乳腺癌中BRCA通路相關(guān)基因的研究進(jìn)展

劉偉玲 郭永軍(鄭州大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 分子病理科 河南 鄭州 450003)

乳腺癌中BRCA通路相關(guān)基因的研究進(jìn)展

劉偉玲 郭永軍
(鄭州大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院 分子病理科 河南 鄭州 450003)

BRCA；乳腺癌；FANCD2；PTEN；CHEK2

近年來乳腺癌是女性癌癥中最常見和死亡率最高的惡性腫瘤[1]。乳腺癌易感基因BRCA1和BRCA2是與乳腺癌發(fā)生有關(guān)的重要的抑癌基因，雖然散發(fā)性乳腺癌中BRCA1和BRCA2基因突變率不高，但攜帶BRCA1和BRCA2基因突變的女性發(fā)生乳腺癌的概率卻較高。BRCA基因已成為遺傳性乳腺癌的篩查基因，此外也存在其他易感基因與乳腺癌的發(fā)生相關(guān)。二代測(cè)序的發(fā)展使多基因檢測(cè)成為可能，本文就BRCA基因及其相互作用的乳腺癌易感基因的最新研究進(jìn)展做相關(guān)綜述，為乳腺癌的預(yù)防與治療提供理論依據(jù)。

BRCA1基因由1990年Hall等[2]發(fā)現(xiàn)，定位于17 q21，由24個(gè)外顯子組成，編碼1 863個(gè)氨基酸。BRCA1具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控活性及DNA損傷修復(fù)功能，參與細(xì)胞周期調(diào)控，DNA 雙鏈損傷修復(fù)，基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，細(xì)胞凋亡和泛素化等重要的細(xì)胞活動(dòng)。在BRCA1基因中與DNA修復(fù)有關(guān)的結(jié)構(gòu)域有3個(gè)，主要包括：①N-端的鋅指結(jié)構(gòu)域；②中間段Rad51結(jié)合區(qū)；③C端BRCT基序，3個(gè)區(qū)域任一區(qū)域出現(xiàn)突變均可使其基因產(chǎn)生功能，即產(chǎn)生BRCA1基因突變(見圖1)。BRCA2基因在1994年由Wooster等[3]發(fā)現(xiàn)，定位于13號(hào)染色體q12～q13，由27個(gè)外顯子組成，編碼3 418個(gè)氨基酸，其基因序列與BRCA1無明顯關(guān)系。BRCA2基因中與DNA修復(fù)有關(guān)的結(jié)構(gòu)域主要為Rad51結(jié)合區(qū)(見圖1)。BRCA2的功能主要是通過同源重組和同源重組為基礎(chǔ)的DNA斷鏈修復(fù)，并且還在細(xì)胞生長(zhǎng)和DNA損傷監(jiān)測(cè)點(diǎn)控制起作用。

圖1 BRCA1和BRCA2基因的結(jié)構(gòu)

研究發(fā)現(xiàn)，BRCA1和BRCA2基因突變攜帶者有很高的乳腺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)顯示，BRCA1和BRCA2基因突變攜帶者70歲時(shí)單側(cè)乳腺癌的累積發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)分別為67.2%和76.8%。與BRCA1不同的是，BRCA2基因突變70歲后乳腺癌的發(fā)病率繼續(xù)增加，到80歲時(shí)達(dá)93.1%。此外，BRCA1和BRCA2基因突變攜帶者對(duì)側(cè)乳腺癌10 a和20 a的累積發(fā)病率分別為19.4%和50.3%[4]。而在西方人口中BRCA1和BRCA2基因攜帶者70歲時(shí)乳腺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)也明顯增加，分別為35%和44%[5]。BRCA基因突變攜帶的高致癌風(fēng)險(xiǎn)，使得BRCA基因突變的研究更有意義。

1 BRCA通路相關(guān)基因

BRCA基因突變的乳腺癌中，除了BRCA1和BRCA2基因突變外，也有其他基因參與，不僅影響B(tài)RCA蛋白的表達(dá)，而且也影響了乳腺癌的預(yù)后。這里主要對(duì)乳腺癌FA/BRCA通路和PI3K/AKT通路對(duì)BRCA相互作用的基因及其作用機(jī)制加以闡述。

