APE1/Ref-1在卵巢癌中的功能研究進展

呂小慧，郭　欣，李　佳，葛俊麗，劉淑娟，陳必良

(1.第四軍醫大學西京醫院婦產科，陜西 西安 710032；2 解放軍第451醫院腔鏡外科，陜西 西安 710032)

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APE1/Ref-1在卵巢癌中的功能研究進展

呂小慧1，郭欣2，李佳1，葛俊麗1，劉淑娟1，陳必良1

(1.第四軍醫大學西京醫院婦產科，陜西 西安 710032；2 解放軍第451醫院腔鏡外科，陜西 西安 710032)

脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1( APE1)，又稱為氧化還原因子1(Ref-1)，是一種具有雙功能酶活性的生物大分子，不僅具有核酸內切酶活性，能修復DNA的損傷，而且具有氧化還原功能，可通過調控多種轉錄因子的轉錄活性實現對基因表達的干預。研究發現APE1/Ref-1在卵巢癌中呈高表達狀態，并與腫瘤的發生、發展及預后有關。APE1/Ref-1因其與卵巢癌的密切關系，而成為極具潛力的腫瘤基因治療的新靶點。該文就APE1/Ref-1的定位、分子結構、生物學功能及其在卵巢癌發生發展研究方面的進展作了一系列的回顧與總結。

脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶；卵巢癌；氧化還原；核酸內切酶

[Abstract]Apurinic/apuriminidic endonuclease 1(APE1), also named redox factor-1 (Ref-1), is a biomacromolecule with bifunctional enzyme. APE1 not only has the endonuclease activity to repair DNA injury, but also has a redox function, which interferes the gene expression by regulating the activity of a variety of important transcription factors. Recent studies have suggested that the expression of APE1/Ref-1 in ovarian cancer is high and it is correlated with tumor occurrence, progression and prognosis. Thus, APE1/Ref-1 becomes a new target for cancer gene therapy because of its correlation with ovarian cancer. In this paper, we made a series of review and summary concerning the allocation, structure and functions of APE1/Ref-1 as well as the research progress in ovarian cancer.

[Key words]apurinic/apuriminidic endonuclease 1 (APE1); ovarian cancer; redox; endonuclease

脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1(apurinic/apuriminidic endonuclease, APE1)又稱為氧化還原因子1(redox factor-1, Ref-1)，是典型的生物大分子功能復合體[1]。APE1功能廣泛，參與細胞內多種生物學過程，包括DNA損傷修復、氧化應激和多種轉錄因子的調控[2]。近年，越來越多的研究表明，APE1/Ref-1與多種腫瘤的發生發展及放化療敏感性相關，被認為是未來癌癥治療中最具潛力的明星分子之一[3-4]，包括卵巢癌、胃腸道腫瘤、非小細胞肺癌、前列腺癌和食管癌等。現將對APE1在卵巢癌診治方面的研究進展做一綜述。

1 脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1/氧化還原因子1的結構

APE1/Ref-1基因定位于人14號染色體長臂，轉錄區長約216kb，可編碼包含318個氨基酸、分子量為35 423 kD的APE1/Ref-1蛋白[5]。APE1/Ref-1蛋白在生物進化過程中高度保守，在人類和哺乳動物中均可發現同源蛋白[6]。APE1/Ref-1主要有2個結構功能域，即N端的氧化還原調控區和C端的DNA修復內切酶活性區[7]。

2 脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1/氧化還原因子1的功能

2.1 脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1/氧化還原因子1的DNA修復功能

DNA最常見的損傷模式為脫嘌呤/脫嘧啶(apurinic/apyrinidinic, AP)位點損傷，常常由氧化應激或自發性水解導致連接堿基和核糖的糖苷鍵水解造成。AP位點的產生會對細胞造成嚴重的損害，首先會阻礙DNA的復制，導致遺傳的不穩定性，其次對細胞本身有很強的毒性，最后，甚至會誘發細胞本身發生轉變[8]。AP位點的產生需要機體內的堿基切除修復(base excision repair, BER)，而APE1/Ref-1則是BER途徑的主要限速酶，即APE1的存在可以有效地修復DNA的AP位點損傷[9]。部分學者認為BER途徑很可能在腫瘤的發生發展中扮演抑癌角色，而APE1就是啟動抑癌功能的起始分子，因此利用外界干預的策略通過作用于APE1/Ref-1蛋白來提高BER活性很可能是一種新的腫瘤治療方式[10]。

2.2 脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1/氧化還原因子1的氧化還原功能

APE1/Ref-1作為氧化還原活性蛋白，是細胞內氧化應激反應的重要媒介分子。研究表明，處于氧化應激狀態的細胞其APE1/Ref-1的表達水平顯著上調。由于參與氧化應激的多數轉錄因子需要半胱氨酸殘基處于還原狀態，這樣才能激活DNA的轉錄活性，從而調控基因表達[5,10]。APE1/Ref-1可以改變半胱氨酸的氧化還原狀態，從而起到類似“基因開關”的作用，即APE1/Ref-1可以通過調控轉錄因子的活性來影響細胞的增殖、凋亡、分化等細胞生命活動。受APE1/Ref-1調控的轉錄因子包括c-Fos和c-Jun家族相關成員，這些轉錄因子與DNA的結合能力都取決于半胱氨酸殘基的氧化還原狀態[11]。因此，APE1/Ref-1很可能是細胞內氧化應激狀態下多種基因表達調控的關鍵節點。

