TDG介導(dǎo)的去甲基化在細(xì)胞發(fā)育分化 及腫瘤發(fā)生中的研究進(jìn)展

郁霞青， 宋影春 綜述， 李 丹 審校

(同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，上海 200072)

DNA甲基化與去甲基化的平衡在個(gè)體的整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過程中起到重要的調(diào)節(jié)作用，并且受到嚴(yán)密的調(diào)控。胸腺嘧啶DNA糖苷酶(thymine DNA glycosylase, TDG)是近幾年研究發(fā)現(xiàn)的一個(gè)調(diào)節(jié)DNA甲基化的酶，屬于尿嘧啶DNA糖苷酶(uracil-DNA glycosylase)超級(jí)家族，在調(diào)控DNA甲基化動(dòng)態(tài)平衡中，特別是DNA主動(dòng)去甲基化中，發(fā)揮了重要作用。本文對(duì)TDG調(diào)控DNA去甲基化的機(jī)制及其在生命發(fā)生發(fā)展與疾病發(fā)生中的作用進(jìn)行綜述，為進(jìn)一步了解TDG在生理和病理過程中的作用提供理論依據(jù)。

1 TDG在DNA甲基化修飾調(diào)節(jié)中發(fā)揮多方面的作用

1.1 DNA的甲基化修飾

DNA甲基化是最早被發(fā)現(xiàn)的DNA表觀遺傳修飾途徑之一[1]。在胚胎發(fā)育、配子發(fā)生和體細(xì)胞組織分化等過程中，建立和維持正確的DNA甲基化模式是必不可少的[2]。在本綜述中，對(duì)于DNA甲基化修飾特指胞嘧啶被修飾成5-甲基胞嘧啶(5-methylcyosine, 5mC)。

1.2 TDG介導(dǎo)的DNA去甲基化

TDG參與的DNA去甲基化修飾包含兩種類型: DNA被動(dòng)去甲基化和DNA主動(dòng)去甲基化。

1.2.1 TDG與DNA被動(dòng)去甲基化 DNA的甲基化的發(fā)生和傳遞依賴DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methylation transferase, DNMT)驅(qū)動(dòng)，如果DNMT的活性受到抑制，會(huì)阻礙新的甲基化修飾發(fā)生。TDG通過靶向錨定DNMT，抑制DNMT對(duì)DNA產(chǎn)生新的甲基化修飾[2-3]，已攜帶修飾基團(tuán)的DNA被不斷地“稀釋”，總體的DNA的甲基化率則會(huì)隨著復(fù)制的進(jìn)行而不斷減低，這被稱為TDG介導(dǎo)的DNA被動(dòng)去甲基化。

1.2.2 TDG與DNA主動(dòng)去甲基化 DNA被動(dòng)去甲基化只能阻斷新的甲基化事件的發(fā)生，若是需要通過不依賴DNA復(fù)制的方式將已被修飾的DNA甲基化基團(tuán)完全去除，則需要通過DNA主動(dòng)去甲基化過程實(shí)現(xiàn)。TDG介導(dǎo)的DNA主動(dòng)去甲基化的機(jī)制主要是對(duì)5mC氧化或脫氨基后產(chǎn)生的異常堿基進(jìn)行堿基切除修復(fù)(base excision repair, BER)，最終達(dá)到將5mC: G修復(fù)成未經(jīng)修飾的C: G的目的[4]。將5mC進(jìn)行氧化或脫氨基需要其他蛋白協(xié)助，包括DNA羥甲基化酶10-11轉(zhuǎn)位(ten-eleven translocation, TET)蛋白家族、活化誘導(dǎo)胞苷脫氨酶(activation-induced cytidine deaminase, AID)和載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽(apolipoprotein-B mRNA-editing enzyme catalytic polypeptide, APOBEC)蛋白家族、生長(zhǎng)阻滯和DNA損傷誘導(dǎo)蛋白45(growth arrest and DNA damage-inducible protein 45, Gadd45)、DNMT等。

