DNA損傷修復(fù)基因在惡性黑色素瘤發(fā)生發(fā)展中的作用研究進展*

朱公建，王曉敏，郭紅云，朱小康，蘇海翔，劉玉琴

730050 蘭州，甘肅省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院/甘肅省腫瘤醫(yī)院 科教科(朱公建、蘇海翔)，轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中心(郭紅云)，胸外科(朱小康)，腫瘤流行病學(xué)研究中心(劉玉琴)；730060 蘭州，蘭州市西固區(qū)醫(yī)院 醫(yī)管科(王曉敏)

惡性黑色素瘤(malignant melanoma,MM)起源于神經(jīng)嵴黑素細胞，在皮膚和黏膜均可發(fā)生，但黏膜MM僅占0.8%～3.7%，絕大多數(shù)為皮膚MM，MM也是皮膚癌中致死率最高的惡性腫瘤[1]。過去幾十年里，MM在澳大利亞和新西蘭的發(fā)病率都呈持續(xù)增長[2]。2019年MM發(fā)病率排在美國常見腫瘤第5位，當年新發(fā)病例96 480例[3]。我國MM發(fā)病率相對較低，但不斷攀升的發(fā)病人數(shù)和死亡人數(shù)已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注[4]。MM發(fā)生的危險因素包括皮膚類型、生長障礙性痣及多種常見黑痣等表型特征和兒童時期過度在日光下暴露等環(huán)境因素[5]。眾所周知，DNA損傷修復(fù)分子在維持基因組的完整性、細胞功能的特異性和預(yù)防細胞癌變過程中發(fā)揮著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)DNA暴露在紫外線(ultraviolet，UV)照射環(huán)境中損傷后的修復(fù)能力與MM發(fā)生風(fēng)險具有顯著相關(guān)性，而非常有趣的是5%～10%的MM患者有家族遺傳史[6-7]。本文就目前研究較為明確的幾種DNA損傷修復(fù)基因與MM發(fā)生發(fā)展的關(guān)系進行綜述。

1 UV與DNA損傷

機體細胞中的DNA經(jīng)常會因為內(nèi)源或外源性誘變劑而發(fā)生損傷，如未及時修復(fù)可能導(dǎo)致細胞凋亡、細胞的無限增殖和癌癥的發(fā)生[3]。UV導(dǎo)致的DNA損傷一直以來都被認為是皮膚癌發(fā)生的關(guān)鍵因素[6,8]。作用于人類皮膚的UV按光譜可分為UVA(400～320 nm)和UVB(320～280 nm)兩種。DNA受到UVB照射后通過能量傳遞會形成環(huán)丁烷嘧啶二聚體(cyclobutane pyrimidine dimers，CPD)、6,4-嘧啶光化產(chǎn)物和其他一些較小的光化產(chǎn)物從而導(dǎo)致DNA損傷。與UVB相比，UVA除了也能產(chǎn)生CPD損傷外，還可直接穿透皮膚表面進入真皮層，通過其產(chǎn)生的活性氧(reactive oxygen species,ROS)間接引起DNA的氧化損傷。

2 DNA損傷修復(fù)與MM的發(fā)生發(fā)展

通常認為在MM中引起黑素細胞發(fā)生突變的主要原因并非UVA產(chǎn)生的ROS而是UVB誘導(dǎo)產(chǎn)生的CPD，不過最新的研究顯示,當UVA產(chǎn)生的氧化應(yīng)激發(fā)生時，黑素細胞的修復(fù)能力下降了。另外，研究還發(fā)現(xiàn)當黑素細胞在被UVA和UVB分別照射后，被UVB照射的細胞其受損傷的DNA修復(fù)得更快[9]。一種可能的解釋是事實上細胞中的DNA修復(fù)蛋白和DNA一樣，都是氧化產(chǎn)物的靶點。相比其他類型的細胞，黑色素的存在使黑素細胞中的DNA修復(fù)系統(tǒng)更容易受到UVA產(chǎn)生的ROS的攻擊，從而使細胞修復(fù)能力下降，CPD的存活時間延長，細胞發(fā)生突變的風(fēng)險升高[10]。氧化應(yīng)激還在MM的進展中扮演重要角色，如可通過改變核苷酸切除修復(fù)(nucleotide excision repair，NER)通路蛋白的修復(fù)能力進而誘導(dǎo)MM的發(fā)生，通過激活同源磷酸酶—張力蛋白(phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN)通路或促進細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)通路影響MM細胞的生存狀態(tài)，還可通過誘導(dǎo)細胞代謝發(fā)生改變而參與MM的轉(zhuǎn)移過程等[11-13]。

