拓撲異構酶Ⅱ在神經膠質瘤中的研究進展

陳 洋 汪東亮 孫雯雯 陰魯鑫 徐偉文

1）宿遷市第一人民醫院，江蘇 宿遷 223800 2）徐州醫科大學附屬醫院，江蘇 徐州 221000

膠質瘤是神經上皮中最常見的腦惡性腫瘤，約占原始成人腦癌的70%，全世界每年將近10 萬人確診［1-4］。與其他類型的腦腫瘤相比，高級別膠質瘤一般預后不良，具有高致殘率、高病死率等特點，患者5 a 生存率不足10%，嚴重影響人們生活水平［5-10］。在診斷和積極治療后，高級別膠質瘤生存期平均也僅14個月［11-14］。高級別膠質瘤易侵犯其他組織，細胞生長潛能高，近50%的患者在1～2 a 內死亡［15-17］。膠質瘤主要包括外科治療以及輔助放化療，由于膠質瘤易侵犯相鄰組織，全切難度高，易再發，且化療不良反應大，因此膠質瘤治療始終是醫學史上的重大挑戰［18-21］。目前，膠質瘤發展及侵襲機制尚不清楚，但研究發現，其過程極其繁雜，涉及多種途徑及因素，其中包含細胞因子及癌癥基因的共同作用，由于這些異常表達，腫瘤增殖潛能和疾病預后也相應發生變化，因此，探究膠質瘤進展的分子靶點對早期判斷疾病預后和精準治療有重要指導意義［22］。近年來隨著分子學發展及分子診斷、免疫組化等技術的興起，有關腫瘤增殖、診斷和預后的分子標志物逐漸被發現，其中DNA 拓撲異構酶Ⅱ被發現可能與腫瘤細胞增生密切相關。研究表明DNA 拓撲異構酶Ⅱ（topoisomerase Ⅱ，TOPⅡ）可體現腫瘤細胞的增殖水平，其主要位于細胞核中，是與人體組織關系密切的重要酶類之一，且在不同類型膠質瘤中表達差異較大，常提示與膠質瘤預后有關［23］。

1 TOPⅡ的生物學特性

拓撲異構酶是一種核酶，通過促進DNA 的臨時斷裂和連接循環來調節DNA的拓撲結構。TOP根據其作用方式分為兩類，即TOPI 和TOPⅡ［24］。TOPⅡ又稱回旋酶，進一步可分為α、β 兩種亞型。迄今為止，國內外針對TOPⅡ的探究大多在TOPⅡα 上，其主要存在于增生活躍細胞的細胞核漿中，蛋白表達在細胞周期具有顯著的特異性，提示與增殖能力有關。TOPⅡ本質上是僅次于組蛋白的第二豐富的染色質蛋白。其中TOPⅡ是通過催化DNA鏈斷裂和結合以控制DNA拓撲狀態的一類酶，其生物學功能有：調控DNA 超螺旋狀態及打結或解結DNA 的環連體狀態；參與需中斷并重新連接DNA鏈的細胞過程，如DNA復制、轉錄、修復［25］。目前TOPⅡ在人體細胞內是普遍存在的酶，由于在復制和轉錄等過程中改變DNA 的超螺旋性和解開雙鏈DNA 片段，因此在許多基本的DNA過程中起至關重要的作用［26］。TOPⅡ可調節DNA 卷曲，并通過使完整的雙螺旋穿過在單獨的DNA片段中產生的瞬時雙鏈斷裂來解決遺傳物質中的結。此外，可通過斷開DNA 雙鏈，促使DNA 與酶共同組成復合物，空間結構發生變化后再重新連接［15］。由于TOPⅡ會在其催化過程中產生DNA鏈斷裂作為必需的中間產物，因此每次運作時都有可能使基因組斷裂，所以這些酶對于增殖細胞的生存必不可少。

2 TOPⅡ在各種類型膠質瘤中的具體分布

有學者研究腦膠質瘤手術標本中TOPⅡ的表達情況，在WHO 分級為1/2 的腫瘤中，TOPⅡ標記指數的中位值為11.6%，而在WHO 分級為3/4 的腫瘤中，TOPⅡ標記指數的中位值為25.1%，表明TOPⅡ表達在高級別膠質瘤中明顯升高［27］。TOPⅡ的表達與腫瘤病理分級有關，其表達強度在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級膠質瘤中逐漸升高，相關性分析顯示TOPⅡ表達與惡性程度呈正相關，提示TOPⅡ表達可能通過某種未知的機制促使膠質瘤進一步惡性轉化，其表達可能與膠質瘤患者病情及預后呈正相關［23］。由此可見，隨著膠質瘤惡性程度的逐步加深，TOPⅡ表達陽性率也呈現出遞增趨勢，其中高級別膠質瘤中陽性率整體上顯著高于低級別瘤，提示TOPⅡ表達可能與腫瘤惡性程度和高細胞增殖率有關。