TET蛋白家族是最主要的與TDG協(xié)同作用參與DNA主動(dòng)去甲基化的蛋白，該蛋白家族中的TET1、TET2和TET3均可對(duì)5mC進(jìn)行氧化，將其逐步變成5-羥甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine，5hmC)、5-醛基胞嘧啶(5-formylcytosine，5fC)和5-羧基胞嘧啶(5-carboxylcytosine，5caC)[5]。研究表明，TET1和TDG在物理上相互結(jié)合，能夠有效地進(jìn)行DNA去甲基化修飾[6]。5hmC是DNA主動(dòng)去甲基化的重要中間產(chǎn)物，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中有廣泛累積[7]。5fC是5hmC的氧化產(chǎn)物，TDG對(duì)5fC顯示出較高的親和力[8]。5caC是5fC進(jìn)一步的氧化產(chǎn)物，TDG通過不同的機(jī)制切除5fC和5caC，并恢復(fù)未修飾的G: C配對(duì)[9]。

另一種主動(dòng)去甲基化的方式是5mC脫氨基后的切除修復(fù)。5mC可直接被AID/APOBEC脫氨基至胸腺嘧啶[10]，或者也可在被氧化成5hmC后被AID/APOBEC脫氨基至5-羥甲基尿嘧啶(5hmU)[11]，隨后TDG通過BER過程進(jìn)行修復(fù)。有研究證明AID、Gadd45a、TDG互相結(jié)合成一個(gè)復(fù)合體共同發(fā)揮作用[4]。Gadd45a與Gadd45b均是Gadd45蛋白家族的成員，在胚胎干細(xì)胞中具有相似的表達(dá)水平。Gadd45a(或Gadd45b)可以通過促進(jìn)TDG介導(dǎo)的DNA主動(dòng)去甲基化修飾，消除5fC和5caC的積累[12]。此外，有研究顯示，從頭甲基化的過程也是一個(gè)可逆的過程，在缺失甲基供體S-腺苷基甲硫氨酸的情況下，DNMT3a和DNMT3b亦能將5mC脫氨基成胸腺嘧啶[13]，從而實(shí)現(xiàn)去甲基化。其中，DNMT3a的PWWP結(jié)構(gòu)域和催化結(jié)構(gòu)域能與TDG相互作用，對(duì)TDG的糖基化酶活性進(jìn)行正向調(diào)節(jié)[3]。

1.3 TDG與DNA的穩(wěn)定性維持

甲基基團(tuán)在胞嘧啶中的寫入和擦除為甲基化修飾建立調(diào)節(jié)機(jī)制提供了可能性，但是這種分子模式也有缺點(diǎn)。5mC可自發(fā)脫氨基而產(chǎn)生胸腺嘧啶，導(dǎo)致T: G錯(cuò)配，若不能及時(shí)修復(fù)，則會(huì)在后續(xù)復(fù)制中導(dǎo)致該位點(diǎn)產(chǎn)生C→T的突變，降低基因組的穩(wěn)定性。另外，有學(xué)者綜述了AID帶來的體細(xì)胞自發(fā)突變與DNA修復(fù)之間的平衡關(guān)系，胞嘧啶可在AID的作用下脫氨基生成尿嘧啶，跨尿嘧啶的DNA復(fù)制可導(dǎo)致C→T或G→A的突變[14]，而由5mC羥基化生成的5hmC亦可造成這種跨尿嘧啶復(fù)制產(chǎn)生的突變。堿基錯(cuò)配情況的存在使高保真的DNA的自身修復(fù)顯得尤為重要。尿嘧啶DNA糖苷酶家族是可對(duì)DNA中的錯(cuò)配堿基對(duì)進(jìn)行特異性識(shí)別修復(fù)的一組酶[15]。TDG作為該家族中的重要成員，可通過BER作用修復(fù)異常T: G堿基錯(cuò)配[3-4]，亦可將5hmU切除修復(fù)為胞嘧啶[11，14]。TDG在消除這種由5mC自發(fā)脫氨帶來的基因組不穩(wěn)定問題上發(fā)揮了重要的作用。

