DNA氧化損傷標志物8-羥基脫氧鳥苷與相關腫瘤關系的研究進展

楊柳春 王克義

人體中時刻都在發生著各種各樣的生化反應，活性氧（reactive oxygen species,ROS）是各種基本生化反應的正常產物，ROS的產生是人體不可避免的過程。在所有需氧生物的正常生理條件下，內源性氧化劑與許多酶及非酶抗氧化防御之間保持著動態平衡。當平衡發生改變時，體內產生的ROS會對脂質、蛋白質及核酸造成氧化損傷，因此，DNA不斷地被破壞和氧化修飾。外源性ROS也可發生DNA氧化損傷，如吸煙、紫外線輻射和電離輻射等。大量研究表明，DNA氧化損傷與衰老及其他相關疾病（如腫瘤、心血管疾病、糖尿病和帕金森病等）具有致病性聯系[1-3]。目前常用的反映氧化損傷的指標包括脂質過氧化物、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽還原化物酶、過氧化氫酶、羥自由基、超氧陰離子自由基、一氧化氮及8-羥基脫氧鳥苷（8-hydroxy-2'-deoxyguanosine,8-OHdG或8-oxo-dG）等，相對于其他氧化產物，8-OHdG更能穩定地存在于體內，并且會被排泄到尿液中而不會進行進一步代謝，因此，目前多通過檢測8-OHdG這一穩定的DNA氧化損傷代謝終產物來更好地評估其氧化損傷程度。本文就8-OHdG與相關腫瘤關系的研究進展作一綜述。

1 8-OHdG的生物學性狀

DNA雙螺旋的堿基位于雙螺旋內側，磷酸與糖基在外側，通過磷酸二酯鍵相連，形成核酸的骨架，它由腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和鳥嘌呤4種不同的堿基組成，由于核酸的鳥嘌呤堿基具有最低的氧化電位，因此該堿基極易被氧化[4]。8-OHdG是羥自由基、超氧陰離子等活性氧自由基攻擊DNA分子中的鳥嘌呤堿基第8位碳原子，并與之結合生成的氧化性加合物，從而造成DNA鏈空間的結構變化[5]。在體內，8-OHdG會被8-羥基鳥嘌呤DNA糖苷酶等機體特異性DNA修復酶剪切清除，并經腎臟隨尿液排泄。作為一種生物標志物，體內8-OHdG水平可以代表細胞的DNA氧化損傷修復能力，以及腫瘤內氧化性DNA的損傷程度[6-7]。當8-OHdG在體內過度累積，將進一步加重對DNA的氧化損傷或誘導癌基因的激活，進而導致腫瘤的發生、發展。研究表明，8-OHdG在人體內的蓄積，對腫瘤的發生、發展可能與以下機制有關：（1）8-OHdG在DNA復制的堿基配對過程中通過與腺嘌呤A錯配而產生G:C→T:A的轉化，這種突變修復特別慢，甚至不能修復；（2）8-OHdG在體內經外切酶切除造成堿基脫落，可致DNA雙鏈斷裂，DNA鏈的斷裂可使核酸的完整性和構型受到破壞；（3）8-OHdG有可能導致某些癌基因的突變，如K-ras和TP53等，最終導致腫瘤形成[8-9]。

2 8-OHdG的檢測樣本及方法

8-OHdG檢測的樣本類型包括血液、尿液、腦脊液、唾液、白細胞和組織等，而白細胞和組織需要通過DNA提取和酶消化后，才能確定其8-OHdG水平，這些過程可能導致人為誘導氧化，使8-OHdG檢測水平偏高。目前8-OHdG的檢測方法主要有高效液相色譜-電化學法（high performance liquid chromatography with electrochemical detection,HPLC-ECD）、ELISA 法、放射性同位素32P后標記法、免疫組化分析（immunohistochemistry,IHC）、高效毛細管電泳法、高效液相色譜-串聯質譜法（high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,HPLC-MS/MS）及氣相色譜-質譜法等，其中前兩種是現臨床研究應用比較廣泛的方法。

HPLC-ECD是將樣品通過DNA酶水解后，通過高效液相色譜分離，再使用電化學法測定8-OHdG水平，是一種定量檢測方法，具有高靈敏度、高選擇性、快速且需樣量少等特點，但其存在DNA不完全酶解、干擾物質同時被洗出等問題，可導致8-OHdG水平偏高。而ELISA是采用雙抗體夾心酶標免疫分析法測定樣本中8-OHdG水平，是一種半定量的檢測方法，其靈敏度和特異度高，操作簡便，重復性好，測定時間短且不需要預處理及昂貴的儀器，但試劑成本高，抗體間存在交叉反應，也可能造成檢測值虛高。

