基因錯配修復系統(tǒng)作用機制及其與常見惡性腫瘤的關(guān)系

馬 賽 綜述 黎 功 審校

基因錯配修復系統(tǒng)作用機制及其與常見惡性腫瘤的關(guān)系

馬 賽 綜述 黎 功 審校

錯配修復基因；微衛(wèi)星不穩(wěn)定；腫瘤

腫瘤的發(fā)生主要由基因因素與環(huán)境因素相互作用所致?；蝈e配修復(mismatch repair，MMR)系統(tǒng)與腫瘤的關(guān)系日益受到人們重視。MMR系統(tǒng)是人體正常細胞中的安全保障系統(tǒng)，負責對DNA 復制過程中出現(xiàn)的堿基錯配進行修復，錯配修復基因的突變或者功能缺陷將導致錯配的堿基不能被及時有效地糾正，基因突變累積，引起微衛(wèi)星不穩(wěn)定(microsatellite instability，MSI)，并最終導致腫瘤發(fā)生。目前已有報道在多種腫瘤如結(jié)直腸癌、肝癌、肺癌、胰腺癌、食管癌、淋巴瘤、前列腺癌、宮頸癌、兒童胚胎性腫瘤等中發(fā)現(xiàn)存在MSI。筆者就MMR系統(tǒng)作用機制及其與常見腫瘤的關(guān)系作一綜述。

1 MMR系統(tǒng)作用機制

1.1 MMR系統(tǒng) MMR系統(tǒng)最早在原核細胞中被發(fā)現(xiàn)，隨后在真核細胞中也被發(fā)現(xiàn)。1993年，Peltomaki等[1]在遺傳性非息肉樣結(jié)直腸癌(hereditary non-polyposis colorectal cancer,HNPCC)中首次發(fā)現(xiàn)MSI現(xiàn)象。1994年，Bronner等在研究人類HNPCC的過程中分離出MMR基因[2]。人類MMR系統(tǒng)能特異性地識別、雙向切除和修復 DNA 復制過程中由突變、復制錯誤等引起的堿基錯配，從而維持基因穩(wěn)定性，保證 DNA 復制高度保真性的功能。人類MMR系統(tǒng)包括hMutS和hMutL兩大家族，其中hMutS包括hMSH2、hMSH3、hMSH4、hMSH5和hMSH6。hMutL包括hMLH1、hMLH3、hPMS1和hPMS2。在錯配修復時，兩組同源基因指導合成的蛋白通過形成不同的二聚體行使其功能。其中以hMSH2和hMLH1最為重要。hMSH2蛋白分別與hMSH6、hMSH3結(jié)合成二聚體hMutSα、hMutSβ。hMLH1蛋白分別與hPMS2、hPMS1、hMLH3組成二聚體hMutLα、hMutLβ、hMutLγ。hMutS起識別錯配堿基的功能，在整個修復體系中起精確定位作用，hMutL起水解錯配區(qū)域的作用，其水解活性不具有特異性，與hMutS的結(jié)合后才具有定位特性。在錯配修復過程中，hMutSα與hMutSβ首先識別錯配堿基并且與異常DNA結(jié)合，然后再與hMutL結(jié)合，激活ATP酶，水解錯配的堿基，同時激活核酸內(nèi)切酶，切除并修復錯配的堿基。hMutSα和hMutLα是錯配修復機制中的關(guān)鍵蛋白，其他成員起補充作用[3]。

1.2 MSI MSI是存在于真核細胞基因組中的重復簡單串聯(lián)DNA序列，以 2～3 個核苷酸多見，具有高度多態(tài)性。MS序列位于基因編碼區(qū)和非編碼區(qū)，如啟動子、外顯子和內(nèi)含子等區(qū)域，MS通過與特異性蛋白結(jié)合或改變 DNA 結(jié)構(gòu)而發(fā)揮基因調(diào)控作用。MS在基因任何位點都有穩(wěn)定的重復長度是其發(fā)揮功能的前提，同時重復區(qū)域也是復制過程中較易出錯的地方。當錯配修復基因突變導致MMR系統(tǒng)功能異常時，這些MS重復區(qū)域出現(xiàn)的復制錯誤得不到糾正，導致復制錯誤不斷累積，使MS的重復序列長度或堿基組成發(fā)生改變，稱為MSI。很多重要的生長調(diào)節(jié)相關(guān)基因如Ⅱ型TGF-β、IGF2R、PTEN、BAX等的編碼區(qū)或啟動子區(qū)含有微衛(wèi)星，錯配修復異常導致的MSI可引起這些基因在復制過程中發(fā)生移碼突變或錯義突變，這種復制錯誤不斷累積，引起癌基因激活，抑癌基因失活，最終導致腫瘤的發(fā)生[4]。