此外研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DNA雙鏈中胸腺嘧啶與受損的腺嘌呤殘基配對(duì)時(shí)，TDG可對(duì)受損堿基對(duì)序列發(fā)動(dòng)異常修復(fù)，切除位于受損鏈對(duì)側(cè)的正常鏈中的胸腺嘧啶，啟動(dòng)異常堿基修復(fù)[16]。通過對(duì)人單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism, SNP)數(shù)據(jù)庫的生物信息學(xué)分析，與全基因組突變譜相比，CpG島的自發(fā)突變譜顯示出對(duì)TpG→CpG與CpA→CpG突變的強(qiáng)烈突變偏向，TDG催化的BER被認(rèn)為可能參與維持體內(nèi)啟動(dòng)子CpG島中的CG含量，維持CpG島的完整性[16]。TDG維持啟動(dòng)子區(qū)域CpG島的完整性這一功能，為甲基化修飾調(diào)控基因的表達(dá)提供了穩(wěn)定的序列背景。

2 TDG調(diào)控的DNA去甲基化修飾在胚胎發(fā)育、細(xì)胞分化及衰老中的意義

2.1 TDG與胚胎發(fā)育

哺乳動(dòng)物的生殖細(xì)胞在大體上具有相似的甲基化模式——配子高甲基化、合子的甲基化修飾被大部分擦除后再重建——生殖細(xì)胞從配子形成到受精發(fā)育成胚胎的過程中會(huì)經(jīng)歷多次必須的去甲基化修飾[1，17]。人類原始生殖細(xì)胞的甲基化水平在妊娠后10～11周降至最低點(diǎn)，隨后進(jìn)入重新甲基化過程[18]。去甲基化在胚胎發(fā)育過程中的普遍存在提示著其在生命發(fā)生中扮演了重要角色。

TDG作為DNA去甲基化的一個(gè)關(guān)鍵因子，對(duì)于胚胎發(fā)育是必不可少的。一項(xiàng)原位雜交實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到在小鼠早期胚胎中TDG高度表達(dá)于神經(jīng)系統(tǒng)、胸腺、肺、肝、腎和腸等組織；在晚期小鼠胚胎中TDG高度表達(dá)于胸腺、腦、鼻上皮、腸、皮膚、腎、牙齒和骨骼的增殖區(qū)域(在肺和肝中較早期胚胎下降)；出生后TDG在大多數(shù)組織中均表達(dá)下降(除了睪丸)[19]。在兩項(xiàng)TDG基因敲除小鼠的研究中，TDG缺失的純合子小鼠胚胎在發(fā)育早期(大約第11.5天)即死亡，且死亡的胚胎表現(xiàn)出內(nèi)出血及器官發(fā)育障礙等異常表型[2，4]。在TDG缺失的死亡胚胎中，胚胎發(fā)育和發(fā)生相關(guān)的基因在缺少TDG的情況下出現(xiàn)嚴(yán)重表達(dá)下調(diào)(如HOXD13、SFRP2、HOXA10、TWIST2、RARB[2]，以及RAR、RXR、p300[4]等)，可在這些基因的啟動(dòng)子CpG島檢測(cè)出高甲基化狀態(tài)[2]。在胚胎發(fā)育過程中，TDG與常染色體緊密結(jié)合，保護(hù)調(diào)控發(fā)育基因的啟動(dòng)子CpG島免受高甲基化修飾，阻止了胚源性疾病的發(fā)生。

2.2 TDG與細(xì)胞分化

哺乳動(dòng)物細(xì)胞的DNA甲基化模式的擦除重建與細(xì)胞重編碼后多能性的建立與穩(wěn)定息息相關(guān)[20]。TDG通過介導(dǎo)DNA的主動(dòng)去甲基化，使基因組發(fā)生重編碼，重新激活細(xì)胞多能性[20-22]。在Hu等[20]的研究中，TDG與TET協(xié)同介導(dǎo)DNA去甲基化過程，使得小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(mouse embryo fibroblasts, MEFs)的基因重新編碼，失分化形成多能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells, iPSCs)。而TDG缺陷的MEFs會(huì)造成間充質(zhì)向上皮轉(zhuǎn)換的過程被阻斷，導(dǎo)致重編碼失敗。同時(shí)去甲基化過程所依賴的microRNA(miRNA)也會(huì)因此出現(xiàn)缺失(包括miRNA-200a、miRNA-200b、miRNA-200c、miRNA-141及miRNA-429)，這在某種程度上進(jìn)一步阻礙了MEFs向iPSCs轉(zhuǎn)化的過程[20]。這證明了TDG在誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生多能性的過程中必不可少。

