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《實用腫瘤》2018年第3期

[摘要]惡性腫瘤一般表現為細胞分裂不受控制的病理過程。細胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependentkinases，CDKs）是一類調節細胞周期進程和基因轉錄過程的關鍵因子。CDKs的功能失調能夠驅動腫瘤的發生，因此常被檢測用來指導惡性腫瘤的治療。cdk12是一種參與包括DNA損傷修復、細胞生長和分化、前體mRNA剪接和處理加工等多種細胞進程的轉錄相關性激酶。近期研究發現，多種腫瘤中存在著CDK12基因突變和擴增現象，如在高級別漿液性卵巢癌中CDK12基因發生功能缺失性突變，提示CDK12可能是一種抑癌基因。然而，CDK12在某些腫瘤中過表達，表明CDK12還可能具有一些癌基因的特性。本文就CDK12基因的結構、功能以及與惡性腫瘤的關系等最新研究進展進行綜述。

[關鍵詞]腫瘤；細胞周期蛋白依賴激酶類；DNA修復；細胞周期；CDK12基因

細胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependentkinases，CDKs）是多種細胞周期進程的主要調節因子，它們被分為兩大類：一類與細胞周期相關，如CDK1、CDK2、CDK4和CDK6，這些激酶直接調控細胞周期進程；另一類與基因轉錄相關，如CDK7、CDK8、CDK9、CDK11、CDK12和CDK13，主要調控基因的轉錄過程。研究發現，腫瘤細胞中CDKs功能常常失調，因此對于這些腫瘤而言，CDKs是很有前景的治療靶標[1-2]。CDK12是一種與轉錄相關的CDK，它的主要作用是磷酸化RNA聚合酶Ⅱ的C末端結構域（C-terminaldomain，CTD），同時也在DNA損傷修復、mRNA剪接、細胞生長和分化過程中發揮重要作用[3]。已有研究發現，多種惡性腫瘤中存在CDK12基因突變及過表達，隨之開發出2種不同的CDK12抑制劑，這對于研究CDK12的生理功能很有幫助[4-5]。因此可以認為，CDK12是一種重要的轉錄因子，參與細胞周期的調控、前體mRNA的剪接及DNA的損傷修復等過程，其基因突變與腫瘤的發生密切相關。本文即對CDK12基因的基本特點以及與腫瘤相關的研究現狀進行綜述。

1CDK12基因的結構

CDK12是一種轉錄相關性激酶，該基因定位于17號染色體長臂1區2帶，由14個外顯子組成。CDK12曾被描述為富含精氨酸/絲氨酸（arginine/serine-rich，RS）結構域的Cdc2相關激酶（Cdc2-relatedkinasewithRSdomain，CrkRS）。CrkRS由1490個氨基酸組成，擁有一個來自SR蛋白家族的激酶域，它富含脯氨酸和絲氨酸，是一種典型的剪接因子，參與RNA的加工[6]。隨后，cyclinL1和cyclinL2被發現是CDK12相關的細胞周期蛋白，因此CrkRS又被重命名為CDK12[7]。已有研究表明，cyclinK/CDK12復合體具有磷酸化RNA聚合酶ⅡCTD的能力，CDK12也因此被確認是一種CTD激酶[8]。有研究者利用質譜分析和免疫共沉淀法，在哺乳動物細胞中進一步證實了cyclinK與CDK12的關系[9-10]。另有研究顯示，cyclinK/CDK12復合體分子結構的排列方式類似于CDK9/cyclinT等轉錄相關激酶，而不同于細胞周期相關激酶[11]。因此，進一步闡明CDK12的微觀結構將為研制其抑制劑，探索其功能，以及尋求新的藥物靶點帶來新的希望。2CDK12的調控機制CDK12是一種轉錄相關激酶，該激酶在維持整個基因組的穩定性方面發揮非常重要的作用，主要表現為以下幾個方面：基因的轉錄調節、RNA的剪接處理和DNA的損傷修復等。

