乳腺癌基因組不穩(wěn)定性的研究進展

李 嬌，張 晟，胡蘊慧，張 瑾

乳腺癌是西方國家女性最常見的上皮細胞惡性腫瘤，僅2012年美國新增乳腺癌病例20萬，死亡3.9萬[1]。目前，我國女性乳腺癌的發(fā)病率也呈逐年上升趨勢，死亡率在女性惡性腫瘤中居第3位。乳腺癌的發(fā)生是一個復雜的過程，與多種基因的改變相關，基因組不穩(wěn)定性是其發(fā)生發(fā)展的重要分子機制。因此，本文對基因組不穩(wěn)定性與乳腺癌的關系做一綜述。

1 基因組不穩(wěn)定性的概念與類型

基因組不穩(wěn)定性是人類腫瘤的一個顯著特征[2]，也稱為“突變表型”，被認為是與腫瘤發(fā)生相關的一系列細胞的積累突變[3]，在早期癌變過程中導致作為“基因看管者”的DAN錯配修復系統(tǒng)的相關基因功能障礙。

基因組不穩(wěn)定性常見類型有兩種，即核苷酸水平的不穩(wěn)定性與染色體水平的不穩(wěn)定性。核苷酸水平的不穩(wěn)定性主要包括DNA修復基因功能障礙與微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI)。DNA修復基因功能障礙主要是與錯配修復、核苷酸切除修復(NER)、 堿基切除修復(BER)和雙鏈斷裂修復(DSB)相關的基因障礙。微衛(wèi)星是由1～ 5個核苷酸組成的具有高度多態(tài)性的簡單串聯(lián)重復序列,MSI是這些簡單重復序列的異常改變，多由DNA 錯配修復基因(hMSH2,hMLH1,hPMS2,hMSH6)失去正常修復能力引起。MSI在結(jié)直腸癌、卵巢癌和內(nèi)膜癌中較為常見，并與腫瘤的進展相關，但在乳腺癌中罕有報道[4]。染色體不穩(wěn)定(CIN)是指細胞在有絲分裂過程中發(fā)生的染色體數(shù)目或結(jié)構的異常,可能是獲得額外的整個或部分染色體,也可能是丟失整個或部分染色體。CIN 在乳腺癌的致病過程中起到重要作用。據(jù)統(tǒng)計,有60%～80%的乳腺癌表現(xiàn)為CIN,通常一個細胞內(nèi)含有40～60條染色體。

在腫瘤細胞中還存在另一種基因不穩(wěn)定性——表觀遺傳學變化，即在不改變DNA序列的前提下，通過某些機制引起可遺傳的基因表達或細胞表型的變化，如DNA甲基化、組蛋白修飾。表觀遺傳學的改變在乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移過程中同樣發(fā)揮著重要作用。

2 基因組不穩(wěn)定性與乳腺癌

2.1 核苷酸水平的不穩(wěn)定性與乳腺癌 在核苷酸序列水平，DNA損傷可以以單點突變和移碼突變出現(xiàn)，從而改變基因的表達或?qū)е陆囟痰鞍椎某霈F(xiàn)。癌癥易感基因BRCA1和BRCA2在DNA修復、轉(zhuǎn)錄、細胞周期調(diào)控中發(fā)揮著重要作用[5]，其胚系突變是與腫瘤相關的基因組不穩(wěn)定性的一個重要組成部分，近80%的遺傳性乳腺癌伴有BRCA1和BRCA2基因突變。BRCA1基因突變可以引起乳腺癌相關的基因(如MYC、STAT1、JAK1、CCD1、ID4)表達產(chǎn)物的改變，造成基因組的不穩(wěn)定性[6]，與高頻TP53突變的基底細胞樣乳腺癌的表型相似，提示預后不良[7]。研究證實，在預后差的基底細胞樣乳腺癌和BRCA1型乳腺癌中，存在大量與磷酸酶同源基因(PTEN )突變相關的DNA修復系統(tǒng)功能障礙[8]。