1.3 MSI臨床檢測及判讀 以結(jié)直腸癌為例，目前檢測方法常為免疫組化(IHC)和聚合酶鏈反應(PCR)[5]。IHC一般使用MLH1、MSH2 、PMS2和MSH6的抗體套餐來檢測 MSI現(xiàn)象。若四種標記物在腫瘤中均呈陽性表達，則表示該疾病為微衛(wèi)星穩(wěn)定性病例，如果有1個標記物表達缺失或表達<25%(考慮為陰性)，提示錯配修復基因有缺陷，則需進一步做PCR檢測。在PCR 檢測中，目前仍采用1997 年美國國立癌癥協(xié)會(NCI)推薦的[6]對 BAT25、BAT26、D5S346、D2S123和D17S250五個位點進行檢測。檢測微衛(wèi)星位點均未見異常，定義為微衛(wèi)星穩(wěn)定(MSS)；有一個標志物或<40% 的標志物顯示異常，則被定為低水平微衛(wèi)星不穩(wěn)定性 (MSI-L)；當≥40%的測試標志物異常時，則被定為高水平微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI-H)。MSI是MMR缺陷的一種分子表型，可通過 MMR 蛋白表達情況檢測MMR缺陷[7]。文獻[8]報道錯配修復蛋白IHC檢測與PCR檢測結(jié)果的符合率非常高，達97.8%。IHC是檢測MMR缺陷的一種有效初篩方法，因IHC檢測方法簡便快速、實惠而廣泛應用于臨床，也可應用于大規(guī)模的人群篩查。

2 MMR系統(tǒng)與常見惡性腫瘤的關(guān)系

2.1 結(jié)直腸癌 是人類最常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率與死亡率均占惡性腫瘤新增病例的第三位[9]。檢測結(jié)直腸癌患者MSI情況主要用于判斷預后、指導治療及篩查Lynch綜合征(HNPCC)。約15%結(jié)直腸癌由MMR缺陷所致，其中3%～5%為家族遺傳性(Lynch綜合征)，10%～12%為散發(fā)性[10]。有研究表明，MSI-H結(jié)腸癌較MSS結(jié)腸癌，好發(fā)于右半結(jié)腸、多原發(fā)癌、傾向于低分化及黏液腺癌，MSI結(jié)直腸癌組織中大量淋巴細胞浸潤并且伴有程序性死亡受體1(programmed death 1，PD-1)和細胞毒T淋巴細胞相關(guān)抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4)免疫監(jiān)測點分子表達上調(diào)[11]。MMR狀態(tài)與結(jié)腸癌預后有關(guān)，MSI是結(jié)腸癌預后較好的生物指標，MSI的患者不能從術(shù)后氟尿嘧啶輔助治療中獲益而對伊立替康的治療更為敏感。而MSS患者能從術(shù)后氟尿嘧啶輔助治療中獲益[12]。2015年Le等[13]在新英格蘭醫(yī)學雜志發(fā)表的一項研究中發(fā)現(xiàn)，對MMR缺陷結(jié)直腸癌患者給予PD-1單抗治療，其免疫相關(guān)客觀有效率和免疫相關(guān)無進展生存率均高于MMR正常患者(ORR 40%∶0% ，PFS 78%∶11% )。在 MMR缺陷的其他惡性腫瘤患者中也得到類似結(jié)果。因此MMR狀態(tài)可能作為預測 PD-1單抗療效的重要指標之一。2016版NCCN指南推薦所有mCRC患者均進行MMR/MSI檢測[14]。