3 脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1/氧化還原因子1的表達調控

APE1/Ref-1基因的調控包括轉錄水平和轉錄后水平調控。在轉錄水平上，APE1/Ref-1是目前已知的唯一的具有自我調控的DNA修復酶。在APE1/Ref-1基因的啟動子區域包括陰性鈣反應原件和陽性鈣反應原件，APE1/Ref-1可以與陰性鈣反應原件協同與陽性鈣反應原件結合，負性調節自身基因的表達[5-6]。

APE1/Ref-1的轉錄后調控主要涉及磷酸化作用和氧化還原修飾。研究表明，細胞內產生的活性氧自由基(reactive oxygen species, ROS)可誘導DNA發生水解、斷裂等一系列有害事件，但同時也會使得APE1/Ref-1的表達增加[8]。ROS主要通過兩方面增加APE1/Ref-1的表達，一是APE1/Ref-1的亞細胞內定位改變，即細胞質向細胞核的轉移；二是激活轉錄因子增加基因表達。另有研究表明，蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)可以對APE1/Ref-1的特定位點進行磷酸化[12]。在甲磺酸甲酯的作用下，白血病細胞內APE1/Ref-1的磷酸化和PKC的活性均增加，但是氧化還原活性并未增加，即APE1/Ref-1的氧化還原活性依賴于PKC的磷酸化。此外，也有研究表明，APE1/Ref-1的磷酸化在其亞細胞內的轉運過程中也發揮重要作用[13]。

4 脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1/氧化還原因子1與腫瘤

4.1腫瘤組織中脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1/氧化還原因子1的表達水平

大量研究發現，腫瘤組織中APE1/Ref-1的表達水平發生明顯改變。在非小細胞肺癌、胰腺癌、肝癌、大腸癌等腫瘤組織中均已發現APE1/Ref-1的表達增加。在大腸癌組織中，正常的大腸黏膜APE1/Ref-1的表達水平顯著低于腫瘤組織，并與臨床分期和預后結局相關[14]。研究發現在骨肉瘤中APE1/Ref-1表達水平增高，并與放化療抵抗和預后相關[15]。在非小細胞肺癌中，高表達APE1/Ref-1組的無病生存期明顯短于低表達組[4]。這些結果表明APE1/Ref-1是惡性腫瘤放化療效果和預后生存的重要影響因素。

4.2腫瘤組織中脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1/氧化還原因子1的亞細胞定位

在腫瘤組織中，APE1/Ref-1的表達水平不僅增加，還會發生亞細胞內定位的改變。以大腸癌為例，在正常的大腸黏膜中APE1/Ref-1主要定位于細胞質中，而在腸上皮中則主要定位于細胞核中，在腺癌中則表現為核漿共存[16]。在肝癌和乳腺癌中也發現類似的現象。這種特殊的分布模式多認為與腫瘤的侵襲能力和預后相關，細胞核內分布型大多有較好的預后，而細胞質分布型則預后較差[17]。

5 脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1/氧化還原因子1與卵巢癌

5.1脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1/氧化還原因子1在卵巢癌中的表達與定位

在卵巢癌的細胞質和細胞核中，APE1/Ref-1均有表達，但是絕對表達量有所不同。有研究通過對135例卵巢癌的組織標本染色發現，APE1/Ref-1在細胞核中的陽性染色更為普遍(97例細胞核陽性，細胞質陽性僅為40例)[3]。張穎等(2008年)研究發現，在卵巢癌組織中，APE1/Ref-1的表達主要有3種形式，即單純細胞核表達、單純細胞質表達和核漿共表達。對于卵巢癌不同的病理類型，APE1/Ref-1的表達亦不相同，相比于子宮內膜樣癌和透明細胞癌，在漿液性和粘液性癌中APE1/Ref-1的細胞核表達更為明顯。研究表明，APE1/Ref-1在細胞核中的表達越多，腫瘤的惡性程度越大，患者能夠接受手術治療的概率也越小。同時，APE1/Ref-1高表達的患者生存期短于低表達患者，然而，與患者的臨床分期和組織學分級沒有明顯的相關性[18]。

5.2 脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1/氧化還原因子1基因多態性與卵巢癌風險

在一般人群中，DNA修復基因的多態性會顯著影響自身的修復能力。有研究通過對128個種族的分析發現，APE1/Ref-1基因的編碼區有至少13個單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism, SNP)位點，其中6個SNP會引起蛋白質翻譯后的氨基酸替換，分別為L44C(CTG→TGT)，D148E(GAT→GAG)，G231C(GGC→TGC)，W267A(TGG→GGG)，Y171I(TAT→ATT)，R237A(CGC→GCC)。Hadi等進一步研究發現，僅L44C(CTG→TGT)，D148E(GAT→GAG)會影響蛋白質的結構[19]。盡管APE1基因的SNP位點較多，但是目前研究最多的為rs1130409，已有多項研究發現rs1130409與多種腫瘤的易感性關系，包括肺癌、乳腺癌、結腸癌、胰腺癌等[20-21]。

