乳腺癌基因组不稳定性的研究进展

李 娇，张 晟，胡蕴慧，张 瑾

乳腺癌是西方国家女性最常见的上皮细胞恶性肿瘤，仅2012年美国新增乳腺癌病例20万，死亡3.9万[1]。目前，我国女性乳腺癌的发病率也呈逐年上升趋势，死亡率在女性恶性肿瘤中居第3位。乳腺癌的发生是一个复杂的过程，与多种基因的改变相关，基因组不稳定性是其发生发展的重要分子机制。因此，本文对基因组不稳定性与乳腺癌的关系做一综述。

1 基因组不稳定性的概念与类型

基因组不稳定性是人类肿瘤的一个显著特征[2]，也称为“突变表型”，被认为是与肿瘤发生相关的一系列细胞的积累突变[3]，在早期癌变过程中导致作为“基因看管者”的DAN错配修复系统的相关基因功能障碍。

基因组不稳定性常见类型有两种，即核苷酸水平的不稳定性与染色体水平的不稳定性。核苷酸水平的不稳定性主要包括DNA修复基因功能障碍与微卫星不稳定性(MSI)。DNA修复基因功能障碍主要是与错配修复、核苷酸切除修复(NER)、 碱基切除修复(BER)和双链断裂修复(DSB)相关的基因障碍。微卫星是由1～ 5个核苷酸组成的具有高度多态性的简单串联重复序列,MSI是这些简单重复序列的异常改变，多由DNA 错配修复基因(hMSH2,hMLH1,hPMS2,hMSH6)失去正常修复能力引起。MSI在结直肠癌、卵巢癌和内膜癌中较为常见，并与肿瘤的进展相关，但在乳腺癌中罕有报道[4]。染色体不稳定(CIN)是指细胞在有丝分裂过程中发生的染色体数目或结构的异常,可能是获得额外的整个或部分染色体,也可能是丢失整个或部分染色体。CIN 在乳腺癌的致病过程中起到重要作用。据统计,有60%～80%的乳腺癌表现为CIN,通常一个细胞内含有40～60条染色体。

在肿瘤细胞中还存在另一种基因不稳定性——表观遗传学变化，即在不改变DNA序列的前提下，通过某些机制引起可遗传的基因表达或细胞表型的变化，如DNA甲基化、组蛋白修饰。表观遗传学的改变在乳腺癌的发生、发展和转移过程中同样发挥着重要作用。

2 基因组不稳定性与乳腺癌

2.1 核苷酸水平的不稳定性与乳腺癌 在核苷酸序列水平，DNA损伤可以以单点突变和移码突变出现，从而改变基因的表达或导致截短蛋白的出现。癌症易感基因BRCA1和BRCA2在DNA修复、转录、细胞周期调控中发挥着重要作用[5]，其胚系突变是与肿瘤相关的基因组不稳定性的一个重要组成部分，近80%的遗传性乳腺癌伴有BRCA1和BRCA2基因突变。BRCA1基因突变可以引起乳腺癌相关的基因(如MYC、STAT1、JAK1、CCD1、ID4)表达产物的改变，造成基因组的不稳定性[6]，与高频TP53突变的基底细胞样乳腺癌的表型相似，提示预后不良[7]。研究证实，在预后差的基底细胞样乳腺癌和BRCA1型乳腺癌中，存在大量与磷酸酶同源基因(PTEN )突变相关的DNA修复系统功能障碍[8]。

2.2 染色体水平不稳定性与乳腺癌

2.2.1 染色体数目异常 染色体数目异常的一种表现形式是非整倍体状态[9]，是人类癌症的一种非常普遍的特征，常见于90%的人类实体肿瘤和50%以上的血液系统肿瘤。非整倍体状态是在有丝分裂过程中，由有丝分裂检测点(SAC)监测障碍引起的染色体分离异常造成，并伴有非整倍体核型的连续克隆扩增。

SAC的核心组件包括MAD1、MAD2、BUB1、BUBR1、BUB3、MPS1和CENP-E。SAC基因突变引起的SAC低表达或高表达均可导致染色体分离异常而形成非整倍体，从而促进肿瘤的发生。相关研究也证实了与乳腺癌发生相关的SAC组件的异常，如Han等[10]在66例浸润性导管癌患者中，发现44例患者无MAD1的表达，其余22例患者MAD1表达也明显降低。To-Ho等[11]用C末端缺失的MAD2基因转染人类细胞,发现该核心组件的缺失，导致胞质分离异常引起染色体的提前复制,产生非整倍体。然而，Yuan等[12]在乳腺癌及其细胞系中却发现SAC核心组件基因均发生了高表达，其中MPS1表达增加了520倍，MAD2表达增加了11倍。也有研究发现，MAD1家族MAD1L1基因过表达提示乳腺癌预后差，并且对紫杉醇化疗方案不敏感[13]。

