内科学进展 假基因

肿瘤中假基因的研究进展周凌宇（江苏大学，江苏省镇江市212013）【摘要】假基因是功能基因的缺陷拷贝，它在序列结构上与功能基因非常相似，但已丧失了正常的蛋白质编码功能。

假基因曾被认为是一类典型的非编码“垃圾DNA”，而如今人们发现假基因在基因表达调控和基因组进化过程中发挥着重要作用，近年来一些研究表明，假基因在肿瘤中，由于转录非编码RNA不同，导致相应蛋白编码对应产物的去抑制或者转录激活，相关假基因往往也变现出与真基因协同或拮抗的不同作用，而其功能以及作用机制还有待进一步研究。

【关键词】假基因；RNA；微RNA；非编码RNA；肿瘤。

1977年, Jaeq[1]等在非洲爪蟾中克隆了一个5 r R N A 相关基因, 其与原基因相比, 在5’端有16 bP 的缺失以及14bP的错配, 他们将这个截短的5 r RN A 的同源物称为假基因, 并在其同源基因的名稍前加假基因符号Ψ, 以示区别。

人类基因组中仅仅约2%的DNA 是用来编码蛋白质的，而剩余98%的序列则一度被认为是近中性进化过程中产生的没有功能的“垃圾DNA(Junk DNA)”。

随着研究的深入，人们觉察到所谓的“垃圾DNA”其实是人们尚未认识的宝藏[2]。

假基因是最典型的“垃圾DNA”。

假基因(pseudogene)与其同源功能基因序列高度相似，但存在结构上的差异，正是这些差异使假基因失去转录或翻译活性，或产生有缺陷的蛋白从而失去原有的生物学功能。

根据基因结构和起源可分为3大类[3-4]：加工假基因、未加工假基因及单一假基因。

由于假基因与功能基因的紧密相关性以及它在基因组进化过程中的重要性，在过去10年，假基因一直是“非编码DNA”领域的研究热点之一。

假基因在脊椎动物基因组中比较常见，尤其在哺乳动物基因组中比较“泛滥”。

据估计，人类基因组中有2 万个左右假基因及其片段。

近年来研究发现，许多假基因能够活跃转录并翻译相关蛋白，广泛参与机体的生理和病理过程，相关假基因的变异和失调与人类疾病以及恶性肿瘤的发生发展中扮演着重要角色。

现就假基因的形成、在肿瘤中的作用机制及相关进展作一综述。

1 假基因的形成基因正常活性的丧失是由对基因表达有阻断作用的突变导致的。

这些变化主要包括消除起始转录的信号，阻止外显子/ 内含子连接点的剪接或过早地终止翻译等。

产生假基因的渠道主要有以下两种[5](图1)：一是基因组DNA重复或染色体不均等交换过程中基因编码区或调控区发生突变(如碱基置换、插入或缺失)，导致复制后的基因丧失正常功能而成为假基因，这种假基因称为重复假基因(duplicated pseudogene)；二是mRNA 转录本反转录成cDNA 后重新整合到基因组，由于插入位点不合适或序列发生突变而失去正常功能，这样形成的假基因称为加工假基因或返座假基因(processed pseudogene or retropseudogene)。

图假基因来源2 假基因与mRNA的关系传统观念认为假基因没有mRNA, 但是如果一个假基因恰好插入到一个启动子的后面, 或者这个假基因在逆转座过程中本身携带启动子, 或者一个转座子恰好插入到假基因的前面, 都有可能激活转录。

有实验证明，在某些情况下, 有一些已加工假基因可以偶然获得5 端上游启动子序列而转录, 甚至可以重新恢复为功能基因。

但是目前越来越多的证据表明，在大量的组织和肿瘤中假基因是被转录成RNA的。

假基因主要是在对非编码RNA介导的基因调控以及表观遗传状态调控上起作用[6]。

另外假基因除了一般的特征之外，还有一些其他的特征暗示着它们的形成与mRNA有关：①在假基因中完全缺少在相应的正常基因中存在的内含子顺序；②在假基因的3'末端有一段连贯的脱氧腺嘌呤核苷酸；③有些假基因与相应的正常基因在顺序组成上的相似性只限于相应的mRNA的3'末端之前的部分序列。

Blaikrve Es[5]等认为假基因一方面可以调节基因转录, 另一方面是基因多样性的源泉。

假基因调节调节基因转录的机理一般都是从竞争机制来解释,认为假基因是反义R N A 的来源, 抑制了相应m R N A的表达。

或者是假基因和真基因竞争转录复合物, 从而抑制真基因表达。

除此之外，假基因还能够通过生物体内小RNA产生关键性的调节作用：如通过产生siRNA进行干扰以调控基因的表达；又如假基因作为miRNA的靶位点，通过与功能基因靶位点竞争miRNA 的结合调控功能基因的表达。

目前研究表明假基因的作用作用机理己有所发现, 但是假基因的作用确切作用, 有待于进一步研究。

3 假基因功能在假基因研究中，假基因功能始终是人们关注的一大焦点。

假基因本身并没有明显的选择优势，因此曾被认为是一种“分子寄生物”。

然而随着研究的深入，人们发现在某些情况下，假基因在基因表达调控、基因组进化等方面发挥着一些重要作用[7]。

发现假基因功能的典型例子来自小鼠基因组：Hirotsune 等[8]在研究随机插入到小鼠基因组中的果蝇基因表达时，偶然发现可转录的Makorin1-p1 假基因对其同源编码基因的表达具调节作用。

