脫氧核糖核酸拓撲異構酶Ⅱβ結合蛋白1與腫瘤的研究進展

茅靜賢,王佳欣,嚴雪冰,王 穎

(揚州大學附屬醫院 腫瘤科,江蘇 揚州,225000)

基因組不穩定性是促進惡性腫瘤發生發展的重要因素之一,其與脫氧核糖核酸(DNA)損傷應答(DDR)缺陷密切相關[1]。既往研究[2]表明,DDR主要受磷酸肌醇3激酶(PI3K)蛋白家族、共濟失調毛細血管擴張突變基因(ATM)、ATM及Rad3相關蛋白(ATR)信號、DNA依賴蛋白激酶(DNA-PK)等因素調控。DNA拓撲異構酶Ⅱβ結合蛋白1(TopBP1)是調控ATR信號的關鍵分子,其在DNA復制及損傷修復中發揮重要作用[3-4]。最新研究發現,TopBP1在乳腺癌、肺癌、胃癌等多種惡性腫瘤中表達異常升高,且促進腫瘤細胞惡性潛能及耐藥抵抗[5-7]。本文現對TopBP1在惡性腫瘤中的生物學作用及促癌分子機制進行綜述,以期豐富腫瘤分子理論體系,進而為腫瘤的精準診療提供新的潛在生物標志物。

1 TopBP1概述

分子結構上,TopBP1包含9個BRCA1的C端結構域,這些結構域可以和靶蛋白磷酸化殘基結合,進而在有絲分裂期調控基因組穩定性[8]。例如,TopBP1可以和癌源性磷酸酶2A抑制因子(CIP2A)作用形成復合物,促進有絲分裂期染色質的穩定[9]。TopBP1也可以通過識別DNA損傷檢查點調節器1(MDC1)的表面蛋白作用區域與其結合,進而調控細胞在有絲分裂期的放射敏感性及染色質穩定性[10]。ATR是調控DDR的關鍵酶之一,TopBP1可通過自身ATR激活結構域與ATR/ATR作用蛋白(ATRIP)進行互作,進而在DNA雙鏈斷裂時刺激ATR活性[11]。然而,有研究[12]發現,當DNA雙鏈斷裂時,TopBP1半衰期小于10 min,其招募受MRE11-RAD50-NBS1復合物及ATM酶活性影響。此外,最新研究發現,TopBP1生物學作用可能受表觀遺傳相關分子機制調控。例如,應激環境下植物同源結構域指蛋白8(PHF8)介導TopBP1去甲基化,并促進TopBP1與細胞周期檢查點控制蛋白RAD9形成復合物,最終刺激ATR活性[13]。泛素特異性蛋白酶13(USP13)可以與TopBP1結合,并通過去泛素化機制穩定TopBP1表達水平,進而激活TopBP1-ATR信號軸[14]。在腫瘤研究領域,ATR在調控腫瘤細胞周期、凋亡及藥物敏感性等方面發揮著重要作用,且已有多個臨床藥物試驗評估ATR拮抗劑治療腫瘤的臨床效果及安全性[15]。TopBP1作為調控ATR的關鍵分子之一,對其在腫瘤發生發展中作用機制的深入研究將有助于為基于ATR的腫瘤診療策略提供新思路。