2.1基因轉錄調節

CDK12具有磷酸化RNA聚合酶CTD的能力，并在調控基因表達方面扮演重要角色。與CDK9相似，CDK12是一種與轉錄延長相關的激酶，其主要功能是幫助RNA聚合酶Ⅱ轉錄復合物從停頓位點釋放[8,12]。在人結腸癌細胞HCT116中，通過RNA干擾技術沉默CDK12基因，可使RNA聚合酶CTD的磷酸化水平下降，并使DNA損傷修復相關基因的表達下調[9]。有研究提示，CDK12是一種促進特定基因轉錄的激酶，主要影響DNA損傷修復相關基因[13]。然而也有研究認為，CDK12在影響DNA損傷修復相關基因表達的同時，也對超級增強子的表達有一定的調控作用[14]，但這一假設還需要更多的實驗結果來證實。另一方面，CDK12主要磷酸化的位置是RNA聚合酶CTD的蘇氨酸2號位點（Ser2）[5]。目前研究認為，CDK12主要在轉錄延長和終止階段發揮作用。而轉錄延長和終止是基因表達的重要調控步驟，這些過程的失調可能會改變腫瘤抑制基因或癌基因的表達水平，從而導致腫瘤發生。總體而言，CDK12在轉錄調控方面的確切機制尚不完全清楚。

2.2RNA剪接功能

如前所述，CDK12包含RS結構域，此結構域是一種典型的RNA剪接因子，間接說明CDK12具有RNA剪接功能[6]。多項研究通過光譜分析，獨立證明了CDK12具有經典的拼接裝置，而且觀察到CDK12缺失會導致絲氨酸/精氨酸富集剪接因子的功能失調，進一步證明CDK12參與了RNA的剪接過程[12,15-16]。然而，這些關聯尚沒有得到免疫共沉淀法的進一步確認。除了與剪接因子的關系，CDK12也被證實其外顯子連接復合物能與RNA結合蛋白一起形成免疫沉淀蛋白[16]。TIEN等[17]用免疫共沉淀法及質譜法檢測了CDK12與剪接體組件和剪接調控因子的相互作用，發現CDK12能夠調控外顯子末端剪接，而且具有基因和細胞特異性；另外，他們應用乳腺癌細胞系進行研究，觀察到CDK12擴增會導致外顯子剪接基因功能的失調，從而促進腫瘤的發生。因此，目前雖然已經能夠明確CDK12參與RNA的剪接過程，但其具體的作用機制仍需要進一步探索。

2.3DNA損傷修復

目前可以明確的是，CDK12在DNA損傷修復這一過程中扮演著非常重要的角色，它主要是通過影響DNA損傷同源重組（homologousrecombination，HR）修復過程中相關基因的表達來發揮作用[4,9,18]。因此，沉默或敲除CDK12基因可能會造成內源性DNA損傷的增加[9]。另外，CDK12抑制劑的應用也能降低DNA損傷修復相關基因的表達[5]。同時，CDK12表達下調不僅會引起自發的細胞死亡，而且會增加相關細胞對各種DNA損傷藥物的敏感性，如依托泊苷、絲裂霉素C、喜樹堿和順鉑等[19]。研究發現，CDK12基因缺陷使得相關腫瘤細胞對聚（ADP-核糖）聚合酶1/2[poly（ADP-ribose）polymerase1/2，PARP1/2]抑制劑的敏感性升高，這提示CDK12基因是一個很有潛力的癌癥治療靶點[4,19-20]。

