線粒體基因改變與喉癌癌變的相關(guān)性研究進(jìn)展

佘永川 羅志強(qiáng)

摘要：線粒體作為主要的供能細(xì)胞器，亦是高等動(dòng)物細(xì)胞核外僅有DNA的微結(jié)構(gòu)。由于線粒體基因結(jié)構(gòu)及功能特性，決定其易損傷和突變的特點(diǎn)，在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中亦起重要作用，國內(nèi)外的大量研究已予以證明。近年來，也有學(xué)者研究其基因改變與喉癌癌變的相關(guān)性，本文就線粒體基因改變?cè)诤戆┌┳冎械淖饔眉右跃C述。

關(guān)鍵詞：線粒體基因改變；喉癌癌變；腫瘤

Abstract： Mitochondria，the higher animals outside the nucleus contains organelles containing DNA，that Its main role provide energy for the cell.A large number of domestic and foreign research have proved that Because the structure and functional properties of mitochondrial genes，causing it easy to damage and mutation，which also play an Important role in tumorigenesis.In recent years， some scholars study on correlation of changes of mitochondrial DNA and carcinogenesis of laryngeal Carcinoma.In this article mitochondrial genetic changes in laryngeal carcinogenesis is outlined.

Keywords ： Mitochondrial DNA changes；Laryngeal cancer；Tumor

喉癌是廣為熟知的癌癥之一，病理類型主要為鱗狀細(xì)胞癌。以5.7%～7.6%[1]的發(fā)病率在人體惡性腫瘤中出現(xiàn)，且近年來發(fā)病率逐漸上升。喉癌發(fā)生機(jī)制不清。喉的癌前病變、早期癌治愈率較高，III～I(xiàn)V期及復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的喉癌治療效果差，嚴(yán)重威脅生命。線粒體基因（mtDNA）改變與腫瘤的相關(guān)性，學(xué)者們已作了大量的相關(guān)研究。已經(jīng)證實(shí)mtDNA改變，發(fā)生于人體多部位腫瘤包括頭頸部腫瘤，并出現(xiàn)于腫瘤早期。因此，深入研究mtDNA改變與喉癌癌變的關(guān)系，有助于喉癌發(fā)病機(jī)理的進(jìn)一步闡述及喉癌的早期診斷。本文就近幾年來國內(nèi)外對(duì)mtDNA改變與喉癌關(guān)系的研究予以綜述。

1.線粒體的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)：

線粒體是高等動(dòng)物細(xì)胞中除細(xì)胞核外僅有DNA的微結(jié)構(gòu)， 線粒體的主要功能是通過電子傳遞鏈過程，使ADP轉(zhuǎn)變成ATP，產(chǎn)生細(xì)胞所需的能量，該過程叫做氧化磷酸化。人類mtDNA是完全母系遺傳[2]，為細(xì)胞核外唯一的遺傳物質(zhì)，有人類第25號(hào)染色體之稱。mtDNA是一個(gè)封閉的環(huán)狀分子，16569bp，含有重鏈（H）和輕鏈（L）。mtDNA含有37個(gè)結(jié)構(gòu)基因，包含22個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA基因，2個(gè)核糖體RNA基因，13個(gè)與氧化磷酸化相關(guān)的蛋白質(zhì)基因，13個(gè)線粒體蛋白基因產(chǎn)物是呼吸鏈復(fù)合物的重要組成部分。除外37個(gè)結(jié)構(gòu)基因，線粒體內(nèi)剩余的其他蛋白均由核基因編碼。D-loop（D環(huán)）和OL為兩段非線粒體DNA編碼區(qū)。D-loop區(qū)位置在16028～577nt，為所有線粒體DNA約6%，主要對(duì)轉(zhuǎn)錄和復(fù)制起調(diào)控作用，因此亦稱其為線粒體DNA的控制區(qū)[3]。OL被認(rèn)為主要對(duì)L鏈的復(fù)制起調(diào)控作用。在線粒體拷貝數(shù)量方面，一個(gè)細(xì)胞內(nèi)的mtDNA拷貝數(shù)從幾十到幾千不等，其拷貝數(shù)量主要依據(jù)細(xì)胞對(duì)于能量的需求[4]