非整倍体的形成也可由中心体的数目增加引起，中心体决定有丝分裂纺锤体的极数，具有两个以上中心体的细胞可能会形成多极化纺锤体。如果不能纠正纺锤体的异常，有丝分裂后期可能会产生3个或更多的高度非整倍体子细胞。目前研究结果表明，cyclin-A/Cdk2与Aurora-A形成的正反馈通路可促进乳腺癌细胞中心体扩增，靶向作用细胞周期调控因子，可以抑制乳腺癌细胞中的中心体扩增与CIN[14]。

非整倍体引起的CIN在导致肿瘤发生的同时，也可诱发应激反应，抑制肿瘤细胞的增殖生长。Birkbak等[15]认为，低频CIN可以促进肿瘤的发展，而高频CIN可能诱导细胞死亡而抑制肿瘤的形成。Cappello 等[16]发现，敲除乳腺癌细胞系中的NIMA相关激酶2(NEK2)后，可引起非整倍体的形成与细胞周期停滞，导致细胞死亡；有学者通过FISH技术发现，伴有高频CIN的雌激素受体(ER)阳性患者预后较差，伴有高频CIN的ER阴性者却提示预后良好[17]，这提示CIN在乳腺癌不同分子分型中发挥着不同的作用。非整倍体对肿瘤发生发展的影响取决于特定异常核型与组织微环境的相互作用。

2.2.2 染色体结构异常

2.2.2.1 染色体易位和倒位 染色体易位和倒位是由DSB异常造成的，DSB在保持基因组的完整性中发挥着重要作用。染色体易位和倒位造成的染色体融合可以引起断点处基因失活或癌基因的激活[18]。例如，t(8，11)引起的NRG1基因表达异常可以造成乳腺癌患者的生存期缩短。

2.2.2.2 染色体上DNA扩增 染色体上DNA扩增常出现在染色体断点处，可以引起癌基因拷贝数的增加。传统的细胞遗传学基因组分析发现乳腺癌中最常见的拷贝数增加位点是 1q,6p,8q,11q,16p,17q,19q和20q，最常见的扩增癌基因为FGFR1(8p12),MYC(8q24),CCND1(11q13)，MDM2(12q13)，HER2(17q12 ),AIB1(20q13 )。这些扩增的位点和基因是肿瘤预后差、侵袭性强和化疗耐药的重要预测指标。如Turner等[19]证实，FGFR1基因扩增能够抑制孕激素受体(PR)的表达，使Luminal型乳腺癌细胞系对4-羟基他莫昔芬药物不敏感，同时 FGFR1扩增也提高了Luminal型乳腺癌的增殖能力，与其预后差有关。Markiewicz 等[20]用锁定核酸水解探针实时荧光定量PCR发现12%的乳腺癌患者存在ESR1扩增，该基因的扩增降低了患者的无病生存期与总生存期，且在ER阴性的乳腺癌中更为常见。

2.2.2.3 染色体的杂合性缺失(LOH) LOH是在细胞中染色体同一位点上两个多态性等位基因中的一个出现缺失或突变失活，因此LOH又被称为等位基因不平衡或等位基因丢失。乳腺癌细胞中的LOH现象,是原发性乳腺癌中最常见的体细胞变异。根据文献报道，LOH的发生率在HER2过表达型(26.7%)与三阴性乳腺癌(27.1%)中明显高于Luminal型(12.2%)，且高频的LOH常见于组织学分级Ⅲ级的患者中[21]。通过比较基因组杂交技术，McClelland等[22]发现3p,8p,13q,16q，17p,18q染色体片段上DNA的丢失能够影响乳腺癌预后和对化疗药物的敏感性。研究证实，在浸润性导管癌中3p26.3,3p24.3和 3p14.2区域特异性LOH缺失比浸润性小叶癌中的发生率更加频繁；13q13和14q32的LOH可以预测ER阳性浸润性导管癌中BRCA2的失活状态；15q14-21和13q12-13这两个区域的LOH 均可引起乳腺癌细胞内激素受体水平降低与肿瘤细胞淋巴结转移的发生,从而增加了乳腺癌的治疗难度；BRCA1和FHIT基因的LOH常见于散发性乳腺癌，与肿瘤体积大、组织学分级高、淋巴结转移、激素受体阴性密切相关，提示BRCA1和FHIT基因的LOH可以作为乳腺癌患者预后不良的标志物[23-25]。关于乳腺癌LOH的研究对今后进一步阐述乳腺癌发生发展的分子机制、寻找乳腺癌治疗新靶点、评定乳腺癌预后等方面均具有重大意义。

