的染色体不稳定性使细胞染色体组成成分处于持续
的改变中,出现各种各样的核型,随着细胞演化的进
行,出现较佳生长特性 (如生长速度快、锚着独立生
长、丝裂原刺激独立生长等 )的肿瘤细胞逐渐占据
主导, 形成早期肿瘤 (核型杂合 )。在给定的环境
中,一旦肿瘤细胞由于突变等原因获得最优增长特
性的染色体组成,则具有最优增长特性染色体组成
的癌细胞将最终消灭或与其它癌细胞竞争而逐渐占
据整个肿瘤,形成核型汇聚。因此,如果在早期肿瘤
阶段, 中心体扩增是引起染色体不稳定性的原因;那
么,在后期由于选择性压力而中心体扩增将很可能
因出现染色体同源性而被抑制。用 p53缺失细胞
(丧失 p53将导致中心体扩增和染色体不稳定性 )
显示早期细胞由于中心体扩增而遭受严重的染色体
不稳定性,形成杂合核型细胞群。随着传代的进行,
细胞中某型染色体核型占据优势而中心体不再扩
增 [ 42]。这支持肿瘤发展过程中的 !核型汇聚 ∀理
论。仔细分析这种优势细胞发现它高表达有丝分裂
检测点激酶 BubR1[ 43]。高表达 BubR1可增加有丝
分裂纺锤体检测点功能, 通过抑制后期促进复合体
(APC /C )和 E3泛素连接酶, 防止有缺陷细胞进入
有丝分裂后期,并可以启动凋亡程序。因此,有中心
体扩增的细胞将被高表达检测点功能所反应, 从而
使细胞进入凋亡程序。上述 p53缺陷细胞通过高表
达 BubR1选择性地杀死中心体扩增的细胞,从而使
存活细胞获得优势染色体组成的核型。显然,
BubR1高表达是细胞获得抑制染色体不稳定性的原
因。这个发现也提示,有效的有丝分裂检测点功能
能够深远地影响中心体扩增引起的染色体不稳定
性。细胞在有丝分裂检测点功能受损时,中心体扩
增能更有效导致染色体不稳定性。综上所述, 对肿
瘤的非整倍体与中心体扩增之间的关系的研究要考
虑许多可变因素, 如肿瘤是否进行核型汇聚及是否
有有丝分裂检测点功能受损等。
图 6 核仁汇聚现象示意图
6 意义及展望
随着先进技术手段和分子生物学方法的大量应
用, 中心体的结构和组成以及它在疾病特别是肿瘤
中的作用正在逐渐被人们所认识。有关中心体的研
48
2010年第 2期 李智涛等:中心体异常扩增和染色体不稳定性
究也成为近年来研究的热点之一, 但对中心体的许
多方面仍然有待深入了解,如中心体的结构组成,中
心体复制的分子机制及中心体循环的调控、异常中
心体的起源等。中心体与肿瘤的关系是人们关注的
焦点, 虽然有许多重要进展, 但是, 离中心体可以作
为临床诊断指标或者治疗的靶点尚有不小距离。另
外,异常中心体和其它致癌因素的关系,中心体异常
与其它疾病的关系等等都是需要不断研究探索的方
面。由于中心体结构微小而精密, 又处于动态变化
之中, 使对中心体的研究在技术上存在较大的难度。
相信随着微量分析技术和活细胞图像显示技术及方
法的进步,对中心体结构和功能认识将会很快取得
突破, 从而明确中心体在肿瘤发生发展机制上的作
用,并为肿瘤诊断及治疗寻找一条有效途径。
参 考 文 献
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