3 DNA損傷修復(fù)通路

正常情況下，DNA損傷發(fā)生后會迅速被細胞防御機制所識別并產(chǎn)生幾種阻止細胞進行錯誤復(fù)制的應(yīng)答反應(yīng)。在細胞水平，檢查點會激活進而抑制細胞周期，通過轉(zhuǎn)錄上調(diào)來修補損傷或者發(fā)生細胞凋亡[1]。在DNA水平，多個DNA損傷修復(fù)分子通路會對受損的DNA進行及時修復(fù)，使細胞按計劃復(fù)制，其中嘧啶二聚體、較大的加合物和交叉聯(lián)接等DNA損傷由NER通路負責(zé)修復(fù)，而由光化產(chǎn)物和氧化損傷導(dǎo)致的DNA雙鏈斷裂由雙鏈斷裂修復(fù)(double-strand breaks repair,DSBR)通路進行修復(fù)。目前關(guān)于MM與DNA損傷修復(fù)基因的相關(guān)研究以NER和DSBR通路基因為主，因此本文著重對NER和DSBR通路基因與MM發(fā)生發(fā)展的關(guān)系進行闡述。

4 NER通路基因

4.1 XPC基因

XPC基因位于染色體3p25上，長度33.5 kb，包含16個外顯子，可編碼含940個氨基酸殘基的XPC蛋白。該蛋白能與RAD23B蛋白結(jié)合，形成可識別DNA損傷部位的XPC-RAD23B復(fù)合物，并引導(dǎo)Ⅱ型轉(zhuǎn)錄修復(fù)因子復(fù)合物結(jié)合到DNA受損部位，從而激活下游修復(fù)蛋白完成對受損DNA的修復(fù)[14]。研究發(fā)現(xiàn)，UVB輻射能增加組蛋白脫乙酰酶4(HDAC4)的表達，而XPC是HDAC4的互作蛋白，提示它們對DNA損傷有協(xié)同修復(fù)作用[15]。Stout等[16]研究發(fā)現(xiàn)，敲除小鼠角化細胞XPC基因，可導(dǎo)致其損傷修復(fù)功能喪失，顯著增高小鼠對UV的敏感性，且無法清除CPD等因UVB照射形成的光化產(chǎn)物，使MM等腫瘤的發(fā)生概率明顯升高。Jiang等[17]的Meta分析研究共涉及對照組4 631例，病例組5 111例，結(jié)果顯示XPC基因Lys939Gln位點多態(tài)性與MM發(fā)生的風(fēng)險無顯著關(guān)聯(lián)，這與Jin等[18]的Meta分析結(jié)果基本一致，但后者進行種族亞組分析發(fā)現(xiàn)該位點多態(tài)性與白種人MM發(fā)生有顯著相關(guān)性。這些研究結(jié)果提示，XPC基因Lys939Gln位點多態(tài)性與MM的發(fā)生風(fēng)險是否具有相關(guān)性尚無一致結(jié)論,可能在不同的人種中有較大差異，還需要進行更大樣本量人群的驗證。