此外，TDG在參與體細(xì)胞的生長(zhǎng)分化過程中發(fā)揮著重要作用。在一項(xiàng)研究中，體外細(xì)胞系實(shí)驗(yàn)證實(shí)TDG可受miRNA-26a的靶向調(diào)節(jié)，抑制TDG的表達(dá)。隨后證實(shí)了TDG在小鼠出生后胰島的分化過程中表達(dá)下調(diào)，且伴隨miRNA-26a的上調(diào)。通過建立miRNA-26過表達(dá)的小鼠，研究者發(fā)現(xiàn)miRNA-26a的過表達(dá)增加了體內(nèi)胰腺細(xì)胞的數(shù)量以及在體外培養(yǎng)時(shí)的內(nèi)分泌細(xì)胞與腺泡細(xì)胞的比例[21]。這說明了TDG可受miRNA的調(diào)控，對(duì)體內(nèi)的細(xì)胞的分化增殖產(chǎn)生影響。另有研究顯示，miR-29b與TDG存在靶向關(guān)系[23]，而miR-29b可以下調(diào)DNA去甲基化酶TET蛋白的表達(dá)，并顯著促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞的分化[24]，但是TDG在此過程中的作用有待深入研究。此外，TDG可能參與Gadd45b調(diào)控的神經(jīng)系統(tǒng)的生長(zhǎng)發(fā)育。研究顯示，Gadd45b缺失的小鼠在神經(jīng)祖細(xì)胞增殖、成年海馬體中新生神經(jīng)元的樹突生長(zhǎng)中表現(xiàn)出特異性缺陷[22]。可見TDG介導(dǎo)的DNA去甲基化在建立組織特異性表達(dá)的細(xì)胞生長(zhǎng)分化過程中具有重要作用。

2.3 TDG與衰老

過去的研究表明，人類基因組甲基化模式的變化與生命周期中隨著時(shí)間進(jìn)行的老化有關(guān)，這種現(xiàn)象通常被定義為“表觀遺傳漂移”[25]。DNA去甲基化和超甲基化的共同發(fā)生構(gòu)成了哺乳動(dòng)物衰老過程中DNA甲基化的變化模式[26]。衰老過程中出現(xiàn)廣泛的基因組中CpG甲基化修飾的減少。這種去甲基化事件往往發(fā)生在整個(gè)基因組的重復(fù)序列中，因此形成了在全基因組中普遍存在的局面[27]。而除了廣泛的全基因組低甲基化外，衰老還涉及顯著的DNA甲基化的增加，提示著在衰老情況下存在特定基因的表達(dá)沉默[26]。

近年來的研究表明，TDG在哺乳動(dòng)物衰老狀況下表現(xiàn)出局部表達(dá)下降的趨勢(shì)。在歐洲的“MARK-AGE”項(xiàng)目中的一項(xiàng)研究中，衰老群體外周血單核細(xì)胞中的TDG、TET1、TET3表達(dá)降低，伴隨5hmC減少和5caC積累[28]。其中，TDG的下調(diào)或者TDG活性的損傷則是5caC積存的原因[29]。另有研究顯示，老年小鼠主動(dòng)脈miRNA-29a的水平與TDG負(fù)相關(guān)[30]，miRNA-29a可以抑制TDG的表達(dá)[30-31]，這提示了衰老狀況下機(jī)體可能通過miRNA調(diào)節(jié)TDG的表達(dá)而影響甲基化模式。此外，在老化的卵母細(xì)胞中，所有DNA去甲基化的標(biāo)志物發(fā)生動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。TDG在自然老化的卵母細(xì)胞中表達(dá)受到抑制，并伴隨TET3的增高。在加速老化的狀態(tài)下，TET3和TDG亦產(chǎn)生同樣的變化[32]。因此，TDG的表達(dá)降低，以及相關(guān)甲基化標(biāo)志物的動(dòng)態(tài)改變，這些都有可能導(dǎo)致機(jī)體在衰老狀態(tài)下的甲基化模式改變，并很有可能促進(jìn)衰老狀態(tài)下疾病的發(fā)生。