2.2 染色體水平不穩(wěn)定性與乳腺癌

2.2.1 染色體數(shù)目異常 染色體數(shù)目異常的一種表現(xiàn)形式是非整倍體狀態(tài)[9]，是人類癌癥的一種非常普遍的特征，常見于90%的人類實體腫瘤和50%以上的血液系統(tǒng)腫瘤。非整倍體狀態(tài)是在有絲分裂過程中，由有絲分裂檢測點(SAC)監(jiān)測障礙引起的染色體分離異常造成，并伴有非整倍體核型的連續(xù)克隆擴增。

SAC的核心組件包括MAD1、MAD2、BUB1、BUBR1、BUB3、MPS1和CENP-E。SAC基因突變引起的SAC低表達或高表達均可導致染色體分離異常而形成非整倍體，從而促進腫瘤的發(fā)生。相關研究也證實了與乳腺癌發(fā)生相關的SAC組件的異常，如Han等[10]在66例浸潤性導管癌患者中，發(fā)現(xiàn)44例患者無MAD1的表達，其余22例患者MAD1表達也明顯降低。To-Ho等[11]用C末端缺失的MAD2基因轉(zhuǎn)染人類細胞,發(fā)現(xiàn)該核心組件的缺失，導致胞質(zhì)分離異常引起染色體的提前復制,產(chǎn)生非整倍體。然而，Yuan等[12]在乳腺癌及其細胞系中卻發(fā)現(xiàn)SAC核心組件基因均發(fā)生了高表達，其中MPS1表達增加了520倍，MAD2表達增加了11倍。也有研究發(fā)現(xiàn)，MAD1家族MAD1L1基因過表達提示乳腺癌預后差，并且對紫杉醇化療方案不敏感[13]。

非整倍體的形成也可由中心體的數(shù)目增加引起，中心體決定有絲分裂紡錘體的極數(shù)，具有兩個以上中心體的細胞可能會形成多極化紡錘體。如果不能糾正紡錘體的異常，有絲分裂后期可能會產(chǎn)生3個或更多的高度非整倍體子細胞。目前研究結(jié)果表明，cyclin-A/Cdk2與Aurora-A形成的正反饋通路可促進乳腺癌細胞中心體擴增，靶向作用細胞周期調(diào)控因子，可以抑制乳腺癌細胞中的中心體擴增與CIN[14]。

非整倍體引起的CIN在導致腫瘤發(fā)生的同時，也可誘發(fā)應激反應，抑制腫瘤細胞的增殖生長。Birkbak等[15]認為，低頻CIN可以促進腫瘤的發(fā)展，而高頻CIN可能誘導細胞死亡而抑制腫瘤的形成。Cappello 等[16]發(fā)現(xiàn)，敲除乳腺癌細胞系中的NIMA相關激酶2(NEK2)后，可引起非整倍體的形成與細胞周期停滯，導致細胞死亡；有學者通過FISH技術發(fā)現(xiàn)，伴有高頻CIN的雌激素受體(ER)陽性患者預后較差，伴有高頻CIN的ER陰性者卻提示預后良好[17]，這提示CIN在乳腺癌不同分子分型中發(fā)揮著不同的作用。非整倍體對腫瘤發(fā)生發(fā)展的影響取決于特定異常核型與組織微環(huán)境的相互作用。

2.2.2 染色體結(jié)構異常

2.2.2.1 染色體易位和倒位 染色體易位和倒位是由DSB異常造成的，DSB在保持基因組的完整性中發(fā)揮著重要作用。染色體易位和倒位造成的染色體融合可以引起斷點處基因失活或癌基因的激活[18]。例如，t(8，11)引起的NRG1基因表達異?？梢栽斐扇橄侔┗颊叩纳嫫诳s短。

