DNA損傷修復(fù)基因在惡性黑色素瘤發(fā)生發(fā)展中的作用研究進(jìn)展*

朱公建，王曉敏，郭紅云，朱小康，蘇海翔，劉玉琴

730050 蘭州，甘肅省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院/甘肅省腫瘤醫(yī)院 科教科(朱公建、蘇海翔)，轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心(郭紅云)，胸外科(朱小康)，腫瘤流行病學(xué)研究中心(劉玉琴)；730060 蘭州，蘭州市西固區(qū)醫(yī)院 醫(yī)管科(王曉敏)

惡性黑色素瘤(malignant melanoma,MM)起源于神經(jīng)嵴黑素細(xì)胞，在皮膚和黏膜均可發(fā)生，但黏膜MM僅占0.8%～3.7%，絕大多數(shù)為皮膚MM，MM也是皮膚癌中致死率最高的惡性腫瘤[1]。過去幾十年里，MM在澳大利亞和新西蘭的發(fā)病率都呈持續(xù)增長[2]。2019年MM發(fā)病率排在美國常見腫瘤第5位，當(dāng)年新發(fā)病例96 480例[3]。我國MM發(fā)病率相對較低，但不斷攀升的發(fā)病人數(shù)和死亡人數(shù)已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注[4]。MM發(fā)生的危險(xiǎn)因素包括皮膚類型、生長障礙性痣及多種常見黑痣等表型特征和兒童時(shí)期過度在日光下暴露等環(huán)境因素[5]。眾所周知，DNA損傷修復(fù)分子在維持基因組的完整性、細(xì)胞功能的特異性和預(yù)防細(xì)胞癌變過程中發(fā)揮著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)DNA暴露在紫外線(ultraviolet，UV)照射環(huán)境中損傷后的修復(fù)能力與MM發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)具有顯著相關(guān)性，而非常有趣的是5%～10%的MM患者有家族遺傳史[6-7]。本文就目前研究較為明確的幾種DNA損傷修復(fù)基因與MM發(fā)生發(fā)展的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 UV與DNA損傷

機(jī)體細(xì)胞中的DNA經(jīng)常會因?yàn)閮?nèi)源或外源性誘變劑而發(fā)生損傷，如未及時(shí)修復(fù)可能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡、細(xì)胞的無限增殖和癌癥的發(fā)生[3]。UV導(dǎo)致的DNA損傷一直以來都被認(rèn)為是皮膚癌發(fā)生的關(guān)鍵因素[6,8]。作用于人類皮膚的UV按光譜可分為UVA(400～320 nm)和UVB(320～280 nm)兩種。DNA受到UVB照射后通過能量傳遞會形成環(huán)丁烷嘧啶二聚體(cyclobutane pyrimidine dimers，CPD)、6,4-嘧啶光化產(chǎn)物和其他一些較小的光化產(chǎn)物從而導(dǎo)致DNA損傷。與UVB相比，UVA除了也能產(chǎn)生CPD損傷外，還可直接穿透皮膚表面進(jìn)入真皮層，通過其產(chǎn)生的活性氧(reactive oxygen species,ROS)間接引起DNA的氧化損傷。

2 DNA損傷修復(fù)與MM的發(fā)生發(fā)展

通常認(rèn)為在MM中引起黑素細(xì)胞發(fā)生突變的主要原因并非UVA產(chǎn)生的ROS而是UVB誘導(dǎo)產(chǎn)生的CPD，不過最新的研究顯示,當(dāng)UVA產(chǎn)生的氧化應(yīng)激發(fā)生時(shí)，黑素細(xì)胞的修復(fù)能力下降了。另外，研究還發(fā)現(xiàn)當(dāng)黑素細(xì)胞在被UVA和UVB分別照射后，被UVB照射的細(xì)胞其受損傷的DNA修復(fù)得更快[9]。一種可能的解釋是事實(shí)上細(xì)胞中的DNA修復(fù)蛋白和DNA一樣，都是氧化產(chǎn)物的靶點(diǎn)。相比其他類型的細(xì)胞，黑色素的存在使黑素細(xì)胞中的DNA修復(fù)系統(tǒng)更容易受到UVA產(chǎn)生的ROS的攻擊，從而使細(xì)胞修復(fù)能力下降，CPD的存活時(shí)間延長，細(xì)胞發(fā)生突變的風(fēng)險(xiǎn)升高[10]。氧化應(yīng)激還在MM的進(jìn)展中扮演重要角色，如可通過改變核苷酸切除修復(fù)(nucleotide excision repair，NER)通路蛋白的修復(fù)能力進(jìn)而誘導(dǎo)MM的發(fā)生，通過激活同源磷酸酶—張力蛋白(phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN)通路或促進(jìn)細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)通路影響MM細(xì)胞的生存狀態(tài)，還可通過誘導(dǎo)細(xì)胞代謝發(fā)生改變而參與MM的轉(zhuǎn)移過程等[11-13]。

