堿基切除修復(fù)因子SmuG1與腫瘤的研究進(jìn)展

鄭麗嬌，彭冬先，王觀鳳，黃潔

0 引言

機(jī)體細(xì)胞中的DNA會不斷受到體內(nèi)外多種因素的影響，有害化學(xué)物品、紫外線、放射線、有害的細(xì)胞代謝產(chǎn)物、機(jī)體的自發(fā)突變等均能導(dǎo)致DNA的損傷[1]。而人體在受到各種內(nèi)外因素的影響下仍能保持遺傳信息的穩(wěn)定性，與機(jī)體的DNA損傷修復(fù)功能密切相關(guān)[1-2]。DNA修復(fù)效率存在個體差異，不同個體或細(xì)胞具有不同DNA修復(fù)效率，與惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展、預(yù)后、治療效果密切相關(guān)。在過去幾年中，研究表明通過調(diào)控腫瘤中DNA修復(fù)基因是改善或預(yù)測癌癥療法功效的有效策略[3]。DNA損傷修復(fù)通路包括直接修復(fù)、堿基切除修復(fù)（base excision repair, BER）、錯配修復(fù)、核苷酸切除修復(fù)和雙鏈斷裂修復(fù)等基本形式。堿基切除修復(fù)是解決自發(fā)性、烷化和氧化性DNA損傷的主要途徑，至少20個蛋白質(zhì)參與NER修復(fù)過程, 包括ERCC1、XRCC1、XRCC3等。BER途徑基因的表達(dá)異?；蛉毕菖c多種實(shí)體腫瘤有關(guān)[4]。單鏈選擇性單功能尿嘧啶DNA糖基化酶（singlestrand selective monofunctional uracil DNA glycosylase, SmuG1）是人類中由SmuG1基因編碼的酶。SmuG1是BER途徑重要的一種糖基化酶，可從核染色質(zhì)中的單鏈和雙鏈DNA中去除尿嘧啶（Uracil,U），從而有助于BER。SmuG1被證實(shí)與結(jié)直腸癌、乳腺癌、宮頸癌、胃食管癌等多種腫瘤的遺傳易感性、化療敏感度、生存率以及侵襲轉(zhuǎn)移等相關(guān)[5-8]。本文主要對SmuG1的結(jié)構(gòu)表達(dá)、生物學(xué)特性、參與的信號通路、與腫瘤發(fā)生發(fā)展及耐藥的關(guān)系等作以下綜述。

1 SmuG1的基本結(jié)構(gòu)和表達(dá)方式

人類總共有四種糖基化酶負(fù)責(zé)去除U病變：尿嘧啶DNA糖基化酶（UNG/UDG），單鏈選擇性單功能尿嘧啶DNA糖基化酶（SmuG1），胸腺嘧啶DNA糖基化酶（TDG）和甲基結(jié)合域4（MBD4）[9]。除MBD4外，其他三種糖基化酶都屬于UDG超家族。雖然UDG超家族的三個成員都刪除了U，但它們扮演的角色卻顯著不同[10]。BER識別并切割尿嘧啶的糖苷鍵，產(chǎn)生脫堿基位點(diǎn)，隨后由脫嘌呤/脫嘧啶核酸內(nèi)切酶1（APE1）切割，然后由聚合酶β（polβ）去除脫氧核糖磷酸（dRP）并插入與未配對的鳥嘌呤（G）相對的胞嘧啶（C），最后由連接酶連接切口[11-12]。SmuG1是蛋白質(zhì)編碼基因，參與BER的相關(guān)途徑包括端粒C-鏈合成和脫嘧啶化。SmuG1具有增加的底物耐受性，能夠從ssDNA、U相對的A或G以及鹵化和氧化的尿嘧啶衍生物中切除U。與超家族的其他兩個成員不同，SmuG1不經(jīng)歷細(xì)胞周期調(diào)節(jié)，而是以恒定的低水平表達(dá)。有趣的是，SmuG1傾向于在核仁中積累，其中包含活性轉(zhuǎn)錄和濃縮染色質(zhì)的區(qū)域[13]，即使在UNG存在的情況下，SmuG1也能有效地防止基因組尿嘧啶積累。因此，SmuG1在非復(fù)制染色質(zhì)中修復(fù)脫氨基胞嘧啶（U:G）可能更為重要。