2.2.2.2 染色體上DNA擴增 染色體上DNA擴增常出現(xiàn)在染色體斷點處，可以引起癌基因拷貝數(shù)的增加。傳統(tǒng)的細胞遺傳學基因組分析發(fā)現(xiàn)乳腺癌中最常見的拷貝數(shù)增加位點是 1q,6p,8q,11q,16p,17q,19q和20q，最常見的擴增癌基因為FGFR1(8p12),MYC(8q24),CCND1(11q13)，MDM2(12q13)，HER2(17q12 ),AIB1(20q13 )。這些擴增的位點和基因是腫瘤預后差、侵襲性強和化療耐藥的重要預測指標。如Turner等[19]證實，F(xiàn)GFR1基因擴增能夠抑制孕激素受體(PR)的表達，使Luminal型乳腺癌細胞系對4-羥基他莫昔芬藥物不敏感，同時 FGFR1擴增也提高了Luminal型乳腺癌的增殖能力，與其預后差有關。Markiewicz 等[20]用鎖定核酸水解探針實時熒光定量PCR發(fā)現(xiàn)12%的乳腺癌患者存在ESR1擴增，該基因的擴增降低了患者的無病生存期與總生存期，且在ER陰性的乳腺癌中更為常見。

2.2.2.3 染色體的雜合性缺失(LOH) LOH是在細胞中染色體同一位點上兩個多態(tài)性等位基因中的一個出現(xiàn)缺失或突變失活，因此LOH又被稱為等位基因不平衡或等位基因丟失。乳腺癌細胞中的LOH現(xiàn)象,是原發(fā)性乳腺癌中最常見的體細胞變異。根據(jù)文獻報道，LOH的發(fā)生率在HER2過表達型(26.7%)與三陰性乳腺癌(27.1%)中明顯高于Luminal型(12.2%)，且高頻的LOH常見于組織學分級Ⅲ級的患者中[21]。通過比較基因組雜交技術，McClelland等[22]發(fā)現(xiàn)3p,8p,13q,16q，17p,18q染色體片段上DNA的丟失能夠影響乳腺癌預后和對化療藥物的敏感性。研究證實，在浸潤性導管癌中3p26.3,3p24.3和 3p14.2區(qū)域特異性LOH缺失比浸潤性小葉癌中的發(fā)生率更加頻繁；13q13和14q32的LOH可以預測ER陽性浸潤性導管癌中BRCA2的失活狀態(tài)；15q14-21和13q12-13這兩個區(qū)域的LOH 均可引起乳腺癌細胞內(nèi)激素受體水平降低與腫瘤細胞淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的發(fā)生,從而增加了乳腺癌的治療難度；BRCA1和FHIT基因的LOH常見于散發(fā)性乳腺癌，與腫瘤體積大、組織學分級高、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、激素受體陰性密切相關，提示BRCA1和FHIT基因的LOH可以作為乳腺癌患者預后不良的標志物[23-25]。關于乳腺癌LOH的研究對今后進一步闡述乳腺癌發(fā)生發(fā)展的分子機制、尋找乳腺癌治療新靶點、評定乳腺癌預后等方面均具有重大意義。

2.3 表觀遺傳學變化與乳腺癌 啟動子區(qū)域CpG島超甲基化可以導致抑癌基因轉(zhuǎn)錄失活；低甲基化介導的癌基因激活可引起基因組的不穩(wěn)定性。目前研究發(fā)現(xiàn)與乳腺癌亞型特異性相關的甲基化異常基因，如BRCA1超甲基化與三陰性乳腺癌的發(fā)生相關并提示預后差；GSTP1甲基化可增加ER陽性乳腺癌的生物侵襲性；檢測組織和血清中RAS相關區(qū)域家族蛋白1A (RASSF1A)基因甲基化是診斷和隨訪乳腺癌患者的一個有效可靠指標[26-28]。因此，明確與乳腺癌相關基因的甲基化可以為乳腺癌的治療提供新的表觀遺傳學分子靶點[29]。

