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【摘要】 c-fos原癌基因属于即刻早期基因(IEG)，近几年来，随着对其生物学功能认识的逐渐深入，人们开始从不同的角度探讨影响c-fos原癌基因表达的因素。笔者综述了近年来国内外有关运动与c-fos原癌基因的相关研究现状，并对以后的研究提出一些建议。
【关键词】 运动；c-fos原癌基因；机制
The research progress of exercise and oncogene c-fos
YU Fang，ZHANG An-min.Physical Education and Art Institute,North China University,Taiyuan,Shanxi 030051，China
【Abstract】 Oncogene c-fos can be seen as a kind of immediate -early gene.In the last several decades,along with deep researches on the biological function of oncogene c-fos.People discussed the factors and the mechanism of affecting from different angles.This article summarizes the researches concerning exercise and oncogene c-fos in the world in recent years.This paper summarizes several findings and puts forward some proposals for the future research.
【Key words】 exercise;oncogene c-fos;mechanism
在原癌基因的家族中有一类能被第二信使所诱导的原癌基因称为即刻早期基因(Immediately Early Genes,IEGs)，亦称快速反应基因。这类基因是指细胞经外部刺激后最先表达的一组基因，是联系细胞生化改变与细胞最终对刺激发生特异性反应的中介物。因此，又被认为是第三信使［1］。目前已发现的IEGs有十几种，按它们的结构和功能特征大致分为c-fos家族、c-jun家族、c-myc家族和egr家族。c-fos原癌基因的研究始于20世纪80年代中后期，大量研究发现，c-fos原癌基因及其蛋白产物不仅参与细胞的正常生长、分化过程，而且也参与细胞内信息传递过程和细胞的能量代谢过程，在生命活动中起着极为基本而重要的作用。有关运动对c-fos原癌基因表达的影响成为近年来国内外学术界的广泛关注的热点，并开展了大量的相关研究，本文将就此综述如下。
1 c-fos原癌基因结构及其产物特征
c-fos原癌基因与FBJ和FBR小鼠成骨肉瘤病毒(MSVs)中致癌基因v-fos的细胞同源，这三者的核苷酸顺序均已测知［2］。c-fos 原癌基因高度保守。小鼠、大鼠与人的Fos同源性分别为97%和94%。在这些种系中的Fos蛋白均存在一个由88个完全相同的氨基酸顺序组成的区域。这个区域包括一个能与DNA结合的基本区和亮氨酸拉链(LZ)结构。人类c-fos基因定位于人染色体14q21-q31,是一段9kb的DNA，由四个外显子和三个内含子组成，可转录形成2.2kb的mRNA，其编码380个氨基酸，是一分子量为55kD的不稳定的核内磷酸化蛋白［3］是DNA的结合蛋白。
Sheng研究发现，c-fos基因的功能是通过它所编码的核蛋白Fos实现。Fos是真核细胞转录调控因子，有着广泛的翻译后修饰(Post-translation modification),这些修饰分别对应着苏氨酸及谷氨酸的磷酸化。但Fos作用的发挥又与原癌基因c-jun的核蛋白Jun密切相关［4］。这是因为，Fos本身不能形成二聚体，故无法与DNA结合。但当Fos与Jun通过LZ途径形成异源二聚体(Jun-Fos)的核蛋白复合物后，即能以高亲和力结合在靶基因的DNA相关序列即AP-1(Activator Protein 1)结合区，并与其相互作用，影响靶基因的表达，参与信号的传导，作用于细胞的增殖，并可作为生物合成的早期标志之一［5］。