2 SmuG1的生物學(xué)特性及相關(guān)信號通路

細(xì)胞DNA暴露于多種外源性和內(nèi)源性損傷劑，損傷可使細(xì)胞發(fā)生誘變、凋亡，甚至獲得轉(zhuǎn)化的潛力。核堿基損傷，例如C至U的脫氨基，通過BER途徑修復(fù)。BER可以在體外核小體核心顆粒中進(jìn)行，但修復(fù)效率受到尿嘧啶-DNA糖基化酶和DNA聚合酶b在核小體核心上的活性降低的限制。UNG2和SmuG1都能夠從U:A以及U:G堿基對中去除尿嘧啶，最后由AP位點(diǎn)通過短補(bǔ)丁BER途徑修復(fù)。SmuG1和UNG2通過不同的機(jī)制協(xié)調(diào)BER的初始步驟[6]。SmuG1以前被認(rèn)為是尿嘧啶-DNA糖基化酶的備用酶，最近已被證明可以切除5-羥基尿嘧啶、5-羥甲基尿嘧啶、5-甲酰尿嘧啶、帶有氧化的基團(tuán)環(huán)C5以及尿嘧啶[14]。同時，SmuG1被證實(shí)不受細(xì)胞周期調(diào)節(jié)并且均勻分布在核質(zhì)中，具有更廣泛的底物特異性[15]。SmuG1識別基因組中的基礎(chǔ)病變并通過從單鏈和雙鏈DNA中去除尿嘧啶來啟動堿基切除修復(fù)系統(tǒng)，但作為尿嘧啶殘基特異性的單功能DNA糖基化酶，SmuG1首選單鏈DNA作為底物。該基因存在許多可變剪接的轉(zhuǎn)錄物變體，仍有不少變體的全長性質(zhì)尚不清楚[16-17]。

尿嘧啶-DNA修復(fù)對于防止突變至關(guān)重要[18]，目前有證據(jù)表明SmuG1從U:A以及U:G堿基對中去除尿嘧啶，得到的AP位點(diǎn)通過BER途徑修復(fù)。尿嘧啶也被引入DNA作為抗體基因多樣化的一部分，其去除對抗體多樣化同樣至關(guān)重要[6]。 已知UNG是尿嘧啶去除的主要參與者，但當(dāng)耗盡時，SmuG1可以為抗體多樣化過程中的UNG提供支持。除尿嘧啶外，SmuG1還除去了幾種嘧啶氧化產(chǎn)物[19]。 并具有從DNA中去除胸腺嘧啶氧化產(chǎn)物5-羥甲基尿嘧啶的特定功能。

SmuG1具有廣泛的核定位，核仁有一定的富集。研究表明SmuG1與交互假尿苷合成酶Dyskerin（DKC1）共定位在核仁和Cajal體內(nèi)。SmuG1切除了RNA中的修飾堿基，并證明SmuG1含有5-羥甲基脫氧尿苷的單鏈RNA，但不是假尿苷，核苷由DKC1的尿苷異構(gòu)化產(chǎn)生。 SmuG1的消耗，特別是SmuG1和DKC1的組合損失，導(dǎo)致成熟的28S和18S rRNA種類中5-hm（Urd）的積累。SmuG1在rRNA質(zhì)量控制中起作用，部分是通過調(diào)節(jié)rRNA中的5-hm（Urd）水平。此外，DKC1參與SmuG1與47S rRNA結(jié)合。所以，BER酶SmuG1是DKC1互動合作伙伴。該SmuG1/DKC1的互動目標(biāo)是復(fù)雜的核仁，它通過調(diào)節(jié)5-hm（Urd）的水平有助于它rRNA質(zhì)量控制[20]。Korourian等研究還發(fā)現(xiàn)Wnt信號通路E2F6和RhoA和SmuG1之間存在顯著相關(guān)性，揭示W(wǎng)nt信號通路與BER途徑之間存在某種聯(lián)系[6]。

3 SmuG1與腫瘤的關(guān)系

對BER基因表達(dá)的精細(xì)調(diào)節(jié)，例如微小RNA（miRNA）所施加的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)，可能影響該修復(fù)系統(tǒng)的效率。靶基因30個非翻譯區(qū)（UTR）內(nèi)單核苷酸多態(tài)性（SNP）的存在可以改變與特異性miRNA的結(jié)合，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，并最終影響癌癥易感性、預(yù)后和治療結(jié)果[21-22]。

SmuG1是蛋白質(zhì)編碼基因。SmuG1的異常表達(dá)與乳腺癌、直腸乙狀結(jié)腸腫瘤、骨淋巴瘤、宮頸癌等癌癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[5]。其相關(guān)途徑是端粒C鏈（Lagging Strand）合成和識別以及DNA糖基化酶與含有受影響的嘧啶的位點(diǎn)的關(guān)聯(lián)。 與該基因相關(guān)的基因本體論（GO）注釋包括DNA N-糖基化酶活性和氧化的嘧啶核堿基損傷DNA N-糖基化酶活性[22]。