組蛋白修飾包括組蛋白乙?；?、甲基化、磷酸化、泛素化等過程，研究最多的是乙酰化、甲基化。其中組蛋白乙?；?去乙酰化引起的異常染色質(zhì)修飾依賴于兩個家族酶的活性，即組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶與組蛋白去乙酰化酶。這些酶的改變可以作為乳腺癌診斷、預后及治療效果評價的有效指標。組蛋白的甲基化，尤其是組蛋白賴氨酸的甲基化在乳腺癌組織中對核小體重塑及基因表達調(diào)控中起著重要作用[30]。有研究揭示組蛋白H4的第20位賴氨酸甲基化(H4K20me)在DNA損傷修復、DNA復制與染色質(zhì)凝縮等生物過程中起著重要作用，而破壞H4K20me可以引起基因組的不穩(wěn)定性[31]。另外，H4K20me1可以通過調(diào)控Wnt通路相關的基因[32]促進腫瘤發(fā)生。

3 基因組不穩(wěn)定性與乳腺癌的治療

目前對于乳腺癌的治療主要有手術、放療、化療和內(nèi)分泌治療4種手段。近年來,隨著對惡性腫瘤發(fā)病分子機制研究的不斷深入,針對基因組不穩(wěn)定性相關基因的靶向治療為乳腺癌的治療提供了重要的方向，如HER-2陽性患者雖然預后較差，但是對抗HER-2(赫賽汀/曲妥珠單抗)治療敏感，改善了患者的預后。

然而，以其他基因組不穩(wěn)定性基因為靶點的治療仍處于臨床前研究階段。已有研究證實，參與細胞增殖和分化的聚腺苷酸二磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶1(PARP1)抑制劑iniparib可以靶向治療由BRCA1基因功能障礙引起的腫瘤轉(zhuǎn)化，iniparib聯(lián)合化療藥物可以在不顯著增加毒副作用的基礎上使轉(zhuǎn)移性三陰性乳腺癌患者的生存期延長，評估總生存期和無進展生存的3期臨床試驗正在進行[33]。Tang等[34]證實，非整倍體細胞可以作為抗癌治療的一個靶點，其對格爾德霉素(17-AAG;熱休克蛋白90抑制劑)和AMPK蛋白酶激活劑(AICAR)較敏感。但是，在酵母菌中，熱休克蛋白90(HSP90)抑制劑本身卻可以導致CIN和非整倍體[35]。這些結(jié)果表明，對于針對非整倍體細胞的靶向藥物的有效性與安全性仍有待評價。體內(nèi)外試驗證明，中心體增加可以導致細胞發(fā)生非整倍體變化，因此抑制中心體的富集可能與抗腫瘤活性相關。NEK2作為中心體主要調(diào)節(jié)因子，高表達于乳腺癌中，抑制NEK2有助于破壞三陰乳腺癌細胞的細胞周期，提高現(xiàn)有化療療效，標志著這種激酶可以作為藥物的新靶點[36]，但靶向中心體在臨床中的治療作用還有待進一步研究[37]。組蛋白去乙?；甘荅R的負性調(diào)節(jié)因子，而曲古抑菌素A可抑制組蛋白去乙?；笇R的去乙酰化作用，通過上調(diào)ER-β的表達，使他莫昔芬耐藥的ER-а陰性乳腺癌細胞恢復對他莫昔芬的敏感性[38]。Song等[39]學者用α放射粒子標記的抗EGFR抗體可以靶向作用于三陰性乳腺癌的DSB修復異常引起的突變，提高了傳統(tǒng)靶向治療的療效。

4 結(jié)語

目前認為，基因組的不穩(wěn)定是癌變過程的早期階段,而腫瘤則是基因組不穩(wěn)定的延續(xù)。因此，明確基因組不穩(wěn)定性的機制與乳腺癌的關系，可以為個體化化療以及化療耐藥的研究提供新的線索。最近的一些技術，如CGH、QM-FISH等已能檢測出一些維持基因組穩(wěn)定性相關基因的異常，并為乳腺癌提供新的診斷標記和治療靶點。雖然這個領域近些年已有不少研究成果，但能夠運用于臨床作為基因組不穩(wěn)定標記的基因還占少數(shù)。相信在未來的幾年，會有更多的基因得到證實，為乳腺癌的治療提供新的方案。

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