線粒體基因改變與喉癌癌變的相關性研究進展

佘永川 羅志強

摘要：線粒體作為主要的供能細胞器，亦是高等動物細胞核外僅有DNA的微結構。由于線粒體基因結構及功能特性，決定其易損傷和突變的特點，在腫瘤發生發展過程中亦起重要作用，國內外的大量研究已予以證明。近年來，也有學者研究其基因改變與喉癌癌變的相關性，本文就線粒體基因改變在喉癌癌變中的作用加以綜述。

關鍵詞：線粒體基因改變；喉癌癌變；腫瘤

Abstract： Mitochondria，the higher animals outside the nucleus contains organelles containing DNA，that Its main role provide energy for the cell.A large number of domestic and foreign research have proved that Because the structure and functional properties of mitochondrial genes，causing it easy to damage and mutation，which also play an Important role in tumorigenesis.In recent years， some scholars study on correlation of changes of mitochondrial DNA and carcinogenesis of laryngeal Carcinoma.In this article mitochondrial genetic changes in laryngeal carcinogenesis is outlined.

Keywords ： Mitochondrial DNA changes；Laryngeal cancer；Tumor

喉癌是廣為熟知的癌癥之一，病理類型主要為鱗狀細胞癌。以5.7%～7.6%[1]的發病率在人體惡性腫瘤中出現，且近年來發病率逐漸上升。喉癌發生機制不清。喉的癌前病變、早期癌治愈率較高，III～IV期及復發轉移的喉癌治療效果差，嚴重威脅生命。線粒體基因（mtDNA）改變與腫瘤的相關性，學者們已作了大量的相關研究。已經證實mtDNA改變，發生于人體多部位腫瘤包括頭頸部腫瘤，并出現于腫瘤早期。因此，深入研究mtDNA改變與喉癌癌變的關系，有助于喉癌發病機理的進一步闡述及喉癌的早期診斷。本文就近幾年來國內外對mtDNA改變與喉癌關系的研究予以綜述。

1.線粒體的結構和功能特點：

線粒體是高等動物細胞中除細胞核外僅有DNA的微結構， 線粒體的主要功能是通過電子傳遞鏈過程，使ADP轉變成ATP，產生細胞所需的能量，該過程叫做氧化磷酸化。人類mtDNA是完全母系遺傳[2]，為細胞核外唯一的遺傳物質，有人類第25號染色體之稱。mtDNA是一個封閉的環狀分子，16569bp，含有重鏈（H）和輕鏈（L）。mtDNA含有37個結構基因，包含22個轉運RNA基因，2個核糖體RNA基因，13個與氧化磷酸化相關的蛋白質基因，13個線粒體蛋白基因產物是呼吸鏈復合物的重要組成部分。除外37個結構基因，線粒體內剩余的其他蛋白均由核基因編碼。D-loop（D環）和OL為兩段非線粒體DNA編碼區。D-loop區位置在16028～577nt，為所有線粒體DNA約6%，主要對轉錄和復制起調控作用，因此亦稱其為線粒體DNA的控制區[3]。OL被認為主要對L鏈的復制起調控作用。在線粒體拷貝數量方面，一個細胞內的mtDNA拷貝數從幾十到幾千不等，其拷貝數量主要依據細胞對于能量的需求[4]

2.線粒體的易損傷性和突變

從線粒體結構和功能特點來看：缺乏組蛋白保護；幾乎無內含子序列，控制區除外，相鄰基因間幾乎無非編碼基因；有限的基因修復能力；易受活性氧攻擊，這些決定了其易損傷和突變的特點，是mtDNA易損傷和突變的基礎，和核相比，mtDNA的突變率是核DNA的10～100倍。在這些環節中，活性氧的攻擊是一個重要的因素。在線粒體氧化磷酸化過程中產生毒性副產品活性氧，也叫氧自由基（ROS）。mtDNA與產生ROS的部位很近，慢性ROS接觸可以導致對線粒體DNA的氧化性損傷。mtDNA突變目前被認為是氧化磷酸化過程中產生的高水平ROS所導致，是氧化損傷的一個主要目標。如果不能適當地修復，線粒體DNA氧化損傷可能導致突變。這種損傷可能是一個惡性循環，mtDNA的體細胞突變導致呼吸鏈功能紊亂，導致損傷性ROS產生的增加，反過來，引起更多的mtDNA突變。而mtDNA結構突變主要集中在D-loop區。