3 DNA損傷修復(fù)通路

正常情況下，DNA損傷發(fā)生后會迅速被細(xì)胞防御機(jī)制所識別并產(chǎn)生幾種阻止細(xì)胞進(jìn)行錯(cuò)誤復(fù)制的應(yīng)答反應(yīng)。在細(xì)胞水平，檢查點(diǎn)會激活進(jìn)而抑制細(xì)胞周期，通過轉(zhuǎn)錄上調(diào)來修補(bǔ)損傷或者發(fā)生細(xì)胞凋亡[1]。在DNA水平，多個(gè)DNA損傷修復(fù)分子通路會對受損的DNA進(jìn)行及時(shí)修復(fù)，使細(xì)胞按計(jì)劃復(fù)制，其中嘧啶二聚體、較大的加合物和交叉聯(lián)接等DNA損傷由NER通路負(fù)責(zé)修復(fù)，而由光化產(chǎn)物和氧化損傷導(dǎo)致的DNA雙鏈斷裂由雙鏈斷裂修復(fù)(double-strand breaks repair,DSBR)通路進(jìn)行修復(fù)。目前關(guān)于MM與DNA損傷修復(fù)基因的相關(guān)研究以NER和DSBR通路基因?yàn)橹鳎虼吮疚闹貙ER和DSBR通路基因與MM發(fā)生發(fā)展的關(guān)系進(jìn)行闡述。

4 NER通路基因

4.1 XPC基因

XPC基因位于染色體3p25上，長度33.5 kb，包含16個(gè)外顯子，可編碼含940個(gè)氨基酸殘基的XPC蛋白。該蛋白能與RAD23B蛋白結(jié)合，形成可識別DNA損傷部位的XPC-RAD23B復(fù)合物，并引導(dǎo)Ⅱ型轉(zhuǎn)錄修復(fù)因子復(fù)合物結(jié)合到DNA受損部位，從而激活下游修復(fù)蛋白完成對受損DNA的修復(fù)[14]。研究發(fā)現(xiàn)，UVB輻射能增加組蛋白脫乙酰酶4(HDAC4)的表達(dá)，而XPC是HDAC4的互作蛋白，提示它們對DNA損傷有協(xié)同修復(fù)作用[15]。Stout等[16]研究發(fā)現(xiàn)，敲除小鼠角化細(xì)胞XPC基因，可導(dǎo)致其損傷修復(fù)功能喪失，顯著增高小鼠對UV的敏感性，且無法清除CPD等因UVB照射形成的光化產(chǎn)物，使MM等腫瘤的發(fā)生概率明顯升高。Jiang等[17]的Meta分析研究共涉及對照組4 631例，病例組5 111例，結(jié)果顯示XPC基因Lys939Gln位點(diǎn)多態(tài)性與MM發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)無顯著關(guān)聯(lián)，這與Jin等[18]的Meta分析結(jié)果基本一致，但后者進(jìn)行種族亞組分析發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)多態(tài)性與白種人MM發(fā)生有顯著相關(guān)性。這些研究結(jié)果提示，XPC基因Lys939Gln位點(diǎn)多態(tài)性與MM的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)是否具有相關(guān)性尚無一致結(jié)論,可能在不同的人種中有較大差異，還需要進(jìn)行更大樣本量人群的驗(yàn)證。