3 TDG介導(dǎo)的DNA去甲基化與腫瘤發(fā)生

TDG與癌癥的發(fā)生發(fā)展具有密切的關(guān)系。在許多惡性腫瘤疾病或其疾病模型中可觀察到TDG的異常表達(dá)，包括食管癌[33]、結(jié)直腸癌[34-35]、胰腺癌[36]、多發(fā)性骨髓瘤[37]、非黑色素瘤皮膚癌[38]等。其中涉及到的TDG作用機(jī)制包括: 雜合錯(cuò)義突變?cè)斐擅傅墓δ苁Щ頪34-35，38]，TDG的表達(dá)抑制受到癌基因Ras的調(diào)控[36]，TDG自身高甲基化導(dǎo)致的基因沉默[37]等。

3.1 去甲基化通路失衡引發(fā)基因突變

TDG表達(dá)失調(diào)，在極大程度上會(huì)影響DNA去甲基化通路中各個(gè)酶之間的平衡作用，對(duì)基因組的穩(wěn)定性及基因表達(dá)調(diào)控產(chǎn)生負(fù)面影響。TDG的缺失或表達(dá)下調(diào)，會(huì)導(dǎo)致去甲基化中間產(chǎn)物的毒性累積、5mC自發(fā)脫氨后的突變損傷延續(xù)，造成體細(xì)胞的G: C→A: T突變，增加對(duì)外界損傷因素的敏感性；而TDG對(duì)同時(shí)存在的去甲基化中間產(chǎn)物和T: G錯(cuò)配的修復(fù)效率差異，亦可能在TDG酶失調(diào)時(shí)造成修復(fù)遺漏，影響體細(xì)胞基因組的自我修復(fù)過程，從而導(dǎo)致腫瘤的形成。

3.1.1 去甲基化中間產(chǎn)物的毒性累積 TDG介導(dǎo)的DNA主動(dòng)去甲基化涉及到多種蛋白，一旦參與其中的各種酶之間沒有保持高度協(xié)調(diào)，則會(huì)導(dǎo)致通路中的上下聯(lián)系無法達(dá)到一個(gè)相對(duì)平衡的狀態(tài)。在一項(xiàng)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，TDG的敲除會(huì)導(dǎo)致TET2參與的DNA主動(dòng)去甲基化產(chǎn)生的中間產(chǎn)物(包含羥基化產(chǎn)物: 5hmC、5fC、5caC)的累積。這些中間產(chǎn)物的累積會(huì)誘導(dǎo)哺乳動(dòng)物細(xì)胞基因組的突變，促使G: C→A: T的轉(zhuǎn)變[39]。因此，TDG的正常表達(dá)對(duì)于控制TET2的活性表達(dá)結(jié)果十分重要。在TDG缺少的情況下，去甲基化作用失衡造成的具有基因組毒性的中間產(chǎn)物的累積，將引起體細(xì)胞發(fā)生突變，降低基因組的穩(wěn)定性。

3.1.2 自發(fā)脫氨后的突變損傷 相比于胞嘧啶自發(fā)脫氨基產(chǎn)生尿嘧啶，5mC更容易自發(fā)脫氨基產(chǎn)生胸腺嘧啶，產(chǎn)生T: G錯(cuò)配。并且，上文中提及到AID的脫氨基作用可使胞嘧啶脫氨基為尿嘧啶，5hmC亦可脫氨基為5hmU，通過跨尿嘧啶復(fù)制而引起突變的發(fā)生[14]。因而甲基化狀態(tài)下的DNA若是缺乏DNA修復(fù)酶的保護(hù)，十分容易發(fā)生內(nèi)源性突變，導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定。因此甲基化狀態(tài)下的堿基錯(cuò)配修復(fù)酶的缺失可能加劇基因組的不穩(wěn)定性。在1例存在TDG雜合錯(cuò)義突變的直腸癌病例中，研究者發(fā)現(xiàn)了腫瘤細(xì)胞DNA中大量C: G→T: A的突變，而在腫瘤中突變基因的CpG位點(diǎn)大體上在正常結(jié)腸黏膜中被甲基化修飾[34]。可推測(cè)這些位點(diǎn)的突變可能是由5mC脫氨基化為胸腺嘧啶引起的。TDG的雜合錯(cuò)義突變?cè)斐蒚DG蛋白表達(dá)失調(diào)，以致G: T錯(cuò)配堿基修復(fù)失敗，產(chǎn)生大量的C: G→T: A突變的累積與延續(xù)。該病例可為TDG錯(cuò)義突變引起5mC自發(fā)突變的挽救失敗而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生提供體內(nèi)證據(jù)。