3 8-OHdG與各類腫瘤的關系

3.1 8-OHdG與肝癌 DNA氧化損傷作為惡性腫瘤發生的一個重要特征已被廣泛接受。當機體受到肝炎病毒感染、黃曲霉毒素B1攝入及氧化應激反應等影響時，肝細胞內產生的大量ROS破壞了其氧化損傷與抗氧化修飾之間的平衡，從而導致DNA氧化損傷的不斷蓄積，最終導致癌變[10-11]。Mrdjanovic等[12]研究發現，食用被黃曲霉素污染的牛奶后，人體尿液中的8-OHdG水平會升高，食用量增加時，8-OHdG水平也隨之明顯上升。Lin等[13]通過實驗研究證實，與對照組相比，在穩定產生HBV的HepG2.2.15細胞株的培養上清液中、在HBV感染小鼠和HBV或HBV X蛋白（hepatitis B virus X Protein,HBx）轉基因小鼠的血清和肝臟組織中及在HBV感染患者的血清中，8-oxo-dG水平均明顯升高；并且在肝細胞中，HBx的表達在mRNA和蛋白水平上均能明顯提高8-oxo-dG水平，故認為HBV患者的高8-oxo-dG水平可能是連接HBV感染和肝癌發生之間的橋梁之一。而在歐盟國家，肝細胞癌（hepatocellular carcinoma,HCC）發生的主要危險因素則是丙型肝炎病毒（hepatitis C virus,HCV）感染[14]。氧化應激亦是HCV感染患者的普遍特征，而當HCV感染患者治愈后，其血清8-OHdG水平也同時明顯下降[15]。Mahmoud等[16]也發現，HCV相關性HCC和慢性HCV感染患者尿8-OHdG水平亦明顯升高，而且尿8-OHdG水平與腫瘤擴散密切相關。

3.2 8-OHdG與胃癌 腫瘤的發生、發展是一個漫長的過程，多種因素參與其中，如生理、化學、微生物感染、免疫抑制、遺傳和社會心理等因素。而目前在胃癌發生、發展中的“正常胃黏膜-慢性淺表性胃炎-慢性萎縮性胃炎-腸上皮化生-異型增生-胃癌”這一進展模式被廣泛接受。幽門螺旋桿菌（helicobacter pylori,Hp）感染是胃癌發生的主要危險因素之一。據報道，約有89%的非賁門胃癌的發生與Hp感染有關[17]。Hp能引起胃黏膜的慢性炎癥，導致氧化應激，引起DNA氧化損傷。Chen等[18]通過對60例胃癌患者和70名健康人員尿液中8-OHdG的定量檢測發現，相對于健康人員，胃癌患者尿液8-OHdG水平顯著增加，提示8-OHdG可作為潛在的非侵入性生物標志物，可用于胃癌的輔助診斷。Yousaf等[19]發現，胃癌組織中8-OHdG水平較正常組織更高（P＜0.01），且8-OHdG水平與胃癌臨床分期密切相關，隨著腫瘤進展，8-OHdG水平亦明顯升高。而Pour Khavari等[20]觀察到，胃癌患者血清8-oxo-dG水平與腫瘤的分化程度及糖類抗原19-9顯著相關，高分化的腫瘤患者，其血清8-oxo-dG水平更高（P=0.011）；并且化療前8-oxo-dG水平較低且在治療后升高的患者，其治療效果可能更好。以上研究表明，8-OHdG作為DNA氧化損傷的主要標志物，可用于胃癌的輔助診斷及治療監測。

3.3 8-OHdG與結直腸癌 腸黏膜發生氧化應激后會產生大量的ROS，這是促進結直腸癌（colorectal cancer,CRC）發生和發展的重要因素之一。大量的ROS蓄積會導致DNA損傷，從而使8-OHdG增多，而8-OHdG的增多會進一步加重DNA的氧化損傷并誘導癌基因的激活，最終促進CRC的發生和發展。因此，炎癥性腸病（inflammatory bowel diseases,IBD）患者患CRC的風險會顯著增加。IBD最常見的兩種類型是潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis,UC）和克羅恩病，UC的特征在于炎癥性復發和緩解事件時期，會伴隨著細胞死亡和結腸黏膜的再生，這也是常見的癌前病變之一。另外，DNA糖基化酶1（DNA glycosylase 1,OGG1）作為一種堿基切除修復酶，它可以修復氧化應激所導致的DNA損傷。Kumagae等[9]對比了23例 UC相關腫瘤（A組）、16例不伴腫瘤的UC（B組）和17例正常結腸組織標本（C組）中的8-OHdG和OGG1的表達水平，結果發現，A、B組的8-OHdG和OGG1表達水平較C組顯著升高，A組OGG1表達水平也較B組升高，這表明持續的氧化損傷應激可能在UC相關腫瘤的發病機制中發揮重要的作用。Pachetka等[21]認為，CRC 患者組織中的8-OHdG水平較正常組織黏膜升高，但兩者性別、年齡和Duke分級比較差異均無統計學意義（均P＞0.05）。而毛玲娜等[22]采用HPLC-MS/MS測定了58例CRC患者及26名健康體檢者的晨尿標本后發現，CRC患者尿液8-OHdG水平明顯高于健康體檢者，且不同病理分期患者尿液8-OHdG水平差異有統計學意義（P＜0.01）。另外，Kitagawa等[23]采用 ELISA法分析了CRC組織及正常組織DNA中8-OHdG表達水平，發現癌組織和正常組織DNA之間8-OHdG水平的比值與其淋巴結轉移和淋巴管浸潤均相關，且多因素分析顯示，高8-OHdG比值與CRC預后不良具有獨立的相關性。以上結果表明，8-OHdG水平在CRC中的表達與CRC的惡性生物學行為明顯相關，而8-OHdG的蓄積會加速腫瘤的進程。