3.mtDNA異常與腫瘤發展的關系：

線粒體在細胞供能、凋亡、自噬及核外遺傳物質的提供等起重要作用，但它對腫瘤的發生亦起著重要作用。正常細胞與腫瘤細胞中的線粒體存在明顯差異，腫瘤細胞的標志性特征如：無限增殖、凋亡抵抗、免疫監督逃避、侵襲及轉移等都與線粒體有著密切關系[5]。由于突變的分子特性，mtDNA的突變可分為缺失、插入、錯義突變等結構上的突變和拷貝數量突變[6]。很多學者研究證明，mtDNA突變有助于腫瘤的發生[7]。近年來的研究顯示mtDNA突變發生于人體很多腫瘤，如頭頸、肺、胰腺、乳腺、卵巢、膀胱、結腸等[8]。一方面，mtDNA結構突變主要表現在D-Loop區的不穩定和其他區域段片的缺失[9]。Nomoto在對肝癌病人標本的研究中發現，42%出現C-tract缺失/插入突變，缺失、錯義或插入突變者占26%，而非腫瘤區段的D-loop區無mtDNA突變者占68%[10]。研究者對23例鼻咽癌病人組織標本級血液標本的研究發現，鼻咽癌mtDNA D-loop區是高突變區[11]。另一方面，基因拷貝數量的變化成為細胞癌變的一個標識，快速生長的腫瘤細胞對能量需求變化可能致使mtDNA出現拷貝數量增多的適應性反應[12]。Lee等[13]究發現，原發性肝癌患者標本中mtDNA拷貝數降低者占60.5% ，尤其是D環區出現突變者（17/24）。Simonner等對腎臟腫瘤的研究中發現，mtDNA拷貝數的含量與腫瘤侵襲力呈正相關，相反腎臟腫瘤細胞中線粒體復合體V（ATP合成酶）的含量均下降[14]；而在學者在通過對比前列腺癌外周血后，則出現mtDNA拷貝數的增加[15]。根據著名的Warburg效應[16]推斷，有氧糖酵解可能有助于腫瘤細胞的生長及侵襲能力，而mtDNA拷貝數出現適應性反應的增加，但對于出現mtDNA拷貝數降低的情況還無合適的解釋，所以mtDNA拷貝數的變化與腫瘤也一定存在相關性，但具體呈正相關還是負相關尚無明確結果。所以，充分了解mtDNA在腫瘤細胞發展中的變化情況，將有助于腫瘤的早期發現及相關抗腫瘤藥物的研制。

4.mtDNA與喉癌癌變的相關性：

如前文所述，線粒體的基因結構、拷貝數量改變與腫瘤進展有密切聯系。因此，研究觀察線粒體的基因結構、拷貝數量改變在喉癌組織中的變化，對于進一步闡明喉癌的發病機制及發展狀況具有重要意義。

許多文獻報道[17]線粒體基因突變與頭頸腫瘤的關系。喉癌的病理類型中90%為鱗狀細胞癌，而且是頭頸部腫瘤中發病率較高的腫瘤之一。Sanchez-Cespedes[18]]研究后得出：頭頸部鱗狀細胞癌在D區發生突變者達40%以上，包括插入、缺失、點突變等。王磊等[19]采用PCR擴增、產物純化和直接測序等技術，選取40例喉癌手術患者的腫瘤組織及腫瘤周圍組織共計80例標本，將癌細胞線粒體DNA D區序列和癌周細胞序列進行對比。得出如下結論：喉癌組織mtDNA的突變率明顯高于癌周組織，并推測mtDNA D-loop區突變率的檢測可作為早期喉癌的診斷工具。mtDNA 4997bp缺失突變，是一種常見的缺失突變，并已得到相關證實[20]。韓月臣等[21]選取臨床病理類型診斷為鱗狀細胞癌的 喉癌組織標本30余例。提取喉癌組織總DNA，采用聚合酶鏈反應（PCR）技術，檢測線粒體基因4997bp的缺失情況。結果顯示：4997bp線粒體基因缺失突變占總數57.14%，其中高分化鱗癌總數中突變率為71.42%，中分化鱗癌突變率為62.5%，而低分化鱗癌中未檢測出。統計學分析，高、中分化級別喉鱗狀細胞癌4997bp的缺失突變率和低分化相比有明顯差異（P<0.05），高、中分化之間無顯著差異（P>0.05）。結論：喉鱗狀細胞癌細胞中出現mtDNA4997bp缺失突變，并與腫瘤組織的分化水平先關。許紅波等[22]：選用未進行任何治療的32例不同TNM分期和不同分化水平的喉鱗狀細胞癌組織標本及癌周組織標本，分別選取其總線粒體基因，予以熒光定量PCR擴增，分析、比較不同分期及不同分化水平的喉鱗狀細胞癌線粒體DNA。得出結論為：I和II期及中、 低分化的喉鱗狀細胞癌mtDNA拷貝數顯著高于癌周組織，而III和IV及高分化期則無顯著差異。線粒體DNA拷貝數與喉癌分化水平呈反比。Siwen Dang等[23]研究發現：在早期喉癌患者中mtDNA低拷貝數預后更差。分析不難發現和人體其他部位腫瘤一樣，mtDNA改變與喉癌的相關性亦體現在mtDNA結構上的突變和拷貝數量上的突變。綜上所述，mtDNA的改變對喉癌癌變發生、發展起著重要作用，在喉癌發展過程中存在線粒體DNA結構上或拷貝數量上的改變，所以，對線粒體DNA結構及拷貝數量改變的監測，對喉癌早期的診治具有重要意義。

5.展望

線粒體在細胞能量供應、衰老、凋亡及腫瘤發生等病理生理過程中起重要作用，目前的研究已基本證實線粒體基因結構改變、拷貝數的變化參與了喉癌的癌變過程，但它們是否存在必然的關系，仍需進一步的研究加以證實。從各方面研究來看，mtDNA結構及拷貝數量改變與喉癌癌變有重要相關性，猜想，在喉癌癌變的進展中是否有線粒體分布的改變呢，有待相關研究證實。一旦證實線粒體基因改變或線粒體分布的改變與喉癌存在必然關系，基因診斷技術則可成為喉癌甚至其他腫瘤的早期診斷工具，而且還可以針對相應的線粒體基因改變、線粒體分布的改變，研發特異性的抗癌靶向藥物。

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