低SmuG1轉(zhuǎn)錄物可損害DNA修復(fù)，從而增加突變率，增強(qiáng)染色體不穩(wěn)定性并促進(jìn)更多具有攻擊行為的惡性克隆的選擇。低SmuG1表達(dá)也與BRCA1、ATM和XRCC1相關(guān)，暗示低SmuG1腫瘤中的基因組不穩(wěn)定。在小鼠研究中，SmuG1的丟失被證明可以增加癌癥的易感性[23]。此外，低SmuG1轉(zhuǎn)錄物可能與較差的存活率相關(guān)[7]，并與乳腺癌中的侵襲性表型相關(guān)[24]；與正常腦組織相比，星形細(xì)胞瘤中SmuG1表達(dá)顯著下降；SmuG1被確定為預(yù)測結(jié)腸癌患者存活率低的獨(dú)立預(yù)后因素[17]；宮頸癌患者SmuG1低表達(dá)與不良臨床病理類型相關(guān)[25]。SmuG1單核苷酸多態(tài)性（SNPs）與食管癌和胃癌患病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[26]。

然而，胃癌中的低SmuG1顯示出相反的結(jié)果[27]，SmuG1表達(dá)與患者的不良生存率相關(guān)。一種可能的解釋是，在胃癌中，炎性反應(yīng)是致癌作用的驅(qū)動因素，并且低濃度的SmuG1可有益于修復(fù)氧化性堿基損傷（通常見于炎性環(huán)境中），在這種情況下，與耗盡相反，SmuG1的表達(dá)升高可以作為存活的潛在生物標(biāo)志物。因此，SmuG1在腫瘤發(fā)生發(fā)展中具有復(fù)雜的作用，可能基于癌癥的類型及其性質(zhì)而扮演不同的角色[8]。

4 SmuG1與化療耐藥的關(guān)系

鉑是多種腫瘤的一線化療藥物，其細(xì)胞毒性作用主要通過進(jìn)入細(xì)胞與DNA結(jié)合并激活凋亡途徑。SmuG1編碼參與BER途徑的DNA去甲基化和DNA修復(fù)的蛋白。其上調(diào)表明對鉑類誘導(dǎo)的DNA損傷的反應(yīng)增強(qiáng)，并在聯(lián)合治療中靶向SmuG1可能通過增加細(xì)胞對DNA損傷的易感性來增加鉑類活性。據(jù)報(bào)道，SmuG1表達(dá)的變化與鉑類化學(xué)敏感度呈負(fù)相關(guān)。

5-氟尿嘧啶（Fu）已被廣泛用于治療一系列常見癌癥超過四十年[5]。氟取代的尿嘧啶類似物轉(zhuǎn)化為幾種活性代謝物，但細(xì)胞毒性的機(jī)制仍不清楚。在廣泛引用但未經(jīng)證實(shí)的模型中，F(xiàn)u被認(rèn)為通過抑制胸苷酸合酶來殺死細(xì)胞，并且在DNA復(fù)制期間增加使用dUTP代替TTP，隨后切除高水平的尿嘧啶導(dǎo)致新合成的DNA的片段化[19]。 UNG和SmuG1最有可能在復(fù)制過程中解決尿嘧啶和5-Fu的基因組摻入問題。體外研究表明UNG對Fu:A與U:A堿基對的活性大大降低，這可以解釋為什么UNG對體內(nèi)Fu修復(fù)沒有貢獻(xiàn)，因?yàn)橄啾萓NG，SmuG1在體內(nèi)對5-Fu敏感度明顯增加[10]。有人提出，SmuG1可作為預(yù)測藥物反應(yīng)生物標(biāo)志物，并可解釋某些類型腫瘤的獲得性耐藥機(jī)制[10,28]。

5 小結(jié)

綜上, SmuG1是UDG超家族三大糖基化酶之一，與UNG、TDG共同參與BER，在DNA損傷修復(fù)中發(fā)揮著不可替代的作用，對于維持機(jī)體基因穩(wěn)定性至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)SmuG1在多種實(shí)體腫瘤細(xì)胞中存在異常表達(dá), 且與腫瘤臨床病理類型、癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移以及患者生存率均相關(guān)，且由于它的DNA損傷修復(fù)能力, 促使化療藥物引起的癌細(xì)胞凋亡受到抑制, 從而產(chǎn)生化療耐藥。所以，研究SmuG1作為新型抗腫瘤藥物的治療靶點(diǎn)具有重大意義。雖然研究發(fā)現(xiàn)SmuG1和Wnt信號通路E2F6和RhoA以及DKC1相關(guān)，但目前關(guān)于SmuG1與腫瘤關(guān)系的具體分子機(jī)制尚不清楚，仍需進(jìn)一步研究。