1.1 FA/BRCA通路 范可尼貧血(Fanconi anemia，F(xiàn)A)是一種常染色體或X染色體連鎖隱性遺傳病，表現(xiàn)為骨髓造血功能障礙，常伴發(fā)較高的癌癥易感性，主要為急性髓性白血病及各種實(shí)體性腫瘤。目前發(fā)現(xiàn)FA家族有15個(gè)基因亞型(FANCA、FANCB、FANCC、FANCD1/BRCA2、FANCD2、FANCE、FANCF、FANCG、FANCI、FANCJ/BRIP1、FANCL、FANCM、FANCN/PALB2、FANCO/RAD51C、FANCP/SLX42)，而這15個(gè)基因所編碼的蛋白均參與同一條細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，此通路被命名為“范可尼貧血癥信號(hào)通路”(見圖2)。正常細(xì)胞中FA/BRCA通路處于休眠狀態(tài)，而在發(fā)生DNA 損傷時(shí)該通路被激活。DNA損傷后，由8種基因蛋白產(chǎn)物(FANC-A、B、C、E、F、G、L、M)組成FA復(fù)合體單泛素化FANCD2和FANCI構(gòu)成的ID復(fù)合物，ID復(fù)合物激活后又被招募到DNA損傷位點(diǎn)，與下游蛋白PLAB2、BRCA2、BRIP1以及BRCA1、RAD51等多種DNA損傷反應(yīng)蛋白相互作用，從而通過FA途徑修復(fù)DNA損傷。

圖2 FA/BRCA信號(hào)通路作用模式圖

1.1.1 FANCD2 FANCD2是組成ID復(fù)合物的關(guān)鍵成分，F(xiàn)ANCD2的泛素化是FA/BRCA通路的關(guān)鍵步驟，F(xiàn)ANCD2泛素化后，在核內(nèi)靶向與下游蛋白相互作用，促進(jìn)乳腺癌的形成。FANCF作為一種銜接蛋白，其N端FANCC/FANCE亞單位相互作用，C端與FANCA/FANCG亞單位相互作用，發(fā)揮FA復(fù)合體的作用，可影響FANCD2的泛素化過程。研究發(fā)現(xiàn)，通過沉默F(xiàn)ANCF基因，使得FANCD2表達(dá)降低，F(xiàn)A/BRCA通路失活，結(jié)果顯示乳腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)抑制、侵襲力下降，而細(xì)胞對(duì)化療藥物米托蒽醌、阿霉素、絲裂霉素的敏感性增加[6]。但研究也發(fā)現(xiàn)[7]，在家族性乳腺癌中BRCA1蛋白的表達(dá)與FANCD2蛋白的表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而散發(fā)性乳腺癌中，兩種蛋白表達(dá)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。未來FANCD2可作為一種靶點(diǎn)來改變FA/BRCA通路，從而有效治療BRCA基因突變型乳腺癌。

1.1.2 FANCN(PALB2) FANCN/PALB2(BRCA2的定位和伴隨蛋白)是通過與BRCA2的相互作用而被發(fā)現(xiàn)的，因其二等位基因的截?cái)嗤蛔兛蓪?dǎo)致新型的范可尼貧血(FA-N)。DNA損傷后BRCA1召集PALB2，PALB2再通過與BRCA2的相互作用促進(jìn)BRCA2以及RAD51在DNA損傷點(diǎn)的積累，促進(jìn)同源重組修復(fù)過程。在遺傳性乳腺癌中PALB2基因突變率為5.5%，甚至高于BRCA2基因突變率，而PALB2基因突變攜帶者發(fā)生乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)為33%～58%，提示PALB2可作為BRCA1/2之外的新型篩查基因[8]。研究發(fā)現(xiàn)，PALB2基因突變能導(dǎo)致其與BRCA2的結(jié)合作用喪失，應(yīng)用PARP抑制劑能導(dǎo)致合成致死性[9]。

1.1.3 FANCJ(BRIP1) FANCJ/BRIP1定位于17號(hào)染色體，緊鄰BRCA1(17q21)，基因編碼一種新型蛋白BACH1，可以和BRCA1中兩個(gè)BRCT結(jié)構(gòu)域相互作用。BACH1屬于DEAH DNA解螺旋酶家族成員，BACH1和BRCT突變可以抑制BRCA1的DNA斷裂修復(fù)過程。研究發(fā)現(xiàn)，BRIP1突變能導(dǎo)致乳腺癌的發(fā)生，BRIP1的高突變率使得BRIP1成為一種新型的靶點(diǎn)，BRIP1抑制劑用于乳腺癌的治療仍處于研究中[10]。