3CDK12基因與惡性腫瘤的關系

3.1卵巢癌

基因的不穩定性是各種惡性腫瘤的典型特點。DNA損傷修復相關基因的突變往往導致DNA損傷累積，從而驅動癌癥形成。另一方面，DNA修復機制的缺陷也會造成基因突變的累積，從而加速腫瘤的轉化和進展[21]。研究發現，HR缺陷和基因不穩定出現在大約50%的高級別漿液性卵巢癌（high-gradeserousovariancarcinoma，HGSOC）中，但在這些患者中大約只有20%的乳腺癌易感基因1/2（breastcancersusceptibilitygene1/2，BRCA1/2）發生突變，提示在缺乏BRCA1/2基因突變的HGSOC中有其他機制導致了HR缺陷[19]。CDK12也是HGSOC中最常見的突變基因之一，它的突變概率約為3%[22]。有研究指出，CDK12基因突變是發生在CDK12激酶域的功能缺失突變，使得CDK12失去了磷酸化RNA聚合酶CTD以及與cyclinK結合的能力，導致CDK12無法在細胞DNA損傷的HR修復中發揮作用[18]。最近有2項研究指出，在卵巢癌患者的腫瘤標本中發現BRCA1/2與CDK12是互斥的[23-24]，表明BRCA1和CDK12可能參與同一通路的調節，而且提示CDK12能夠調控BRCA1和其他DNA損傷修復相關基因的表達。基于以上證據，CDK12在卵巢癌中被認為是一種抑癌基因。

3.2乳腺癌

除了卵巢癌，也有幾項研究證明了CDK12在乳腺癌中的調節作用。三陰性乳腺癌（triple-negativebreastcancer，TNBC）標本包含的基因突變情況與卵巢癌類似，它們都易發生DNA損傷修復相關基因的突變，從而造成基因的不穩定。高頻突變基因包括p53（80%）和BRCA1（30%），而CDK12在TNBC患者中突變概率大約為1.5%；另外，伴有HR相關基因（包括CDK12）缺陷的TNBC患者可能從PARP1/2抑制劑的治療中獲益[25-26]。臨床上有相當一部分乳腺癌患者的腫瘤細胞過表達雌激素受體（estrogenreceptor，ER），常應用ER拮抗劑如他莫昔芬來抑制腫瘤的生長。然而有研究表明，CDK12基因沉默會改變ER陽性乳腺癌細胞對他莫昔芬的敏感性[27]。這可能是由于CDK12表達下調激活了絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinase，MAPK）信號通路，從而導致乳腺癌細胞喪失了對ER拮抗劑的敏感性，最終導致耐藥的發生[27]。人類表皮生長因子受體2（humanepidermalgrowthfactorreceptor2，HER2）是一種致癌基因，能夠促進腫瘤細胞增殖，抑制細胞凋亡。對于HER2基因擴增的乳腺癌患者，一般采用靶向HER2基因的藥物治療，包括曲妥珠單抗、帕妥珠單抗和拉帕替尼等[25]。MERTINS等[28]分析了HER2擴增的乳腺癌標本的蛋白質組學結果，發現CDK12mRNA及蛋白表達水平和CDK12的磷酸化水平是一致的。雖然CDK12的陽性表達率與HER2的陽性率成正相關，但前者并非是影響HER2陽性乳腺癌患者生存的獨立預后因子；而CDK12的表達缺失卻與TNBC顯著相關[29]。越來越多的研究發現，乳腺癌中存在CDK12基因擴增和功能性缺失突變。CDK12的功能缺失突變會導致基因不穩定，同時存在CDK12基因突變的乳腺癌患者也可能對PARP1/2抑制劑更敏感，因此CDK12可以作為一個新的有前景的乳腺癌治療靶點。