2 TopBP1和腫瘤

TopBP1在腫瘤中的生物學功能及臨床意義見表1。

2.1 乳腺腫瘤和婦科腫瘤

在基底細胞樣乳腺癌中,CIP2A和TopBP1直接互作,進而調控DNA損傷介導的G2-M細胞周期檢查點相關信號,最終促進腫瘤發生與發展[16]。MYB作為經典促癌轉錄因子,在促進雌激素受體陽性乳腺癌生長過程中發揮重要作用,其促癌機制可能為調控下游基因TopBP1進而影響細胞同源重組修復[17]。卵巢腫瘤去泛素化酶6A(OTUD6A)與TopBP1作用并阻斷其與E3泛素連接酶N端識別蛋白5(UBR5)結合,減少K48連接多聚泛素化,增加TopBP1穩定性,最終促進乳腺癌細胞的生長、轉移及放化療抵抗[5]。PHF8介導的TopBP1去甲基化促進乳腺腫瘤發生及提示乳腺癌患者不良預后,而阻斷PHF8-TopBP1信號軸不僅抑制乳腺腫瘤發生,而且能增強腫瘤對多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶(PARP)抑制劑及鉑類藥物的敏感性[18]。TopBP1也可與乳腺癌易感基因1(BRCA1)及乳腺癌易感基因相互作用蛋白1(BRIP1)作用,三者形成的復合物能夠影響乳腺癌對PARP抑制劑的敏感性[19]。在臨床研究[20]中,研究者發現,TopBP1單倍體與攜帶BRCA1突變女性人群罹患乳腺癌風險顯著相關,提示聯合TopBP1及傳統易感基因突變檢測有助于乳腺癌早期診斷。ATR抑制劑VE-821作為新型抗卵巢癌藥物用于臨床試驗,而藥敏試驗表明TopBP1蛋白表達水平與卵巢癌細胞對VE-821敏感性負相關,提示其可能介導腫瘤細胞對ATR抑制劑耐藥,因此TopBP1高表達患者可能不適宜參加VE-821相關臨床試驗[21]。在宮頸癌中,敲低溴結構域蛋白4(BRD4)表達水平抑制TopBP1轉錄,進而失活ATR-Chk1信號通路,最終導致腫瘤細胞在S期凋亡及有絲分裂障礙[22]。人類乳頭狀病毒(HPV)16是宮頸癌高危風險因素,病毒蛋白E2通過絲氨酸23位點的CK2磷酸化與TopBP1結合來促進病毒的復制和存活[23]。另一項相關研究[24]發現,TopBP1在HPV感染的宮頸癌組織中異常高表達,且機制研究發現其通過上調E2F轉錄因子1(E2F1)和p73表達水平調控HPV病毒的生命周期。由此可見,TopBP1可能通過促進HPV感染間接參與宮頸癌的發生發展,因而靶向TopBP1有望成為未來防治宮頸癌新策略。

2.2 呼吸系統腫瘤

在正常細胞中,AKT磷酸化TopBP1并促進其與E2F1作用,進而終止DNA復制;但在肺癌細胞系H1299中,TopBP1與其相互作用復制刺激蛋白Treslin作用,進而促進細胞中DNA異常復制,提示其在肺癌增殖中發揮重要作用[25]。在非小細胞肺癌(NSCLC)中,盡管無疾病進展生存在TopBP1低表達患者與TopBP1高表達患者間差異無統計學意義,但是前者的總體生存率顯著高于后者,提示TopBP1可作為潛在預后標志物[26]。機制研究[6]發現,TopBP1可能通過上調突變P53,促進NSCLC細胞對化療藥物阿霉素的抵抗。后續機制研究[27]進一步發現,鈣黃綠素乙酰氧基甲酯可通過抑制TopBP1/突變P53信號級聯增強NSCLC細胞對阿霉素的敏感性。TopBP1不僅影響肺癌細胞對化療藥物的敏感性,還可以降低放射治療的效果。轉錄組學研究[28]發現,TopBP1在放療抵抗的肺癌細胞中表達水平顯著升高,并且TopBP1敲低可以顯著延長肺癌腦轉移小鼠的生存。總體而言,TopBP1在呼吸系統腫瘤中相關研究較少,其臨床意義及具體促癌機制尚未清楚。此外,近年來免疫檢查點抑制劑在肺癌治療中的地位逐漸上升,TopBP1是否在腫瘤免疫中扮演著重要角色也是未來值得關注的研究方向。