1.1.4 CHEK2 細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)激酶 2(cell cycle checkpoint kinase 2，CHK2或CHEK2)是一種抑癌基因，編碼的蛋白為Chk2激酶，其結(jié)構(gòu)特異性區(qū)域包含絲氨酸-谷氨酸/絲氨酸-谷氨酰胺氨基酸對(duì)(SQ/TQ)富含區(qū)，叉頭相關(guān)結(jié)構(gòu)域(FHA)和靠近C端的蛋白激酶結(jié)構(gòu)域(KD)。DNA損傷誘導(dǎo)ATM基因磷酸化后，進(jìn)一步激活CHK2，與CHK2激酶N端的SQ/TQ區(qū)相互作用，使一系列位點(diǎn)磷酸化，包括BRCA1的Ser988，使細(xì)胞周期進(jìn)程發(fā)生阻滯，同時(shí)激活修復(fù)基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)細(xì)胞對(duì)損傷進(jìn)行修復(fù)。此外，BRCA1能夠維持染色體的穩(wěn)定性，然而只有CHK2介導(dǎo)的BRCA1磷酸化才能保證有絲分裂紡錘體準(zhǔn)確的形成。CHK2的缺失會(huì)影響B(tài)RCA1對(duì)微管著絲粒的形成作用，導(dǎo)致染色體不穩(wěn)定[11]。CHK2在有絲分裂的這種功能為癌癥治療提供了新的觀點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，CHK2抑制劑AZD7762聯(lián)合順鉑治療，有效抑制了腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)[12]。

1.1.5 BARD1 BARD1是1996年由研究人員發(fā)現(xiàn)和BRCA1具有相似的環(huán)指功能域，可以和BRCA1蛋白結(jié)合，并因此而命名。BARD1通過其環(huán)指區(qū)和BRCA1氨基末端的環(huán)指區(qū)相互結(jié)合，并增強(qiáng)BRCA1的E3連接酶活性。BARD1和BRCA1在多數(shù)組織中共表達(dá)，在小鼠中兩者基因的敲除有相似的表型，BARD1和BRCA1形成的這種穩(wěn)定的復(fù)合體，由此猜想BARD1在BRCA1基因的表達(dá)過程中扮演著輔助角色[13]。此外，BARD1在散發(fā)性乳腺癌以及BRCA1突變的家族性腫瘤中突變并過度表達(dá)[14]。當(dāng)BRCA1和BARD1的基因產(chǎn)物數(shù)量相稱時(shí)，誘導(dǎo)細(xì)胞存活和DNA的修復(fù)，如果BARD1產(chǎn)物超過BRCA1則誘導(dǎo)凋亡[15]。然而在BARD1突變和乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的Meta分析中，并沒有發(fā)現(xiàn)BARD1突變能增加乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)[16]，具體作用機(jī)制需要進(jìn)一步研究。

1.1.6 RAD51 DNA修復(fù)蛋白R(shí)ad51是由1993年首次被Shinohara等[17]克隆，是一種DNA依賴性ATP酶。研究者把Rad51、BRCA1和BRCA2作為一個(gè)復(fù)合體研究其對(duì)乳腺癌的預(yù)后和預(yù)測(cè)的作用，發(fā)現(xiàn)在早期乳腺癌中Rad51/BRCA1/BRCA2復(fù)合體低表達(dá)的乳腺癌預(yù)后差，但對(duì)放療敏感。Jakubowska等[18]已證實(shí)，Rad51單核苷酸多態(tài)135G/C是BRCA1/2突變?nèi)橄侔┑闹匾{(diào)節(jié)因素。Rad51可通過BRCA1使細(xì)胞周期停滯在某一特定階段，再進(jìn)行DNA修復(fù)。BRCA2則通過與Rad51結(jié)合，對(duì)Rad51進(jìn)行功能調(diào)控。研究表明，RAD51單核苷酸多態(tài)可增加BRCA2突變的攜帶者的致病率，而對(duì)BRCA1突變者或非突變者無影響[19]。具體機(jī)制是復(fù)雜的，有待進(jìn)一步研究。