3.1.3 TDG的修復(fù)遺漏 TDG作為尿嘧啶DNA糖苷酶超級(jí)家族的成員之一，具備高效的堿基切除修復(fù)能力。但是當(dāng)存在多種影響基因組穩(wěn)定性的威脅時(shí)，其對(duì)不同修復(fù)對(duì)象的修復(fù)效率差異會(huì)使修復(fù)過程存在一定的局限性。有研究顯示，當(dāng)去甲基化中間產(chǎn)物5caC和T: G錯(cuò)配分別存在時(shí)，TDG會(huì)以高于5caC的效率處理T: G錯(cuò)配。但是，當(dāng)兩者同時(shí)存在于鄰近的相對(duì)位點(diǎn)時(shí)，TDG更傾向于修復(fù)5caC，兩種作用的前后發(fā)生可以避免DNA雙鏈斷裂(DNA double-strand break, DSB)[6]。但與此同時(shí)也有潛在的隱患，5caC的優(yōu)先修復(fù)可能造成T: G錯(cuò)配修復(fù)的遺漏，最終導(dǎo)致C: G→T: A突變的固定和延續(xù)。這種隱患在TDG功能失調(diào)的情況下會(huì)惡化，導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定。

3.2 TDG失調(diào)導(dǎo)致腫瘤易感性增加

TDG參與的去甲基化通路失衡會(huì)增加基因突變的風(fēng)險(xiǎn)。而基因突變會(huì)使細(xì)胞對(duì)各種損傷因素的敏感性增加，基因的不穩(wěn)定性可以誘發(fā)腫瘤形成。多項(xiàng)研究證明，TDG的基因表達(dá)水平下降或TDG蛋白活性下降可能會(huì)增加癌癥發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.1 TDG的表達(dá)沉默與腫瘤 TDG不僅參與去甲基化過程，其本身亦受到表觀遺傳修飾調(diào)控。有學(xué)者在多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞系中檢測(cè)到TDG的表達(dá)下調(diào)與其啟動(dòng)子區(qū)域的高甲基化程度相關(guān)[37]。TDG表達(dá)水平與細(xì)胞在受到過氧化氫損傷時(shí)顯示出的修復(fù)活力具有顯著相關(guān)性；外源性的TDG表達(dá)可以在功能上補(bǔ)償受損的DNA修復(fù)活動(dòng)。由此看來，高甲基化造成的TDG沉默可能增加細(xì)胞對(duì)外界損傷因素的敏感性，但是還需更多的研究證明高甲基化引起的TDG下調(diào)對(duì)腫瘤發(fā)生的影響。此外，有研究發(fā)現(xiàn)TDG在胰腺癌中表達(dá)下降[36]。并且該研究通過體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)癌基因Ras通過抑制轉(zhuǎn)錄激活因子生長(zhǎng)蛋白抑制劑4(inhibitor of growth protein 4)與TDG的啟動(dòng)子的相互作用，從而下調(diào)TDG的表達(dá)。綜上，不同機(jī)制導(dǎo)致的TDG的表達(dá)沉默可能增加癌癥發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2 TDG的錯(cuò)義突變與腫瘤 TDG的SNP與腫瘤易感性相關(guān)。有體外研究表明，表達(dá)TDG的G199S變異(SNP: rs4135113)的細(xì)胞中會(huì)發(fā)生無堿基位點(diǎn)的持續(xù)積累，從而引發(fā)DSB。這將降低基因組的穩(wěn)定性，誘導(dǎo)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化[40]。該研究證明了TDG的錯(cuò)義突變?cè)黾恿嘶蚪M對(duì)損傷因素的敏感性，進(jìn)而發(fā)生更為嚴(yán)重的DSB結(jié)局，造成細(xì)胞命運(yùn)向癌變的方向發(fā)展。