2.3 消化系統腫瘤

在胰腺導管腺癌中,糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)抑制劑可以降解TopBP1,進而在單鏈DAN損傷時抑制ATR活性,最終促進腫瘤細胞對吉西他濱的敏感性[29]。TopBP1(3257-A >G)基因多態性能夠增加吸煙相關胰腺癌的發病風險,提示其可能協同吸煙促進早期胰腺正常組織的惡性轉化[30]。一項基于TCGA的生物信息學研究[31]表明,TopBP1在胃癌組織中過表達且提示患者不良預后。另一項生物信息學研究[32]提示,含BRCA1/BRCA2復合體3亞基(BRCC3)可能調控TopBP1激活同源重組信號通路促胃癌發生發展。體外實驗[7]發現,TopBP1在奧沙利鉑耐藥的胃癌細胞中表達水平異常升高,機制研究表明AKT信號介導TopBP1在絲氨酸1 159位點磷酸化,進而上調PARP1表達水平,最終促進腫瘤細胞耐藥。研究還發現,鋅指蛋白860可能在轉錄水平調控TopBP1表達水平促進I/II期胃癌的術后復發,提示TopBP1可作為預測早期胃癌術后臨床結局的潛在標志物[33]。拉帕替尼用于治療Her-2陽性的胃癌患者,但耐藥影響其實際臨床效果。研究[34]發現,TopBP1可促進檢查點激酶1(Chk1)磷酸化,進而誘導Her-2陽性胃癌細胞對拉帕替尼的抵抗,因此靶向抑制TopBP1有望成為增強拉帕替尼抗腫瘤效果的新方法。一項多中心回顧性臨床研究[35]發現,TopBP1(rs1444601)基因多態性與結直腸癌發病風險成正相關,提示其可作為結直腸癌早期預警標志物。在腺瘤性結腸息肉病(APC)基因突變小鼠中,磷脂酶D1(PLD1)通過調控AKT/TopBP1信號通路抑制腸道腫瘤細胞的凋亡[36]。另一項研究[37]發現,PLD1/AKT/TopBP1也可激活 Wnt/β-catenin信號,促進APC合并 PI3K催化亞基α基因突變的結直腸癌細胞的侵襲及克隆形成能力。在BRCA1/2突變的結腸腺癌細胞系中,CIP2A和TopBP1作用形成復合物提高細胞的生長能力[38]。因此,上述研究提示,TopBP1在結直腸癌中的促癌效應及分子機制可能因腫瘤細胞遺傳分子背景不同而改變。

綜上所述,首先,在消化道腫瘤中TopBP1相關研究在胃腸道腫瘤較多,其在肝膽胰腫瘤發生發展中的生物學作用尚未明確。其次,盡管部分研究證實TopBP1與腫瘤耐藥存在相關性,但是缺乏多中心大樣本的回顧性研究來確證其預后價值。最后,TopBP1促癌效應及關聯分子機制是否依賴于其基因多態性或腫瘤分子遺傳背景也是未來值得探究的方向。

2.4 其他腫瘤

在前列腺癌中,TopBP1表達水平與Gleason 評分、病理分期及腫瘤轉移成正相關,且機制研究[39]表明,其通過激活ATR-Chk1信號通路促進腫瘤細胞的增殖及遷移能力。TopBP1也可以通過調控DDR相關通路,促進神經內分泌前列腺癌的生長[40]。一項基礎研究[41]表明,TopBP1可通過上述機制影響角化細胞分化,推測其可能在皮膚、鼻咽、口腔及食管鱗狀細胞腫瘤的早期發生過程中扮演著重要角色。在喉癌中,TopBP1(rs115160714)基因多態性與淋巴結轉移及腫瘤病理分級顯著相關,而生存分析提示TopBP1mRNA及其蛋白表達水平均與患者總體生存呈顯著負相關[42]。筆者團隊前期發現,TopBP1在骨肉瘤、粘液纖維肉瘤、脂肪肉瘤及平滑肌肉瘤中表達異常升高,其高表達與骨肉瘤患者局部復發及低腫瘤壞死率呈正相關,進一步體外功能實驗表明,TopBP1促進骨肉瘤細胞對阿霉素及順鉑的抵抗能力[43]。總體而言,TopPBP1相關研究在泌尿系、頭頸部腫瘤及肉瘤中尚處于起步階段,其具體臨床意義及生物學作用仍需未來更多研究來明確。

3 問題和展望

綜上所述,DDR在維持生理內穩態及惡性腫瘤發生發展過程中均發揮著重要作用。TopBP1作為DDR關鍵調控因子之一,參與不同腫瘤的生長、轉移及耐藥,但相關研究仍面臨諸多挑戰。首先,TopBP1在多數腫瘤中的表達情況、臨床價值及生物學作用仍未清楚,其是否有望作為可靠的泛癌標志物有待確證。其次,TopBP1促癌效應是否依賴于基因多態性及腫瘤遺傳分子背景等因素尚未明確。最后,鑒于TopBP1在維持正常生理發育中也扮演著重要角色,如何精準靶向腫瘤組織中TopBP1,而不影響其在正常組織中表達水平顯得尤為重要。相信隨著生物技術的發展及對TopBP1了解的不斷深入,其有望轉化為腫瘤精準診療的潛在分子標志物或藥物干預靶點。