1.2 PI3K/AKT通路

1.2.1 ATM ATM是引起毛細(xì)血管擴(kuò)張性共濟(jì)失調(diào)癥(ataxinet-lanigestia，AT)的常染色體隱性突變基因。由Savitsky等[20]在1995年通過原位克隆技術(shù)發(fā)現(xiàn)。ATM屬于磷脂酰肌醇酶(PI3K)相關(guān)的蛋白家族的成員。DNA損傷后，ATM受刺激而活化，催化BRCA1基因的磷酸化，進(jìn)一步激活下游通路，引起一系列的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，ATM缺失表達(dá)是乳腺上皮細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的一個(gè)早期事件，隨著乳腺癌進(jìn)展，ATM缺失也隨之進(jìn)展[21]。ATM抑制劑也能對(duì)于BRCA1缺陷的細(xì)胞通過累積的DNA雙鏈斷裂產(chǎn)生合成致死性，為BRCA1突變型的乳腺癌提供了一種新型療法[22]。

1.2.2 PTEN PTEN是一種抑癌基因，DNA損傷后，PTEN作用于染色體并上調(diào)RAD51基因的表達(dá)，減少雙鏈斷裂的發(fā)生率。PTEN在PI3K/AKT信號(hào)通路起著重要作用，PTEN基因突變，能激活PI3K/AKT通路導(dǎo)致細(xì)胞增殖及分化的紊亂，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。此外，BRCA1缺陷也能夠激活A(yù)KT信號(hào)通路[23]。BRCA1和PTEN對(duì)PI3K/AKT信號(hào)通路具有類似的抑制作用，而兩者之間的相關(guān)作用機(jī)制需要我們進(jìn)一步研究。研究發(fā)現(xiàn)，一些帶有BRCA1突變的乳腺癌有較高的PTEN突變率[24]。Martins等[25]猜測(cè)在BRCA1相關(guān)性乳腺癌中，PTEN是促進(jìn)乳腺癌進(jìn)展的初始因素。PTEN和BRCA1在PI3K/AKT通路類似的作用，以及乳腺癌中兩種基因共突變的發(fā)生，未來聯(lián)合應(yīng)用BRCA1和PTEN抑制劑將很有可能更有效促進(jìn)腫瘤的治療。

1.2.3P53P53是一種抑癌基因，在細(xì)胞周期調(diào)控和維持基因組穩(wěn)定性具有重要作用，也被稱為“基因管家”。BRCA1可直接與P53結(jié)合，激活P21、Gadd45等下游靶基因，增加DNA修復(fù)能力。而且P53也可以調(diào)控BRCA2轉(zhuǎn)錄[26]。研究發(fā)現(xiàn)P53基因突變患者對(duì)EC(表阿霉素+環(huán)磷酰胺)、TC(紫杉醇+環(huán)磷酰胺)及TAC(多西他賽+阿霉素+環(huán)磷酰胺)方案新輔助化療并不敏感，未突變患者則對(duì)TAC方案新輔助化療有較高的敏感性，可能為指導(dǎo)實(shí)際臨床用藥提供一定的理論依據(jù)[27]。

1.3 其他 研究表明，除了上述基因在乳腺癌的發(fā)生中可能對(duì)BRCA1和BRCA2基因產(chǎn)生影響，還有其他基因也可能產(chǎn)生影響，如由MRE11、NBS1、RAD50組成的MRN復(fù)合物及OGG1基因也會(huì)與BRCA1和BRCA2基因發(fā)生作用[28-29]。具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2 結(jié)語

BRCA1和BRCA2在乳腺癌的發(fā)生中和多種基因發(fā)生關(guān)聯(lián)，共同促進(jìn)乳腺癌的發(fā)生，基因的發(fā)展是復(fù)雜的，但上述基因和BRCA基因相互作用都是直接或間接通過FA/BRCA通路，或者通過影響PI3K/AKT通路發(fā)揮作用，提示我們需更加深入研究上述兩個(gè)通路的具體作用機(jī)制。二代測(cè)序、PARP抑制劑及PI3K抑制劑的發(fā)展給BRCA突變?nèi)橄侔┑闹委煄砹诵碌倪M(jìn)展。我們只有深入了解BRCA基因通路各種基因的相互作用，找到更多的基因靶點(diǎn)，才能為BRCA基因突變型乳腺癌的靶向治療提供更多的研究方向。

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10.3969/j.issn.1004-437X.2017.01.024

2016-04-22)