2.3 表观遗传学变化与乳腺癌 启动子区域CpG岛超甲基化可以导致抑癌基因转录失活；低甲基化介导的癌基因激活可引起基因组的不稳定性。目前研究发现与乳腺癌亚型特异性相关的甲基化异常基因，如BRCA1超甲基化与三阴性乳腺癌的发生相关并提示预后差；GSTP1甲基化可增加ER阳性乳腺癌的生物侵袭性；检测组织和血清中RAS相关区域家族蛋白1A (RASSF1A)基因甲基化是诊断和随访乳腺癌患者的一个有效可靠指标[26-28]。因此，明确与乳腺癌相关基因的甲基化可以为乳腺癌的治疗提供新的表观遗传学分子靶点[29]。

组蛋白修饰包括组蛋白乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等过程，研究最多的是乙酰化、甲基化。其中组蛋白乙酰化/去乙酰化引起的异常染色质修饰依赖于两个家族酶的活性，即组蛋白乙酰转移酶与组蛋白去乙酰化酶。这些酶的改变可以作为乳腺癌诊断、预后及治疗效果评价的有效指标。组蛋白的甲基化，尤其是组蛋白赖氨酸的甲基化在乳腺癌组织中对核小体重塑及基因表达调控中起着重要作用[30]。有研究揭示组蛋白H4的第20位赖氨酸甲基化(H4K20me)在DNA损伤修复、DNA复制与染色质凝缩等生物过程中起着重要作用，而破坏H4K20me可以引起基因组的不稳定性[31]。另外，H4K20me1可以通过调控Wnt通路相关的基因[32]促进肿瘤发生。

3 基因组不稳定性与乳腺癌的治疗

目前对于乳腺癌的治疗主要有手术、放疗、化疗和内分泌治疗4种手段。近年来,随着对恶性肿瘤发病分子机制研究的不断深入,针对基因组不稳定性相关基因的靶向治疗为乳腺癌的治疗提供了重要的方向，如HER-2阳性患者虽然预后较差，但是对抗HER-2(赫赛汀/曲妥珠单抗)治疗敏感，改善了患者的预后。

然而，以其他基因组不稳定性基因为靶点的治疗仍处于临床前研究阶段。已有研究证实，参与细胞增殖和分化的聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶1(PARP1)抑制剂iniparib可以靶向治疗由BRCA1基因功能障碍引起的肿瘤转化，iniparib联合化疗药物可以在不显著增加毒副作用的基础上使转移性三阴性乳腺癌患者的生存期延长，评估总生存期和无进展生存的3期临床试验正在进行[33]。Tang等[34]证实，非整倍体细胞可以作为抗癌治疗的一个靶点，其对格尔德霉素(17-AAG;热休克蛋白90抑制剂)和AMPK蛋白酶激活剂(AICAR)较敏感。但是，在酵母菌中，热休克蛋白90(HSP90)抑制剂本身却可以导致CIN和非整倍体[35]。这些结果表明，对于针对非整倍体细胞的靶向药物的有效性与安全性仍有待评价。体内外试验证明，中心体增加可以导致细胞发生非整倍体变化，因此抑制中心体的富集可能与抗肿瘤活性相关。NEK2作为中心体主要调节因子，高表达于乳腺癌中，抑制NEK2有助于破坏三阴乳腺癌细胞的细胞周期，提高现有化疗疗效，标志着这种激酶可以作为药物的新靶点[36]，但靶向中心体在临床中的治疗作用还有待进一步研究[37]。组蛋白去乙酰化酶是ER的负性调节因子，而曲古抑菌素A可抑制组蛋白去乙酰化酶对ER的去乙酰化作用，通过上调ER-β的表达，使他莫昔芬耐药的ER-а阴性乳腺癌细胞恢复对他莫昔芬的敏感性[38]。Song等[39]学者用α放射粒子标记的抗EGFR抗体可以靶向作用于三阴性乳腺癌的DSB修复异常引起的突变，提高了传统靶向治疗的疗效。

4 结语

目前认为，基因组的不稳定是癌变过程的早期阶段,而肿瘤则是基因组不稳定的延续。因此，明确基因组不稳定性的机制与乳腺癌的关系，可以为个体化化疗以及化疗耐药的研究提供新的线索。最近的一些技术，如CGH、QM-FISH等已能检测出一些维持基因组稳定性相关基因的异常，并为乳腺癌提供新的诊断标记和治疗靶点。虽然这个领域近些年已有不少研究成果，但能够运用于临床作为基因组不稳定标记的基因还占少数。相信在未来的几年，会有更多的基因得到证实，为乳腺癌的治疗提供新的方案。

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