3.4 8-OHdG與胰腺癌 胰腺癌是一種惡性程度極高的腫瘤，糖尿病、吸煙及膽石癥是目前公認的胰腺癌最常見的危險因素。2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus,T2DM）是最廣為人知的內分泌系統疾病，其主要特征是由于胰島素缺乏和（或）胰島素抵抗引起的高血糖。而持續性高血糖可誘導氧化應激，并可能在T2DM的病理生理機制中發揮重要作用[24]。Abudawood等[25]通過檢測100例T2DM患者及50名健康者血清8-OHdG水平發現，T2DM患者血清8-OHdG水平顯著高于健康者（P＜0.01）。Mohamadkhani等[26]對比了55例胰腺癌患者和55名健康對照者外周血白細胞DNA中8-OHdG水平發現，相對于健康對照者，胰腺癌患者8-OHdG水平顯著升高[208.8（138.0～340.8）比 121.8（57.7～194.8），P＜0.01]，表明外周血白細胞 DNA中8-OHdG可作為胰腺癌患者全身性DNA氧化損傷指標。此外，Inokuchi等[27]通過IHC，對92例胰腺導管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC）患者腫瘤組織中OGG1和8-OHdG表達水平進行了評分，而OGG1分為核亞型和線粒體亞型，結果顯示，線粒體中OGG1低表達是PDAC預后的獨立危險因素，且OGG1表達與8-OHdG表達呈負相關（P=0.0004），8-OHdG高表達會導致PDAC患者復發加快。但也有學者認為外源性8-OHdG可能抑制胰腺癌的轉移[28]。

3.5 8-OHdG與其他腫瘤 近年來，DNA氧化損傷與其他類型腫瘤之間的關聯性也被廣泛關注，8-OHdG在其中扮演著十分重要的角色。在肺癌的發生、發展過程中，DNA氧化損傷所產生的主要產物8-OHdG也起著關鍵性的作用[29-30]。An等[31]報道，在83.3%的非小細胞肺癌腫瘤細胞核中發現有8-OHdG的表達，且其表達水平與腫瘤臨床病理參數、總生存期和無吸煙史者密切相關。He等[32]通過追蹤隨訪食管癌術后患者生存情況發現，其腫瘤組織中8-OHdG表達水平是食管癌預后的獨立預測因子，8-OHdG水平高表達患者術后生存時間顯著縮短，提示檢測8-OHdG水平有助于識別腫瘤預后不良的高危患者。Niiro等[33]發現8-OHdG水平的上調可能與子宮內膜異位癥惡性轉化有關。而Tabur等[34]研究表明，甲狀腺乳頭狀癌（papillary thyroid carcinoma,PTC）患者血清8-OHdG水平明顯高于健康對照者（P＜0.01），且PTC術后血清8-OHdG水平顯著降低（P＜0.01）。另外，血清中8-OHdG可以作為檢測乳腺癌的一種潛在的無創生物標志物，Nour等[7]通過對比乳腺癌、良性乳腺腫瘤及健康女性血清8-OHdG水平發現，乳腺癌患者血清8-OHdG水平較后兩者明顯升高，且血清8-OHdG對乳腺癌有較高的診斷價值，其AUC=0.86,靈敏度為82%，而當臨界值取21.4 μg/L時，特異度達80%。

4 小結

目前，腫瘤仍是威脅人類健康的一個重要因素，現有的腫瘤檢查方法主要包括影像學檢查、內鏡檢查及腫瘤標志物檢測等，其中內鏡檢查屬于侵入性檢查，有一定手術風險，影像學檢查費用昂貴，對人員的技術要求較高，同時存在假陽性、放射線危害等問題。現有的研究表明腫瘤中存在氧化應激，而8-OHdG能較準確反映體內DNA氧化損傷程度且檢測較為方便，甚至可實現無創檢測，可進一步提升對腫瘤的檢測率，應用于腫瘤的輔助診斷、治療監測及預后評估等方面。然而，目前在8-OHdG作為氧化應激水平或DNA氧化損傷指標的研究中，多數研究仍偏重于體外細胞實驗和臨床標本實驗。8-OHdG更多潛在的生物學作用及在腫瘤中尚不完全明確的作用機制還需要更多的探索，因此，在具體應用時應審慎分析這些研究結果，同時進行長期隨訪來進一步確認8-OHdG與各類腫瘤的發生、發展及預后之間的相互關系，從而為腫瘤的精準和科學防控提供有力依據，并最終減輕患者和社會的疾病負擔。