此外，臨床病例研究為TDG錯(cuò)義突變與腫瘤易感性提供了更多證據(jù)。在一項(xiàng)基于人群的DNA修復(fù)基因變異的研究中發(fā)現(xiàn)，TDG的兩種SNP與非黑色素瘤皮膚癌患者再患其他惡性腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)之間具有顯著相關(guān)性: 一種是導(dǎo)致TDG的V367M變異的非同義編碼的SNP(rs2888805)，另一種是與rs2888805高度連鎖不平衡的SNP(rs4135150)[38]。其中，造成V367M變異的SNP(rs2888805)在一項(xiàng)94例家族性直腸癌的研究中存在10%以上的突變[35]。此外，在直腸癌中還發(fā)現(xiàn)了氨基酸的R66G變異、非同義編碼氨基酸D284Y變異等[34-35]。另外，盡管不是錯(cuò)義突變，TDG的SNP(rs4135054)被報(bào)道與食管鱗狀上皮細(xì)胞癌顯著相關(guān)[33]。這些基于腫瘤病例的研究進(jìn)一步說明了TDG錯(cuò)義突變?cè)黾恿嘶蚪M的不穩(wěn)定性及腫瘤發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

4 展 望

TDG通過參與被動(dòng)與主動(dòng)去甲基化過程，在建立和維持合理的基因組甲基化模式中發(fā)揮了重要作用。在整個(gè)生命發(fā)生發(fā)展的過程中，TDG在各個(gè)階段肩負(fù)不同的使命: 在胚胎發(fā)育過程中保護(hù)了發(fā)育相關(guān)基因的正常表達(dá)，避免了胚源性疾病的發(fā)生；調(diào)控基因組的重編碼、激活細(xì)胞的多能性，誘導(dǎo)胚胎成纖維細(xì)胞失分化為多能干細(xì)胞；參與機(jī)體在衰老狀況下的基因組甲基化模式調(diào)整，調(diào)控衰老過程中特定基因的表達(dá)與沉默。

此外，TDG的堿基切除修復(fù)作用維持著基因組的穩(wěn)定性，消除了外源性或內(nèi)源性因素對(duì)基因組的損傷，避免基因突變及DNA雙鏈斷裂。當(dāng)TDG表達(dá)下降或活性降低時(shí)，去甲基化途徑中產(chǎn)生的多種損傷因素會(huì)影響基因組的穩(wěn)定性: (1) 影響去甲基化通路中各個(gè)酶的協(xié)調(diào)運(yùn)作，造成去甲基化中間產(chǎn)物的毒性累積；(2) 高甲基化位點(diǎn)中5mC的自發(fā)脫氨基引發(fā)DNA突變的累積和延續(xù)；(3) TDG對(duì)去甲基化中間產(chǎn)物的優(yōu)先修復(fù)造成鄰近的其他錯(cuò)配修復(fù)遺漏。這些影響基因組穩(wěn)定性的因素可能與癌癥的發(fā)生具有密切聯(lián)系。

目前關(guān)于TDG與癌癥的研究資料為TDG功能失活而增加腫瘤易感性的風(fēng)險(xiǎn)積累了證據(jù)，但是還未能總結(jié)出公認(rèn)的TDG介導(dǎo)的去甲基化作用與癌癥之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制。本綜述提出可能的關(guān)聯(lián)機(jī)制是: TDG參與的去甲基化通路失調(diào)所產(chǎn)生的上述3種損傷因素，將引起基因突變，降低基因組的穩(wěn)定性，從而增加了腫瘤生成的風(fēng)險(xiǎn)。研究TDG介導(dǎo)的去甲基化與腫瘤生成之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制，將有助于我們理解表觀遺傳分子在腫瘤中的相互作用關(guān)系，為優(yōu)化腫瘤的早期診斷指標(biāo)、開發(fā)高效精準(zhǔn)的表觀遺傳調(diào)控藥物、準(zhǔn)確評(píng)估腫瘤的預(yù)后提供新的策略。