2.線粒體的易損傷性和突變

從線粒體結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)來看：缺乏組蛋白保護(hù)；幾乎無內(nèi)含子序列，控制區(qū)除外，相鄰基因間幾乎無非編碼基因；有限的基因修復(fù)能力；易受活性氧攻擊，這些決定了其易損傷和突變的特點(diǎn)，是mtDNA易損傷和突變的基礎(chǔ)，和核相比，mtDNA的突變率是核DNA的10～100倍。在這些環(huán)節(jié)中，活性氧的攻擊是一個(gè)重要的因素。在線粒體氧化磷酸化過程中產(chǎn)生毒性副產(chǎn)品活性氧，也叫氧自由基（ROS）。mtDNA與產(chǎn)生ROS的部位很近，慢性ROS接觸可以導(dǎo)致對(duì)線粒體DNA的氧化性損傷。mtDNA突變目前被認(rèn)為是氧化磷酸化過程中產(chǎn)生的高水平ROS所導(dǎo)致，是氧化損傷的一個(gè)主要目標(biāo)。如果不能適當(dāng)?shù)匦迯?fù)，線粒體DNA氧化損傷可能導(dǎo)致突變。這種損傷可能是一個(gè)惡性循環(huán)，mtDNA的體細(xì)胞突變導(dǎo)致呼吸鏈功能紊亂，導(dǎo)致?lián)p傷性ROS產(chǎn)生的增加，反過來，引起更多的mtDNA突變。而mtDNA結(jié)構(gòu)突變主要集中在D-loop區(qū)。

3.mtDNA異常與腫瘤發(fā)展的關(guān)系：

線粒體在細(xì)胞供能、凋亡、自噬及核外遺傳物質(zhì)的提供等起重要作用，但它對(duì)腫瘤的發(fā)生亦起著重要作用。正常細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞中的線粒體存在明顯差異，腫瘤細(xì)胞的標(biāo)志性特征如：無限增殖、凋亡抵抗、免疫監(jiān)督逃避、侵襲及轉(zhuǎn)移等都與線粒體有著密切關(guān)系[5]。由于突變的分子特性，mtDNA的突變可分為缺失、插入、錯(cuò)義突變等結(jié)構(gòu)上的突變和拷貝數(shù)量突變[6]。很多學(xué)者研究證明，mtDNA突變有助于腫瘤的發(fā)生[7]。近年來的研究顯示mtDNA突變發(fā)生于人體很多腫瘤，如頭頸、肺、胰腺、乳腺、卵巢、膀胱、結(jié)腸等[8]。一方面，mtDNA結(jié)構(gòu)突變主要表現(xiàn)在D-Loop區(qū)的不穩(wěn)定和其他區(qū)域段片的缺失[9]。Nomoto在對(duì)肝癌病人標(biāo)本的研究中發(fā)現(xiàn)，42%出現(xiàn)C-tract缺失/插入突變，缺失、錯(cuò)義或插入突變者占26%，而非腫瘤區(qū)段的D-loop區(qū)無mtDNA突變者占68%[10]。研究者對(duì)23例鼻咽癌病人組織標(biāo)本級(jí)血液標(biāo)本的研究發(fā)現(xiàn)，鼻咽癌mtDNA D-loop區(qū)是高突變區(qū)[11]。另一方面，基因拷貝數(shù)量的變化成為細(xì)胞癌變的一個(gè)標(biāo)識(shí)，快速生長的腫瘤細(xì)胞對(duì)能量需求變化可能致使mtDNA出現(xiàn)拷貝數(shù)量增多的適應(yīng)性反應(yīng)[12]。Lee等[13]究發(fā)現(xiàn)，原發(fā)性肝癌患者標(biāo)本中mtDNA拷貝數(shù)降低者占60.5% ，尤其是D環(huán)區(qū)出現(xiàn)突變者（17/24）。Simonner等對(duì)腎臟腫瘤的研究中發(fā)現(xiàn)，mtDNA拷貝數(shù)的含量與腫瘤侵襲力呈正相關(guān)，相反腎臟腫瘤細(xì)胞中線粒體復(fù)合體V（ATP合成酶）的含量均下降[14]；而在學(xué)者在通過對(duì)比前列腺癌外周血后，則出現(xiàn)mtDNA拷貝數(shù)的增加[15]。根據(jù)著名的Warburg效應(yīng)[16]推斷，有氧糖酵解可能有助于腫瘤細(xì)胞的生長及侵襲能力，而mtDNA拷貝數(shù)出現(xiàn)適應(yīng)性反應(yīng)的增加，但對(duì)于出現(xiàn)mtDNA拷貝數(shù)降低的情況還無合適的解釋，所以mtDNA拷貝數(shù)的變化與腫瘤也一定存在相關(guān)性，但具體呈正相關(guān)還是負(fù)相關(guān)尚無明確結(jié)果。所以，充分了解mtDNA在腫瘤細(xì)胞發(fā)展中的變化情況，將有助于腫瘤的早期發(fā)現(xiàn)及相關(guān)抗腫瘤藥物的研制。

4.mtDNA與喉癌癌變的相關(guān)性：

如前文所述，線粒體的基因結(jié)構(gòu)、拷貝數(shù)量改變與腫瘤進(jìn)展有密切聯(lián)系。因此，研究觀察線粒體的基因結(jié)構(gòu)、拷貝數(shù)量改變?cè)诤戆┙M織中的變化，對(duì)于進(jìn)一步闡明喉癌的發(fā)病機(jī)制及發(fā)展?fàn)顩r具有重要意義。