3 TOPⅡ的表達水平與膠質瘤增殖能力的關系

細胞異常增殖是腫瘤發生發展的主要原因之一。上皮細胞以有絲分裂增加為特征，易于數量和結構染色體（多倍體/非整倍體）和特異性基因（缺失、擴增、點突變、易位）的異常積累，從而導致其進行性改變和最終的惡性轉化。評估相應組織增殖狀態的關鍵分子包括TOPⅡ，其在每個細胞周期階段都表現出不同的表達模式，作為核標記指數的表達是一種非常有用的工具，可用于評估檢查癌前組織和癌后組織的侵襲性。TOPⅡ可促進DNA雙螺旋結構的暫時切割和重新連接，而雙鏈DNA 的纏繞和解繞是染色體結構復制、轉錄和修復的重要分子機制，因此，TOPⅡ在DNA 復制和轉錄過程中起關鍵作用。TOPⅡ是DNA 復制、轉錄和染色體分離所必需的，在腫瘤增生過程中起關鍵作用［23］。此外，TOPⅡ在細胞周期的S 期、G2 期、M 期、部分G0 期和G1 期均有表達，且與Ki-67 關聯較高，Ki-67 作為增殖抗原，具有體現腫瘤增殖潛能水平，故認為TOPⅡ也可作為膠質瘤的增殖指數［23］。TOPⅡ編碼蛋白有TOPⅡα 和TOPⅡβ 兩個亞型，其中TOPⅡα 大多位于增殖細胞的細胞核漿中，當腫瘤細胞增生越快，惡性程度就越高，TOPⅡα需求也就越多，故其高蛋白水平提示腫瘤增生能力較強，惡性程度較高。ATHANASIOS等［29］研究也發現拓撲異構酶Ⅱα 與多種腫瘤的增生和生物學效應有關，與Ki-67 一樣，可作為一種可靠的增殖標記物。由此可見，拓撲異構酶與腫瘤細胞增殖狀態密切相關，提示與活躍的細胞增殖和高度侵襲性有關。

4 TOPⅡ影響腦膠質瘤作用機制的探究

有文獻報道，TOPⅡ家族通過調節靶基因和參與能量代謝介導腫瘤細胞缺氧耐受，從而促進靶基因蛋白survivin 表達，進而提高腫瘤侵襲性［30］。其中拓撲異構酶Ⅱα被證實與活躍的增殖能力有關，通過不同方式在腫瘤的發生進展中起關鍵作用。研究顯示，TOPⅡα 產物存在腫瘤組織中，能刺激和促進腫瘤生長，轉移和免疫抑制，同時抑制細胞凋亡并引起化療抵抗［31-32］。另一方面，TOPⅡ可能通過誘導其他細胞因子參與結合的方式來影響腫瘤的發生發展。目前TOPⅡα被認為是細胞增殖的重要刺激物，可能誘導與其他細胞因子的結合過程，如增殖細胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等。ZHAO 等［27］研究顯示，腦膠質瘤中TOPⅡα 與PCNA 標記指數之間有顯著正相關關系（r=0.9245，P<0.001），且兩者表達的一致性足以證實TOPⅡα與PCNA 在膠質瘤增生過程中的相互關系，最終表明TOPⅡα可能是一種PCNA活性的上調因子。據研究報道，PCNA 是DNA 復制過程中的重要調控因子，為DNA pol（polymerase，聚合酶）δ/ε 和其他復制蛋白的功能提供了平臺，且只有當復制叉中存在PCNA 時，DNA polα 才能轉化為催化DNA 合成的聚合酶［33］。因此，PCNA是DNA合成和參與DNA復制所必需的，它在細胞增殖啟動上起重要作用，也是反映細胞增殖活性的客觀指標。TOPⅡα可能通過上調PCNA活性的途徑，進而影響腫瘤增殖能力與患者總體生存期。另外，VEGF 作為關鍵的血管生成因子，對血管形成有至關重要意義。VEGF 在多種類型腫瘤中均有所發現，它能特異性加速血管內皮細胞增生，對腫瘤形成、進展和轉移有重要意義。VEGF也是重要的促淋巴管生成因子，能促進腫瘤組織淋巴管的生成［34］。同時，BRUSTMANN 等［35］研究發現，在漿液性卵巢癌中VEGF 免疫染色與TOPⅡα 標記指數之間存在顯著相關性（P=0.005 5），認為VEGF 可能通過促進漿液性卵巢癌中的有絲分裂活性而作為自分泌生長因子，從而與TOPⅡα 相互關聯。有研究指出，TOPⅡ與VEGF在許多實體瘤中表達呈正相關，如宮頸鱗狀細胞癌等［30］。因此推測，TOPⅡ在神經膠質瘤中可能通過增加VEGF 的合成，進而促進腫瘤轉移，增殖和血管生成。綜上所述，TOPⅡ的表達可能在提高腫瘤細胞增殖率，促進腫瘤惡性轉化，影響腫瘤細胞對化療藥物敏感性及誘導其他因子參與結合等方面發揮作用，然而具體機制尚需大量的基礎研究加以證實。

5 TOPⅡ與膠質瘤惡性程度及患者生存期的關系

TOPⅡ在膠質瘤中表達顯著高于正常腦組織，其強度隨惡性程度逐漸升高，在低度與高度惡性組之間也有較大差異，提示TOPⅡ表達與病理級別呈正相關，生存曲線得出TOPⅡ表達越高，患者存活率越差，預后往往不良［36-37］。有學者研究指出，TOPⅡ陽性表達患者平均生存時間明顯縮短，K-M 生存曲線顯示，TOPⅡ低表達患者的生存期較高表達者明顯延長，提示TOPⅡ表達可作為評價膠質瘤惡性程度和患者生存期的重要指標之一［23］。國外文獻報道TOPⅡ陽性表達者預后相對較差［38-39］。總之，TOPⅡ表達可作為判斷膠質瘤惡性程度的分子生物學指標和患者預后評價的重要指標。

DNA 拓撲異構酶Ⅱ作為膠質瘤的標記物，與腫瘤增生密切相關，研究表明TOPⅡ高表達在高級別膠質瘤中占比例較大，表達強度隨腫瘤惡性程度的升高而升高，提示該類型腫瘤具有增殖潛能高，容易侵犯相鄰組織，病理級別高等特點，腫瘤細胞增殖率與患者生存期限和腫瘤惡性程度密切相關，TOPⅡ可作為評估膠質瘤惡性程度及預后的重要指標，為進一步研究在膠質瘤預后評估及合理選擇靶向藥物提供了有效指導和科學依據。