2 c-fos原癌基因的生物学功能
近年来的大量研究发现，c-fos原癌基因及其蛋白产物不仅参与细胞的正常生长、分化过程，而且也参与细胞内信息传递过程和细胞的能量代谢过程，在生命活动中起着极为基本而重要的作用。
首先，c-fos 原癌基因的表达与细胞生长、发育及分化有密切关系。它可在多种细胞中表达，表达多发生在细胞周期的(G0～G1)期。有研究资料显示，c-fos能使细胞由G0期启动而进入细胞周期［6］。在细胞周期中，细胞周期蛋白必须与相应的细胞周期依赖蛋白激酶结合，并经磷酸化/脱磷酸化修饰后方具活性，继而促使与周期有关的蛋白基因如fos等IEGs表达，从而决定了细胞周期的进程，c-fos同时正负调控细胞周期的各个阶段。如果fos基因及其蛋白产物不合适的表达或突变，会直接干扰细胞周期的运行，或诱发细胞恶变、或在细胞周期的不同时期诱发细胞凋亡。c-fos基因产物既控制增殖也控制分化，而且直接参与细胞周期的调控。
其次，近几年研究表明，神经细胞对外界刺激的应答依赖c-fos等原癌基因的表达。神经元兴奋可引起一系列协调反应，刺激引起的一连串生物化学与生物物理事件，将展示出特殊细胞的神经生理表型。而短暂的刺激与长期的表型变化有着一定的联系，这其中需要原癌基因表达的改变，同时也必然存在着一种或多种机制，将细胞表面刺激与神经元转录调节装置偶联起来，从而对细胞分化和可塑性起着重要作用［5］。IEGs产物彼此相互作用调控细胞内靶基因的转录率。随着翻译的进行，这种特定的蛋白再次进入核内激活后反应基因，进一步引起靶基因的特异。它们的即行表达在细胞膜受到刺激开始，到细胞表型发生改变为止这一漫长而复杂的信号传递链中起重要作用。
3 c-fos原癌基因的表达、诱导
3.1 c-fos原癌基因的表达 c-fos原癌基因表达有组织、细胞、阶段的特异性。在胚胎发育早期c-fos仅在胚胎外组织如羊膜和胎盘中表达。胚胎后期则出现在发育中的中枢神经系统、胚胎骨、软骨和牙齿生长区。在成体器官中，c-fos表达于骨髓细胞中的某些特定的造血细胞，如巨噬细胞和粒细胞。另外还在生殖细胞中表达。但在其他大多数的细胞中，它的表达水平相对较低。需要通过刺激才能维持c-fos的高表达［6］。c-fos原癌基因转录活性一般在刺激后5min内出现，持续15～20min,此时mRNA积累达峰值，刺激过后约30～45min表达降低，半衰期为2h，此过程不需要蛋白合成［1］。但也有学者［7］提出c-fos表达至少存在三种模式：(1)快速一过性表达；(2)延迟性的持续表达；(3)持续的组织特异性表达。
3.2 c-fos原癌基因的诱导 c-fos能被很多类型刺激所诱导。首先是第二信使如甘油脂依赖的蛋白激酶C(PKC)［2］、cAMP［7］和钙调蛋白［8］，与细胞分化有关的有丝分裂原、与神经兴奋有关的刺激、电生理刺激、血浆多肽以及生长因子等均能引起c-fosm RNA及其蛋白产物快速短暂诱导［9］。
4 运动对c-fos原癌基因表达的影响
运动作为一种特殊典型的应激源，对c-fos基因表达有显著的影响作用。目前，运动对c-fos原癌基因表达影响的研究多集中于国外，而国内相关研究较少［10］。主要研究内容涉及心脏、肾上腺、中枢神经系统等方面。
4.1 运动对心脏中c-fos原癌基因表达的影响 长期运动训练可产生心脏形态结构、收缩功能及内分泌功能的适应性改变与早期应答基因的表达有关。在心肌生长和肥大过程中，首先检测到心脏基因表达的变化为早期应答基因的表达［11］。李昭波等人研究了运动性和高血压性心肌肥大重塑时c-fos基因表达的变化，结果表明，与安静组相比，游泳训练12周的大鼠心肌c-fos基因表达在最后一次运动后即刻明显增强，在运动后24h的稳定期，c-fos基因表达降低，但仍高于对照组，而高血压组c-fos基因表达的变化呈现与此不同的变化规律。说明运动训练对心肌c-fos基因表达也产生了有利于下一次运动的适应性变化［12］。Meghji研究认为，长时间血液动力学超负荷所导致的心脏外型的重建过程也首先诱导的是早期应答基因的表达［13］。机械性负荷可使牵拉激活性离子通道开放，SA开放增加细胞内Ca2+浓度可诱导心肌c-fos、c-myc表达增高，SA可能有启动心肌肥厚信号的机械感受器作用［14］。也有研究认为，多种自分泌和旁分泌激素所激活的心肌肥大是通过诱导早期应答基因的表达而实现的。曾武涛报道：血管紧张素Ⅱ可快速诱导心肌细胞c-fos基因的表达［15］。因此，在运动心脏的重塑过程中，血液动力学负荷及心脏神经内分泌改变很可能是心脏形态与机能改变的发生机制。