4.2 XPD基因

真核生物的NER是由通用轉(zhuǎn)錄因子IIH(transcription factor IIH,TFIIH)統(tǒng)籌安排的精密細胞生物學(xué)過程，XPD DNA解旋酶作為TFIIH的核心元件之一，廣泛參與轉(zhuǎn)錄、DNA損傷修復(fù)、細胞循環(huán)調(diào)節(jié)和染色體隔離等過程[19-20]。XPD遺傳缺陷能導(dǎo)致腫瘤的高易感性，其活性的個體差異也被認為是腫瘤發(fā)生的潛在危險因素之一[7]。將XPD克隆后與熒光蛋白重組轉(zhuǎn)染MM A375細胞，發(fā)現(xiàn)XPD位于A375細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)并能抑制A375細胞的增殖代謝[21]。Kertat 等[22]對瑞典244名MM患者進行了XPD基因751號密碼子易感性研究，結(jié)果顯示其Gln/Gln基因型與男性MM的發(fā)生具有顯著相關(guān)性,且在MM早期出現(xiàn)發(fā)熱癥狀的頻率較高，Millikan等[23]的研究進一步證實了XPD基因多態(tài)性在MM病因?qū)W中的重要作用,其中XPD312 Asn/Asn 基因型相比Asp/Asp 基因型以及XPD751 Gln/Gln 基因型相比Lys/Lys 基因型發(fā)生MM的風(fēng)險均顯著增高。但目前XPD基因多態(tài)性調(diào)控MM發(fā)生和影響預(yù)后的具體機制仍不明確，需要體外和體內(nèi)實驗進一步研究。

4.3 ERCC1 基因與XPF基因

DNA剪切修復(fù)基因ERCC1編碼的蛋白可與DNA修復(fù)內(nèi)切酶XPF形成一種結(jié)構(gòu)特異性核酸內(nèi)切修復(fù)酶復(fù)合二聚體XPF-ERCC1，在受損DNA的單鏈5’端進行剪切，從而對NER及其他通路網(wǎng)絡(luò)中的有毒化合物、UV等導(dǎo)致的化學(xué)性和物理性損傷進行有效清除，并發(fā)揮限速和調(diào)節(jié)的作用[24]。動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，當機體缺乏XPF-ERCC1二聚體時，會通過自發(fā)的細胞毒性應(yīng)激反應(yīng)加速細胞的衰老，并通過泛素化MM細胞中ERCC1蛋白的不穩(wěn)定二聚化結(jié)構(gòu)域能顯著改變細胞的修復(fù)能力[25]。病例對照研究顯示，相比高加索人種或非裔美國人種的健康對照人群，ERCC1基因3個SNP(rs11615, rs3212950 and rs3212948)的變異單倍型組合在MM患者中出現(xiàn)的頻率更高[26]。ERCC1蛋白在MM腦轉(zhuǎn)移癌病理組織中的表達顯著高于其原位癌患者[27]。藥物實驗顯示順鉑通過調(diào)節(jié)促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)信號通路誘導(dǎo)DNA修復(fù)基因ERCC1的過表達，從而使MM對順鉑耐藥[28]，而XPF蛋白水平能決定MM細胞對奧沙利鉑化療的敏感性[29]。ERCC1和XPF基因影響MM化療敏感性的具體機制尚待進一步研究，深入探討可能會有助于克服順鉑耐藥等問題。