2.2 肝癌 是我國常見惡性腫瘤且惡性程度高，錯配修復基因的研究已成為當下熱點，韓國有研究發(fā)現(xiàn)在肝癌存在錯配修復基因啟動子區(qū)CpG島甲基化，導致hMLH1等基因發(fā)生表觀遺傳學沉默，從而hMLHl等在肝癌組織中低表達[15]。提示錯配修復基因hMLHl功能缺陷可能在肝癌的發(fā)生、發(fā)展過程中起重要作用。Chiappini等[16]發(fā)現(xiàn)，在不嗜酒且沒有乙肝及丙肝病毒感染的肝癌患者中，MSI-H的患者較MSS患者腫瘤惡性程度高，中位復發(fā)時間短，預后不良。但有學者提出肝細胞癌中存在雜合缺失(loss of heterozygosity，LOH)，即同一個體的正常細胞DNA中兩個等位基因中的一個等位基因丟失的現(xiàn)象[17]。MSI在肝癌相對少見，與MSI相比，LOH在肝癌的發(fā)生中發(fā)揮著越來越重要的作用，并可能與肝癌的臨床病理有關(guān)。

2.3 胰腺癌 因起病隱匿，惡性程度高，預后差，生存率低，有“癌癥之王”之稱。約60%的胰腺癌患者在確診時已有遠處轉(zhuǎn)移，無根治性手術(shù)機會，中位生存期6～9個月；約15%能夠手術(shù)切除，中位生存期15個月，5年生存率約5%[18, 19]。因此，研究胰腺癌基因?qū)用娴牟∫蛑陵P(guān)重要。趙作偉等[20]發(fā)現(xiàn)，胰腺癌組織中也存在MSI現(xiàn)象，35例胰腺癌中有7例MSI-H,14例MSI-L,1例MSS,正常組織中沒有出現(xiàn)微衛(wèi)星不穩(wěn)定, 總的MSI檢出率為60%。其發(fā)生機制與肝癌類似，是由錯配修復基因hMLH1啟動子CpG島甲基化導致hMLH1失活，從而促進胰腺癌的發(fā)生。錯配修復基因hMLH1、hMSH2在胰腺癌的表達均低于正常組織，且與年齡、性別、腫瘤大小無關(guān)。hMLH1、hMSH2低表達的胰腺癌患者術(shù)后2年生存率低于hMLH1、hMSH2正常表達的胰腺癌患者(24%∶43%，13%∶48%)，提示MSI胰腺癌預后差。Soares等[21]的研究支持用PD-1抑制藥聯(lián)合T細胞誘導藥治療一線導管腺癌。但免疫治療對存在MSI現(xiàn)象的胰腺癌療效是否更好尚有待進一步研究。

2.4 肺癌 是發(fā)病率最高的惡性腫瘤，也是癌癥死因之首。肺癌細胞中同樣存在MMR系統(tǒng)缺陷，國外的幾項研究中均顯示肺癌細胞中MMR蛋白的表達有不同程度的減少，其中以hMLH1、hMSH2為代表，且hMSH2的表達與患者吸煙程度有關(guān)[22, 23]。MSI在年齡≤60歲的非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)患者中檢出率較高，與性別、腫瘤大小、組織類型、有無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠處轉(zhuǎn)移無關(guān)，年輕NSCLC患者更易出現(xiàn)MSI，但也有研究指出MSI可能與不良預后相關(guān)。此外MSI的NSCLC患者組織內(nèi)淋巴細胞的浸潤數(shù)量明顯高于MSS的NSCLC患者。而腫瘤組織內(nèi)浸潤淋巴細胞數(shù)量和活性高與PD-1拮抗藥治療效果呈正相關(guān)[24]。MMR缺陷通過引起的MSI而影響NSCLC患者的免疫微環(huán)境，因此，檢測NSCLC患者MSI可作為患者免疫治療療效預測指標[25]。

2.5 前列腺癌 是美國男性最常見惡性腫瘤，近年來我國前列腺癌發(fā)病率也呈上升趨勢。錯配修復基因在前列腺癌也有研究。hPMS2、hMSH6在前列腺癌表達較正常組織升高，可能是導致MSI的原因，hPMS2可能與腫瘤惡性程度及預后有關(guān)[26, 27]。也有研究指出，12%的晚期前列腺癌有超突變，所有的超突變癌都有錯配修復基因突變及MSI，這種突變是頻繁復雜的hMSH2或者hMSH6結(jié)構(gòu)重排，而不是MLH1的表觀遺傳沉默[28]。另一項研究也指出，hMSH2突變是引起前列腺癌MMR缺陷及MSI的關(guān)鍵因素，且MSI的前列腺癌組織中發(fā)現(xiàn)了較多的腫瘤浸潤淋巴細胞；MSH2突變攜帶者是MMR基因突變攜帶者可發(fā)展為MMR缺陷的前列腺癌中的風險最高的；前列腺癌MMR的IHC檢查將有助于確定MMR基因突變攜帶者[29]。Lynch綜合征患者前列腺癌風險較高，應該在診斷Lynch綜合征時考慮是否存在前列腺癌[30]。前列腺癌組織中存在MSI，但前列腺癌MSI具體是由哪種錯配修復蛋白異常所致情況報道不一[31, 32]。