这可能是因为转录的假基因利用链互补性与其同源编码基因的mRNA 相结合，通过这种反义干扰(antisense-interference) 作用影响基因表达。

但也有研究表明，Makorin1-p1 假基因是否具有上述功能还是有争议的问题[9]。

研究还发现，在小鼠卵母细胞中转录的假基因能够进一步产生小干扰RNA(siRNA)，从而影响其同源基因的表达。

转录的一氧化氮合酶(NOS)假基因同样是以反义RNA 的形式影响神经元型一氧化氮合酶的表达。

以及Jessica.N.Groen[1]等发现假基因可以转录为一些非编码RNA，导致相应蛋白编码对应产物的去抑制或者转录激活，这些非编码RNA 可能会与其起源基因的RNA 转录本或与邻近的同源假基因的RNA 转录本相结合，从而影响基因的表达。

这些都表明，转录的假基因可能是在RNA 水平上发挥其基因表达调控作用。

可转录的假基因还可以作为小分子核仁RNA(snoRNA)的载体而起到保护snoRNA 的作用。

真核细胞中，无义介导的mRNA 降解机制(nonsense-mediated mRNA decay，NMD)会使提前出现终止密码子的mRNA 降解掉，以免表达出有害的不完整蛋白。

4 假基因的表达在肿瘤中的作用在肿瘤中，由于转录非编码RNA不同，导致相应蛋白编码对应产物的去抑制或者转录激活，相关假基因往往也变现出与真基因协同或拮抗的不同作用。

4.1 OCT4假基因OCT4基因对于维持胚胎干细胞的多能性和自我更新具有十分重要的作用。

近年来研究发现，OCT4基因在多能性生殖细胞肿瘤中显著表达，并且与多能性细胞的致瘤性有关。

Lin[10]等研究证实肿瘤干细胞中表达多种OCT4假基因，其中OCT4一pgl假基因的过表达会抑制间充质干细胞的生长与分化；pg5能募集相关染色质形成复合体靶向定位于OCT4的启动子区域，进而抑制OCT4基因的表达，相反抑制假基因转录反义RNA会导致OCT4基因表达水平的上调。

Zhao[11]等研究发现在人类胶质瘤和乳腺癌中表达3种OCT4假基因：OCT4一pgl、OCT4一pg3和OCT4一pg4，而没有真正OCT4基因的表达，说明OCT4的表达在人类体细胞肿瘤发生过程中可能不是必需的。

通过免疫组织化学和蛋白印记法检测3种OCT4假基因的蛋白表达情况，发现这些假基因的表达可能会导致目前人类体细胞肿瘤中OCT4表达的假阳性研究结果。

类似的结果在人造血干细胞、前列腺癌及原发性白血病细胞中也得到证实。

上述研究表明，研究OCT4在肿瘤和干细胞中的表达时，必须联合采用多种实验方法并设立合适的对照组以排除假阳性结果，将真正的OCT4与其剪接变异体和各种假基因区分开来，从而保证实验结果的可靠性，而OCT4假基因在肿瘤中表达的意义及其在肿瘤发生中的作用有待进一步研究。

4.2 PTEN假基因在Gan yu[12]等在研究假基因PTENP1与肾透明细胞癌中表达时，发现由于甲基化PTENP1是在肾透明细胞癌中低表达的，而PTENP1与它的真基因PTEN都是microRNA-21的直接靶点，其表达受microRNA的抑制，而在肾透明细胞癌中microRNA-21是高表达的，microRNA-21的表达能够促进肿瘤细胞的增殖、迁移、入侵；而在表达microRNA-21的细胞中PTENP1的超表达则会减少肿瘤细胞的增殖、迁移、入侵；在临床样本中PTENP1和PTEN的表达是相关的，但二者的表达却于microRNA-21的表达负相关，这些都表明了PTENP1可以作为一种竞争性内源性RNA在肾透明细胞癌抑制肿瘤的进展。

4.3 DUSP5假基因但在Martin S.Staege[13]等研究中，发现DUSP5P1是DUSP5的假基因其中之一，在霍奇金淋巴瘤（HL）中是高表达，以及在其他一些血液肿瘤中，但是DUSP5P1得高表达似乎能拮抗DUSP5的表达，而DUSP5的低表达能ERK 途径（the extracellular signal-regulated kinase pathway）的增强，随之而来的前凋亡因子BCL2L11（B cell leukemia/lymphoma 2-like 11）的下调，而BCL2L11是一种肿瘤促凋亡因子，这样肿瘤细胞便会增殖增加。

在目标BCL2L11的HL 细胞中DUSP5P1的高表达和DUSP5的低表达，这样的DUSP5P1/DUSP5体系与PTENP1/PTEN 体系对相关肿瘤的起着相反作用。

5 结语假基因的识别是基础性工作。

在假基因的识别中已不再把“无功能”作为假基因的必要条件。

尽管假基因的研究已取得重要的成果，但仍有许多问题有待进一步研究与论证，如假基因的转录活性受哪些因子的调控，假基因的功能突变是否是进化选择，假基因能否作为肿瘤治疗提供新的靶点等等。

相信随着技术的进一步发展，假基因的研究会更加深入，关于假基因的作用机制也会得到更好的阐述。

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