5 DSBR通路基因

5.1 PARP1基因

PARP1作為聚腺苷二磷酸核糖聚合酶家族成員，是定位于細胞核內(nèi)的一種與應(yīng)激條件下DNA修復(fù)密切相關(guān)的蛋白，它能作為傳感器將DNA損傷信號傳導(dǎo)至下游感受器，直接參與染色體穩(wěn)定性、DNA修復(fù)及細胞凋亡等過程并在鉑類藥物導(dǎo)致的微血管內(nèi)皮細胞修復(fù)過程中發(fā)揮著重要作用[30-32]。近期文獻報道，PARP1的表達上調(diào)與MM較差的生存具有相關(guān)性[33]，Davies等[34]也發(fā)現(xiàn)PARP1基因rs2249844位點的遺傳變異與MM的生存狀態(tài)密切相關(guān)。Choi等[35]發(fā)現(xiàn)PARP1基因內(nèi)含子區(qū)域rs144361550位點能通過調(diào)節(jié)小眼畸形相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子(microphthalima associated transcription factor,MITF)介導(dǎo)黑素細胞的增殖。MM細胞實驗發(fā)現(xiàn)PRAP1的抑制劑奧拉帕尼能調(diào)節(jié)長鏈非編碼RNA的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[36]。臨床研究顯示，奧拉帕尼與烷基化試劑三嗪咪唑胺聯(lián)用后可激發(fā)合成致死效應(yīng)來治療合成酶4缺陷型MM[37]，而Abecassis 等[38]發(fā)現(xiàn)MM患者中，PARP1rs1805407的攜帶者對上述兩種藥物聯(lián)用治療效果更為敏感。近年來，隨著分子病理的飛速發(fā)展，特異性遺傳學(xué)改變在黑色素細胞病變的診斷和治療過程中扮演著越來越重要的角色，而上述結(jié)果提示PARP1基因多態(tài)性可能成為將來實現(xiàn)MM個體化治療的又一個重要理論基礎(chǔ)。

5.2 BRCA1/2基因

BRCA1和BRCA2是能編碼腫瘤抑制器蛋白的人類基因，最初研究發(fā)現(xiàn)女性BRCA1/2基因突變會增加患乳腺癌或卵巢癌的風(fēng)險，后來發(fā)現(xiàn)男性在該基因發(fā)生突變后也會增加患乳腺癌的風(fēng)險[39]。有研究認為BRCA1/2基因出現(xiàn)突變與MM的發(fā)生具有顯著相關(guān)性[40- 41]，但也有研究認為BRCA1/2基因突變在MM發(fā)生過程中所發(fā)揮的作用有限[42-43]，這種爭議在過去幾十年一直存在，基于當前的文獻要得到一個定論還為時尚早。由于BRCA1/2突變可導(dǎo)致DNA修復(fù)通路的缺陷，因此攜帶BRCA1/2基因致病性突變的腫瘤患者對作用于DNA的細胞毒性藥物(如順鉑和卡鉑)和同樣能阻礙DNA修復(fù)的PARP抑制劑都更為敏感，但目前已經(jīng)獲得FDA批準的多個PARP抑制劑多用于晚期卵巢癌治療，用于治療MM的PARP抑制劑尚未見諸報道。值得注意的是，多個臨床研究顯示乳腺癌患者發(fā)生皮膚癌的風(fēng)險很高[44]，而另一方面，家族性CDKN2A突變(MM的高風(fēng)險基因)的攜帶者發(fā)生乳腺癌的風(fēng)險也很高[45]，這些證據(jù)提示在乳腺癌和MM之間可能存在著共同的易感基因，但共同的易感基因是否為BRCA1/2，仍然不能確定，這需要大樣本、多中心的前瞻性研究進一步驗證。

6 結(jié) 語

DNA損傷修復(fù)基因在MM的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要角色。通過大樣本人群的流行病學(xué)調(diào)查，研究DNA損傷修復(fù)基因與MM相關(guān)的癌基因、抑癌基因之間的關(guān)系，將進一步闡釋MM高易感性的分子生物學(xué)機理。對MM中DNA損傷修復(fù)基因的多態(tài)性進行研究有助于發(fā)現(xiàn)易感人群，進行早期預(yù)防，并為基因藥物開發(fā)提供靶點。但目前我們還有很多問題仍未解決，如大量DNA損傷修復(fù)調(diào)控機制尚不明確，UV導(dǎo)致DNA損傷與MM發(fā)生相關(guān)的精確機理仍不十分清晰，多個DNA損傷修復(fù)基因的多態(tài)性與MM關(guān)系尚未涉足或無統(tǒng)一結(jié)論，發(fā)現(xiàn)的基因藥物靶點還很有限，真正意義上的個體化治療還沒有實現(xiàn)等，這些問題還需要更深入的研究解決。

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