2.6 宮頸癌 是最常見的婦科惡性腫瘤。近年來，錯配修復基因與MSI在宮頸癌方面也有研究。Wong等[33]發(fā)現(xiàn)，正常宮頸組織和宮頸低級別上皮內(nèi)瘤變中沒有MSI現(xiàn)象，高級別上皮內(nèi)瘤變中有MSI-L現(xiàn)象，宮頸鱗癌中有MSI-H現(xiàn)象，MSI陽性與患者的年齡、疾病分期、腫瘤分級無關(guān)，MSI陽性患者的總生存率明顯低于MSS患者。MSI-H與高的疾病階段相關(guān)，但并不能斷定MSI-H與不良預后相關(guān)。蘇燕燕等[34]發(fā)現(xiàn)，宮頸癌MSI現(xiàn)象與HPV16感染率呈正相關(guān)，并指出可能是由于HPV16的感染導致了宮頸癌MSI現(xiàn)象，進而促使宮頸癌的發(fā)生。梁楠、宋春麗等[35, 36]研究結(jié)果與此類似。同時，發(fā)現(xiàn)宮頸癌組織中，hMLH1與hMSH2的表達呈正相關(guān)，hMSH2與hMSH6的表達也呈正相關(guān)，而hMLH1與hMSH6的表達無明顯相關(guān)性。Nijhuis 等[37]認為，錯配修復基因與一些腫瘤的預后良好和轉(zhuǎn)移有關(guān)，如32%的宮頸癌中hMSH2出現(xiàn)表達缺失，表達缺失是早期宮頸癌的危險因素，但與宮頸癌復發(fā)及存活率沒有明顯關(guān)系；43%的宮頸癌hMLH1出現(xiàn)雜合性缺失，使hMLH1 蛋白的表達減少，但基因仍有活性。MSI與宮頸癌預后及能否指導宮頸癌的治療仍需進一步研究。

3 展 望

MMR缺陷導致的MSI已經(jīng)被公認為是惡性腫瘤形成的一個新機制，近年來關(guān)于MSI在腫瘤方面的研究也越來越多，研究范圍涉及消化系統(tǒng)腫瘤、呼吸系統(tǒng)腫瘤、泌尿系統(tǒng)腫瘤、生殖系統(tǒng)腫瘤、血液系統(tǒng)腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，其中MSI在結(jié)直腸癌和肺癌的研究較多。多數(shù)腫瘤發(fā)生MSI現(xiàn)象是由錯配修復基因啟動子區(qū)CpG島甲基化，產(chǎn)生錯配修復基因缺陷所致。結(jié)直腸癌和肺癌的研究還顯示發(fā)生MSI的腫瘤組織中大量淋巴細胞浸潤并且PD-1和CTLA-4免疫監(jiān)測點分子表達上調(diào)，這一現(xiàn)象在理論上提示給予此類患者PD-1/PD-L抗體或CTLA-4抗體免疫靶向治療療效較好。肝癌、胰腺癌在MSI指導免疫靶向治療方面尚需進一步研究。MSI在泌尿系腫瘤、婦科腫瘤中的研究尚處于初級階段。有報道顯示淋巴瘤、腦膠質(zhì)瘤、黑色素瘤中存在MMR缺陷，但與疾病發(fā)生機制、預后的關(guān)系尚不明確。錯配修復基因與MSI的的研究已有初步成果，一些相關(guān)檢測項目已經(jīng)應用于臨床，并成為某些疾病篩查、診斷、指導用藥、判斷預后的良好指標。關(guān)于錯配修復基因與MSI的具體功能及詳細機制仍在進一步研究中，相信未來錯配修復基因與MSI的檢測將為臨床腫瘤診斷與治療提供更多的思路與更廣闊的前景，使更多癌種的免疫靶向治療與基因治療成為可能，進而提高腫瘤患者的生活質(zhì)量。

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(2016-09-10收稿 2016-10-18修回)

(責任編輯 武建虎)

馬 賽，碩士研究生。

100039 北京，武警總醫(yī)院腫瘤二科

黎 功，E-mail:dr_gongli@163.com

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