4.2 XPD基因

真核生物的NER是由通用轉(zhuǎn)錄因子IIH(transcription factor IIH,TFIIH)統(tǒng)籌安排的精密細(xì)胞生物學(xué)過程，XPD DNA解旋酶作為TFIIH的核心元件之一，廣泛參與轉(zhuǎn)錄、DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞循環(huán)調(diào)節(jié)和染色體隔離等過程[19-20]。XPD遺傳缺陷能導(dǎo)致腫瘤的高易感性，其活性的個(gè)體差異也被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生的潛在危險(xiǎn)因素之一[7]。將XPD克隆后與熒光蛋白重組轉(zhuǎn)染MM A375細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)XPD位于A375細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)并能抑制A375細(xì)胞的增殖代謝[21]。Kertat 等[22]對瑞典244名MM患者進(jìn)行了XPD基因751號密碼子易感性研究，結(jié)果顯示其Gln/Gln基因型與男性MM的發(fā)生具有顯著相關(guān)性,且在MM早期出現(xiàn)發(fā)熱癥狀的頻率較高，Millikan等[23]的研究進(jìn)一步證實(shí)了XPD基因多態(tài)性在MM病因?qū)W中的重要作用,其中XPD312 Asn/Asn 基因型相比Asp/Asp 基因型以及XPD751 Gln/Gln 基因型相比Lys/Lys 基因型發(fā)生MM的風(fēng)險(xiǎn)均顯著增高。但目前XPD基因多態(tài)性調(diào)控MM發(fā)生和影響預(yù)后的具體機(jī)制仍不明確，需要體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究。

4.3 ERCC1 基因與XPF基因

DNA剪切修復(fù)基因ERCC1編碼的蛋白可與DNA修復(fù)內(nèi)切酶XPF形成一種結(jié)構(gòu)特異性核酸內(nèi)切修復(fù)酶復(fù)合二聚體XPF-ERCC1，在受損DNA的單鏈5’端進(jìn)行剪切，從而對NER及其他通路網(wǎng)絡(luò)中的有毒化合物、UV等導(dǎo)致的化學(xué)性和物理性損傷進(jìn)行有效清除，并發(fā)揮限速和調(diào)節(jié)的作用[24]。動物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)體缺乏XPF-ERCC1二聚體時(shí)，會通過自發(fā)的細(xì)胞毒性應(yīng)激反應(yīng)加速細(xì)胞的衰老，并通過泛素化MM細(xì)胞中ERCC1蛋白的不穩(wěn)定二聚化結(jié)構(gòu)域能顯著改變細(xì)胞的修復(fù)能力[25]。病例對照研究顯示，相比高加索人種或非裔美國人種的健康對照人群，ERCC1基因3個(gè)SNP(rs11615, rs3212950 and rs3212948)的變異單倍型組合在MM患者中出現(xiàn)的頻率更高[26]。ERCC1蛋白在MM腦轉(zhuǎn)移癌病理組織中的表達(dá)顯著高于其原位癌患者[27]。藥物實(shí)驗(yàn)顯示順鉑通過調(diào)節(jié)促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)信號通路誘導(dǎo)DNA修復(fù)基因ERCC1的過表達(dá)，從而使MM對順鉑耐藥[28]，而XPF蛋白水平能決定MM細(xì)胞對奧沙利鉑化療的敏感性[29]。ERCC1和XPF基因影響MM化療敏感性的具體機(jī)制尚待進(jìn)一步研究，深入探討可能會有助于克服順鉑耐藥等問題。