4.2 运动对肾上腺c-fos原癌基因表达的影响 许多因素如激素或生长因子都能诱导原癌基因的表达。目前c-fos原癌基因在内分泌系统的表达已在松果体、甲状腺、胰导、性腺及垂体得到证实。有报道表明烟碱及血管紧张肽可以引起离体培养的牛肾上腺随之细胞c-fos mRNA含量升高并出现Fos蛋白。也有报道显示，大剂量注射促肾上腺皮质激素(ACTH)后，肾上腺皮质c-fos蛋白表达量增高，而注射胰岛素后，肾上腺髓质c-fos蛋白表达增高，这提示引起肾上腺皮质及髓质c-fos原癌基因表达的机制有所不同［16］。那么运动对肾上腺c-fos原癌基因表达的影响就可能与其在运动过程中所产生的激素密切相关。有研究显示，在重复大强度运动中促肾上腺皮质激素和皮质醇分泌增多，随之肾上腺细胞体积增大、数量增多，导致肾上腺增大。在肾上腺细胞增大、增多过程中，可以检测到早期应答基因表达。郭林［17］研究了不同强度运动对肾上腺c-fos原癌基因蛋白表达的作用，发现不同强度所导致大鼠肾上腺c-fos原癌基因蛋白表达存在时间、强度差异，每组大鼠肾上腺c-fos原癌基因蛋白表达36h＞12h＞即刻，大强度＞中强度＞小强度。这说明运动强度对大鼠肾上腺c-fos原癌基因蛋白表达具有作用。他认为，过度的运动刺激可导致c-fos蛋白表达量持续升高，从而导致肾上腺正常结构、功能的过度损害而导致不良的后果。余谦［18］报道运动大鼠肾上腺均有c-fos蛋白表达，但游泳运动后即刻处死的三组大鼠间肾上腺c-fos蛋白表达量差异无显著性；而游泳训练后休息24h的服用中药清剂组肾上腺c-fos蛋白表达量与对照组相比显著降低，提示服用该中药能促进大鼠运动后机体的积极恢复。
4.3 运动对大脑c-fos原癌基因表达的影响 大量研究显示，运动可诱导中枢神经系统大多数区域c-fos表达。海马是下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴应激反应的高位调节中枢。Lee［19］等在研究了运动对大鼠海马各区c-fos原癌基因表达的影响时发现，随着运动强度的增加，c-fos表达在海马的CAI区、CA2、CA3区及齿状回的表达也随之明显增强，在第7天达到最高值，然后又呈现出下降趋势，他认为跑轮运动能够时间-强度依赖性的增强海马神经元的活性，而c-fos表达继增加后的减少，可能是由于脑对应急性刺激产生了适应性反应［20］。运动应激可导致糖皮质激素水平增高，高水平糖皮质激素下调海马GR mRNA表达［21～23］。Lee的研究发现，随着运动强度的增加，GR mRNA表达的减少与海马c-fos表达增加同时被观测到，说明运动所导致的c-fos表达增加与糖皮质激素水平密切相关。Oladehin［24］研究了急性中等有氧运动后，Fos蛋白表达在海马区的定位和分布范围。发现运动后，海马的CAI～3区及齿状回c-fos表达均显著性增加。同时发现，一些非运动性刺激同样也会对研究结果产生影响。研究认为，运动后c-fos表达的适度增加可以提高神经元的活性，起到了调控因子的作用。但c-fos过度表达，则可干预细胞核的修复功能而走向凋亡。王雪的研究显示［5］c-fos 蛋白的持续表达在细胞形态学死亡数小时或数天即开始，这似乎可作为细胞的终末分化的标记及死亡的先兆。
目前有关运动对c-fos基因表达的影响的研究报道很多，不少学者已用不同的方法从不同的角度做了研究，但研究存在一定的局限性和问题。多数研究主要将c-fos基因表达作为一种标识物，以反应机体受到应激后各系统的功能活动状态，缺乏对c-fos基因表达后的具体作用途径、靶基因及效应的研究，对于c-fos基因作为第三信使所发挥的作用机制缺乏认识。因此，探索运动诱导的c-fos原癌基因在大鼠脑内的表达、作用机制及其靶基因研究，将会使人们更深入认识运动对大脑的健康效应以及运动对药物学治疗的辅助作用，这必将为神经系统疾病的治疗带来新的希望和广阔的前景。
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作者单位： 1 030051 山西太原，中北大学体育与艺术学院
2 030006 山西太原，山西财经大学体育系
(编辑：悦 铭)