許多文獻(xiàn)報(bào)道[17]線粒體基因突變與頭頸腫瘤的關(guān)系。喉癌的病理類型中90%為鱗狀細(xì)胞癌，而且是頭頸部腫瘤中發(fā)病率較高的腫瘤之一。Sanchez-Cespedes[18]]研究后得出：頭頸部鱗狀細(xì)胞癌在D區(qū)發(fā)生突變者達(dá)40%以上，包括插入、缺失、點(diǎn)突變等。王磊等[19]采用PCR擴(kuò)增、產(chǎn)物純化和直接測(cè)序等技術(shù)，選取40例喉癌手術(shù)患者的腫瘤組織及腫瘤周圍組織共計(jì)80例標(biāo)本，將癌細(xì)胞線粒體DNA D區(qū)序列和癌周細(xì)胞序列進(jìn)行對(duì)比。得出如下結(jié)論：喉癌組織mtDNA的突變率明顯高于癌周組織，并推測(cè)mtDNA D-loop區(qū)突變率的檢測(cè)可作為早期喉癌的診斷工具。mtDNA 4997bp缺失突變，是一種常見的缺失突變，并已得到相關(guān)證實(shí)[20]。韓月臣等[21]選取臨床病理類型診斷為鱗狀細(xì)胞癌的 喉癌組織標(biāo)本30余例。提取喉癌組織總DNA，采用聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）技術(shù)，檢測(cè)線粒體基因4997bp的缺失情況。結(jié)果顯示：4997bp線粒體基因缺失突變占總數(shù)57.14%，其中高分化鱗癌總數(shù)中突變率為71.42%，中分化鱗癌突變率為62.5%，而低分化鱗癌中未檢測(cè)出。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，高、中分化級(jí)別喉鱗狀細(xì)胞癌4997bp的缺失突變率和低分化相比有明顯差異（P<0.05），高、中分化之間無顯著差異（P>0.05）。結(jié)論：喉鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞中出現(xiàn)mtDNA4997bp缺失突變，并與腫瘤組織的分化水平先關(guān)。許紅波等[22]：選用未進(jìn)行任何治療的32例不同TNM分期和不同分化水平的喉鱗狀細(xì)胞癌組織標(biāo)本及癌周組織標(biāo)本，分別選取其總線粒體基因，予以熒光定量PCR擴(kuò)增，分析、比較不同分期及不同分化水平的喉鱗狀細(xì)胞癌線粒體DNA。得出結(jié)論為：I和II期及中、 低分化的喉鱗狀細(xì)胞癌mtDNA拷貝數(shù)顯著高于癌周組織，而III和IV及高分化期則無顯著差異。線粒體DNA拷貝數(shù)與喉癌分化水平呈反比。Siwen Dang等[23]研究發(fā)現(xiàn)：在早期喉癌患者中mtDNA低拷貝數(shù)預(yù)后更差。分析不難發(fā)現(xiàn)和人體其他部位腫瘤一樣，mtDNA改變與喉癌的相關(guān)性亦體現(xiàn)在mtDNA結(jié)構(gòu)上的突變和拷貝數(shù)量上的突變。綜上所述，mtDNA的改變對(duì)喉癌癌變發(fā)生、發(fā)展起著重要作用，在喉癌發(fā)展過程中存在線粒體DNA結(jié)構(gòu)上或拷貝數(shù)量上的改變，所以，對(duì)線粒體DNA結(jié)構(gòu)及拷貝數(shù)量改變的監(jiān)測(cè)，對(duì)喉癌早期的診治具有重要意義。

5.展望

線粒體在細(xì)胞能量供應(yīng)、衰老、凋亡及腫瘤發(fā)生等病理生理過程中起重要作用，目前的研究已基本證實(shí)線粒體基因結(jié)構(gòu)改變、拷貝數(shù)的變化參與了喉癌的癌變過程，但它們是否存在必然的關(guān)系，仍需進(jìn)一步的研究加以證實(shí)。從各方面研究來看，mtDNA結(jié)構(gòu)及拷貝數(shù)量改變與喉癌癌變有重要相關(guān)性，猜想，在喉癌癌變的進(jìn)展中是否有線粒體分布的改變呢，有待相關(guān)研究證實(shí)。一旦證實(shí)線粒體基因改變或線粒體分布的改變與喉癌存在必然關(guān)系，基因診斷技術(shù)則可成為喉癌甚至其他腫瘤的早期診斷工具，而且還可以針對(duì)相應(yīng)的線粒體基因改變、線粒體分布的改變，研發(fā)特異性的抗癌靶向藥物。

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