5 DSBR通路基因

5.1 PARP1基因

PARP1作為聚腺苷二磷酸核糖聚合酶家族成員，是定位于細(xì)胞核內(nèi)的一種與應(yīng)激條件下DNA修復(fù)密切相關(guān)的蛋白，它能作為傳感器將DNA損傷信號傳導(dǎo)至下游感受器，直接參與染色體穩(wěn)定性、DNA修復(fù)及細(xì)胞凋亡等過程并在鉑類藥物導(dǎo)致的微血管內(nèi)皮細(xì)胞修復(fù)過程中發(fā)揮著重要作用[30-32]。近期文獻(xiàn)報(bào)道，PARP1的表達(dá)上調(diào)與MM較差的生存具有相關(guān)性[33]，Davies等[34]也發(fā)現(xiàn)PARP1基因rs2249844位點(diǎn)的遺傳變異與MM的生存狀態(tài)密切相關(guān)。Choi等[35]發(fā)現(xiàn)PARP1基因內(nèi)含子區(qū)域rs144361550位點(diǎn)能通過調(diào)節(jié)小眼畸形相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(microphthalima associated transcription factor,MITF)介導(dǎo)黑素細(xì)胞的增殖。MM細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PRAP1的抑制劑奧拉帕尼能調(diào)節(jié)長鏈非編碼RNA的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[36]。臨床研究顯示，奧拉帕尼與烷基化試劑三嗪咪唑胺聯(lián)用后可激發(fā)合成致死效應(yīng)來治療合成酶4缺陷型MM[37]，而Abecassis 等[38]發(fā)現(xiàn)MM患者中，PARP1rs1805407的攜帶者對上述兩種藥物聯(lián)用治療效果更為敏感。近年來，隨著分子病理的飛速發(fā)展，特異性遺傳學(xué)改變在黑色素細(xì)胞病變的診斷和治療過程中扮演著越來越重要的角色，而上述結(jié)果提示PARP1基因多態(tài)性可能成為將來實(shí)現(xiàn)MM個(gè)體化治療的又一個(gè)重要理論基礎(chǔ)。

5.2 BRCA1/2基因

BRCA1和BRCA2是能編碼腫瘤抑制器蛋白的人類基因，最初研究發(fā)現(xiàn)女性BRCA1/2基因突變會增加患乳腺癌或卵巢癌的風(fēng)險(xiǎn)，后來發(fā)現(xiàn)男性在該基因發(fā)生突變后也會增加患乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)[39]。有研究認(rèn)為BRCA1/2基因出現(xiàn)突變與MM的發(fā)生具有顯著相關(guān)性[40- 41]，但也有研究認(rèn)為BRCA1/2基因突變在MM發(fā)生過程中所發(fā)揮的作用有限[42-43]，這種爭議在過去幾十年一直存在，基于當(dāng)前的文獻(xiàn)要得到一個(gè)定論還為時(shí)尚早。由于BRCA1/2突變可導(dǎo)致DNA修復(fù)通路的缺陷，因此攜帶BRCA1/2基因致病性突變的腫瘤患者對作用于DNA的細(xì)胞毒性藥物(如順鉑和卡鉑)和同樣能阻礙DNA修復(fù)的PARP抑制劑都更為敏感，但目前已經(jīng)獲得FDA批準(zhǔn)的多個(gè)PARP抑制劑多用于晚期卵巢癌治療，用于治療MM的PARP抑制劑尚未見諸報(bào)道。值得注意的是，多個(gè)臨床研究顯示乳腺癌患者發(fā)生皮膚癌的風(fēng)險(xiǎn)很高[44]，而另一方面，家族性CDKN2A突變(MM的高風(fēng)險(xiǎn)基因)的攜帶者發(fā)生乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)也很高[45]，這些證據(jù)提示在乳腺癌和MM之間可能存在著共同的易感基因，但共同的易感基因是否為BRCA1/2，仍然不能確定，這需要大樣本、多中心的前瞻性研究進(jìn)一步驗(yàn)證。

6 結(jié) 語

DNA損傷修復(fù)基因在MM的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要角色。通過大樣本人群的流行病學(xué)調(diào)查，研究DNA損傷修復(fù)基因與MM相關(guān)的癌基因、抑癌基因之間的關(guān)系，將進(jìn)一步闡釋MM高易感性的分子生物學(xué)機(jī)理。對MM中DNA損傷修復(fù)基因的多態(tài)性進(jìn)行研究有助于發(fā)現(xiàn)易感人群，進(jìn)行早期預(yù)防，并為基因藥物開發(fā)提供靶點(diǎn)。但目前我們還有很多問題仍未解決，如大量DNA損傷修復(fù)調(diào)控機(jī)制尚不明確，UV導(dǎo)致DNA損傷與MM發(fā)生相關(guān)的精確機(jī)理仍不十分清晰，多個(gè)DNA損傷修復(fù)基因的多態(tài)性與MM關(guān)系尚未涉足或無統(tǒng)一結(jié)論，發(fā)現(xiàn)的基因藥物靶點(diǎn)還很有限，真正意義上的個(gè)體化治療還沒有實(shí)現(xiàn)等，這些問題還需要更深入的研究解決。

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