4CDK12抑制劑

具有潛在抗腫瘤特性的多種CDK抑制劑已經被應用于各種臨床試驗。除了一些泛抑制劑（如flavopiridol和roscovitine）外，目前已開發出了一些特異性靶向細胞周期或基因轉錄過程的CDK12抑制劑[1,30]。考慮到CDK12在多種細胞過程中扮演著重要角色，而且在多種腫瘤中存在CDK12基因突變和過表達的現象，因此對于癌癥治療來說，使用CDK12抑制劑可能是一種有效的策略。最近有研究人員開發出了2種不同化學結構和作用范圍的CDK12抑制劑。其中，dinaciclib（SCH727965）開始被認為是一種潛在的CDK1、CDK2、CDK5和CDK9抑制劑，對多種腫瘤細胞的增殖具有抑制作用[31]。2016年JOHNSON等[4]發現，dinaciclib也能潛在抑制CDK12表達或活性，應用dinaciclib能起到沉默CDK12基因的效果，使HR相關基因表達下調，同時抑制RNA聚合酶CTDSer2位點的磷酸化。這些現象表明，dinaciclin能發揮CDK12抑制劑的作用。同時，BRCA1野生型細胞系在用dinaciclib處理后，HR通路受損，進而提高細胞對PARP1/2抑制劑的敏感性；更重要的是，應用PARP1/2抑制劑聯合CDK12抑制劑能夠顯著抑制患者來源性異種移植瘤（patient-derivedxenografts，PDX）模型中腫瘤的生長[4]。這些發現預示，CDK12抑制劑也許能用來治療對PARP1/2抑制劑耐藥的腫瘤，使腫瘤細胞重新獲得對PARP1/2抑制劑的敏感性[4,30,32]。TZH531是另一種選擇性的CDK12/13抑制劑。TZH531能夠和CDK12-cyclinK激酶域的半胱氨酸不可逆結合，它選擇性抑制CDK12/13的效率是抑制CDK7/9的50倍[5]。在急性淋巴細胞白血病細胞系中，TZH531能夠誘導細胞凋亡，抑制基因的轉錄延長，并引起DNA損傷修復和超級增強子相關基因的表達下調，存在一定的抗增殖效果[5]。然而THZ531究竟是靶向CDK12還是CDK13，從而產生上述生物學效果的，目前其具體機制尚不清楚。總之，CDK12抑制劑表現出了良好的抗癌效果，提示其單藥或者聯合PARP1/2抑制劑治療腫瘤具有很好的應用前景。

5總結與展望

抑癌基因的缺失和致癌基因的激活是驅動腫瘤發生和發展的關鍵因素。目前已經有大量研究證實，腫瘤組織中CDK12基因存在突變和擴增現象。進一步的研究結果表明，CDK12在某些腫瘤中扮演著抑癌基因的作用，而在另一些腫瘤中又能促進癌癥的發生和發展。如前所述，在HGSOC和TNBC中，CDK12已被證明是一種抑癌基因。同時，CDK12在DNA損傷修復相關基因表達及HR介導的DNA修復中發揮重要作用。CDK12的功能缺失易導致基因的不穩定，而基因不穩定是很多腫瘤的特征，也是腫瘤進展的重要標志。另一方面，CDK12基因的有些特性與致癌基因很相似。在HER2陽性的乳腺癌中，CDK12擴增及過表達與腫瘤的侵襲性成正相關，CDK12高表達的腫瘤更易進展[33]。在這些CDK12高表達的腫瘤中，CDK12高度激活，因此CDK12基因被認為是治療HER2基因擴增型乳腺癌的藥物作用靶點之一[28]。目前研發的CDK12抑制劑能夠抑制腫瘤細胞的生長[5,34]，也進一步佐證了CDK12具有癌基因的某些特性。綜上所述，CDK12可以作為一種抑癌基因，同時它的擴增或過表達又在某些基因轉錄引起的腫瘤細胞中發揮著致癌作用。另外，CDK12也是一個轉錄相關激酶，它對于基因轉錄、RNA剪接以及DNA損傷修復等過程都是必不可少的。雖然目前關于CDK12的研究已經廣泛開展，但人們對其功能的理解還不夠深入。筆者認為，今后應用細胞實驗及小鼠模型，聯合CDK12的特異性抑制劑及PARP1/2抑制劑，進行CDK12的后續功能及機制研究可能有更大價值，從而為治療惡性腫瘤提供更多新的思路。

作者：汪浩；王麗麗；李鑫；侯定坤；徐子寒；董世強；王海濤