APE1/Ref-1的rs1130409位于第5外顯子區域，是天冬氨酸到谷氨酸的非同義突變，rs2307486則位于啟動子區域。張曉紅等(2013年)發現rs1130409和rs2307486位點的SNP與卵巢癌的易感性相關。有研究發現，rs1130409位點的多態性并不會影響APE1/Ref-1的內切酶活性，進而不會影響DNA修復功能，但是其多態性可能會影響與其他基因的相互作用[22]。因此，APE1/Ref-1基因多態性與卵巢癌風險關系仍需進一步研究。

5.3脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1/氧化還原因子1在卵巢癌中的腫瘤耐藥性研究

卵巢癌是女性惡性腫瘤中的第4位死因。現階段化療藥物包括順鉑及其衍生物的化療方案已經明顯改善了患者的生存時間，然而，部分患者也表現出對化療藥物的不敏感。順鉑的抗腫瘤機制為破壞DNA合成和RNA轉錄，而DNA修復機制是腫瘤細胞產生耐藥的主要原因，即APE1/Ref-1很可能與卵巢癌化療耐藥相關。研究發現，APE1/Ref-1的表達強度和定位與化療敏感性密切相關，APE1/Ref-1在細胞質中表達越多，化療的敏感性越差，故APE1/Ref-1的表達及定位可作為臨床卵巢癌治療的重要評估手段[23]。另有研究表明，APE1/Ref-1氧化還原區的重組質粒轉染的A2780細胞，可以顯著降低對順鉑的敏感性，表明APE1/Ref-1的氧化還原功能在卵巢癌化療耐藥中也發揮重要作用[24]。所以，APE1/Ref-1參與卵巢癌的化療耐藥過程，其時空定位的改變可能是產生耐藥的基礎，但是具體機制仍有待進一步研究，現有的研究推測APE1/Ref-1在化療耐藥中的機制為：APE1/Ref-1的表達水平上調，使得細胞的DNA修復能力增強，從而對抗鉑類藥物引起的DNA損傷[24]。

5.4 脫嘌呤/脫氧嘧啶核酸內切酶1/氧化還原因子1與卵巢癌生物學行為的研究

APE1/Ref-1是具有DNA修復功能和氧化還原功能的雙功能蛋白，故其在細胞的生命活動中具有重要意義。因此近年來對APE1/Ref-1功能的研究成為熱點。Ying等[21]從細胞水平探討了APE1/Ref-1對卵巢癌增殖、凋亡和侵襲的影響，發現下調APE1/Ref-1的表達可以通過Akt信號通路減弱卵巢癌細胞的侵襲潛能和增殖能力。目前關于APE1/Ref-1在卵巢癌中的生物學功能研究不多，但是在其他腫瘤中已有部分研究。Wei等[4]發現在非小細胞肺癌中APE1/Ref-1可以調控上皮間質轉換(epithelial-mesenchymal transition，EMT)過程。在骨肉瘤中，APE1/Ref-1可以通過轉化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)途徑調控腫瘤的血管生成[14]。在肝細胞肝癌中，下調APE1/Ref-1可以減弱細胞的增殖和運動能力[25]。APE1/Ref-1與卵巢癌的關系密切，但研究尚不充分，因此，加強對APE1/Ref-1在卵巢癌的研究可能會為科研工作者進一步明確卵巢癌的惡性生物學行為提供新的理論基礎。

綜上所述，APE1/Ref-1與卵巢癌有著密切的關系，其時空定位的改變與卵巢癌細胞的惡性程度相關，同時還與化療耐藥相關，APE1/Ref-1基因的多態性與卵巢癌的易感性相關。如果能夠特異性地調控腫瘤細胞內APE1/Ref-1的表達，將能有效殺傷腫瘤細胞。雖然現有的研究仍十分有限，但是基于APE1/Ref-1的研發將為未來卵巢癌的診治帶來曙光。

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[專業責任編輯：楊筱鳳]

Research progress on function of APE1/Ref-1 in ovarian cancer

LYU Xiao-hui1, GUO Xin2, LI Jia1, GE Jun-li1, LIU Shu-juan1, CHEN Bi-liang1

(1.Department of Gynecology and Obstetrics, Xijing Hospital of the Fourth Military Medical University, Shaanxi Xi’an 710032, China;2. People’s Liberation Army 451st Hospital, Shaanxi Xi’an 710032, China)

2016-03-23

國家自然科學基金資助項目(編號：81402133)。

呂小慧(1986-)，女，主治醫師，主要從事婦科腫瘤的診治工作。

陳必良，主任醫師。

10.3969/j.issn.1673-5293.2016.08.042

R737.31

A

1673-5293(2016)08-1027-03