线粒体基因改变与喉癌癌变的相关性研究进展

佘永川 罗志强

摘要：线粒体作为主要的供能细胞器，亦是高等动物细胞核外仅有DNA的微结构。由于线粒体基因结构及功能特性，决定其易损伤和突变的特点，在肿瘤发生发展过程中亦起重要作用，国内外的大量研究已予以证明。近年来，也有学者研究其基因改变与喉癌癌变的相关性，本文就线粒体基因改变在喉癌癌变中的作用加以综述。

关键词：线粒体基因改变；喉癌癌变；肿瘤

Abstract： Mitochondria，the higher animals outside the nucleus contains organelles containing DNA，that Its main role provide energy for the cell.A large number of domestic and foreign research have proved that Because the structure and functional properties of mitochondrial genes，causing it easy to damage and mutation，which also play an Important role in tumorigenesis.In recent years， some scholars study on correlation of changes of mitochondrial DNA and carcinogenesis of laryngeal Carcinoma.In this article mitochondrial genetic changes in laryngeal carcinogenesis is outlined.

Keywords ： Mitochondrial DNA changes；Laryngeal cancer；Tumor

喉癌是廣为熟知的癌症之一，病理类型主要为鳞状细胞癌。以5.7%～7.6%[1]的发病率在人体恶性肿瘤中出现，且近年来发病率逐渐上升。喉癌发生机制不清。喉的癌前病变、早期癌治愈率较高，III～IV期及复发转移的喉癌治疗效果差，严重威胁生命。线粒体基因（mtDNA）改变与肿瘤的相关性，学者们已作了大量的相关研究。已经证实mtDNA改变，发生于人体多部位肿瘤包括头颈部肿瘤，并出现于肿瘤早期。因此，深入研究mtDNA改变与喉癌癌变的关系，有助于喉癌发病机理的进一步阐述及喉癌的早期诊断。本文就近几年来国内外对mtDNA改变与喉癌关系的研究予以综述。

1.线粒体的结构和功能特点：

线粒体是高等动物细胞中除细胞核外仅有DNA的微结构， 线粒体的主要功能是通过电子传递链过程，使ADP转变成ATP，产生细胞所需的能量，该过程叫做氧化磷酸化。人类mtDNA是完全母系遗传[2]，为细胞核外唯一的遗传物质，有人类第25号染色体之称。mtDNA是一个封闭的环状分子，16569bp，含有重链（H）和轻链（L）。mtDNA含有37个结构基因，包含22个转运RNA基因，2个核糖体RNA基因，13个与氧化磷酸化相关的蛋白质基因，13个线粒体蛋白基因产物是呼吸链复合物的重要组成部分。除外37个结构基因，线粒体内剩余的其他蛋白均由核基因编码。D-loop（D环）和OL为两段非线粒体DNA编码区。D-loop区位置在16028～577nt，为所有线粒体DNA约6%，主要对转录和复制起调控作用，因此亦称其为线粒体DNA的控制区[3]。OL被认为主要对L链的复制起调控作用。在线粒体拷贝数量方面，一个细胞内的mtDNA拷贝数从几十到几千不等，其拷贝数量主要依据细胞对于能量的需求[4]

2.线粒体的易损伤性和突变

从线粒体结构和功能特点来看：缺乏组蛋白保护；几乎无内含子序列，控制区除外，相邻基因间几乎无非编码基因；有限的基因修复能力；易受活性氧攻击，这些决定了其易损伤和突变的特点，是mtDNA易损伤和突变的基础，和核相比，mtDNA的突变率是核DNA的10～100倍。在这些环节中，活性氧的攻击是一个重要的因素。在线粒体氧化磷酸化过程中产生毒性副产品活性氧，也叫氧自由基（ROS）。mtDNA与产生ROS的部位很近，慢性ROS接触可以导致对线粒体DNA的氧化性损伤。mtDNA突变目前被认为是氧化磷酸化过程中产生的高水平ROS所导致，是氧化损伤的一个主要目标。如果不能适当地修复，线粒体DNA氧化损伤可能导致突变。这种损伤可能是一个恶性循环，mtDNA的体细胞突变导致呼吸链功能紊乱，导致损伤性ROS产生的增加，反过来，引起更多的mtDNA突变。而mtDNA结构突变主要集中在D-loop区。

3.mtDNA异常与肿瘤发展的关系：

线粒体在细胞供能、凋亡、自噬及核外遗传物质的提供等起重要作用，但它对肿瘤的发生亦起着重要作用。正常细胞与肿瘤细胞中的线粒体存在明显差异，肿瘤细胞的标志性特征如：无限增殖、凋亡抵抗、免疫监督逃避、侵袭及转移等都与线粒体有着密切关系[5]。由于突变的分子特性，mtDNA的突变可分为缺失、插入、错义突变等结构上的突变和拷贝数量突变[6]。很多学者研究证明，mtDNA突变有助于肿瘤的发生[7]。近年来的研究显示mtDNA突变发生于人体很多肿瘤，如头颈、肺、胰腺、乳腺、卵巢、膀胱、结肠等[8]。一方面，mtDNA结构突变主要表现在D-Loop区的不稳定和其他区域段片的缺失[9]。Nomoto在对肝癌病人标本的研究中发现，42%出现C-tract缺失/插入突变，缺失、错义或插入突变者占26%，而非肿瘤区段的D-loop区无mtDNA突变者占68%[10]。研究者对23例鼻咽癌病人组织标本级血液标本的研究发现，鼻咽癌mtDNA D-loop区是高突变区[11]。另一方面，基因拷贝数量的变化成为细胞癌变的一个标识，快速生长的肿瘤细胞对能量需求变化可能致使mtDNA出现拷贝数量增多的适应性反应[12]。Lee等[13]究发现，原发性肝癌患者标本中mtDNA拷贝数降低者占60.5% ，尤其是D环区出现突变者（17/24）。Simonner等对肾脏肿瘤的研究中发现，mtDNA拷贝数的含量与肿瘤侵袭力呈正相关，相反肾脏肿瘤细胞中线粒体复合体V（ATP合成酶）的含量均下降[14]；而在学者在通过对比前列腺癌外周血后，则出现mtDNA拷贝数的增加[15]。根据著名的Warburg效应[16]推断，有氧糖酵解可能有助于肿瘤细胞的生长及侵袭能力，而mtDNA拷贝数出现适应性反应的增加，但对于出现mtDNA拷贝数降低的情况还无合适的解释，所以mtDNA拷贝数的变化与肿瘤也一定存在相关性，但具体呈正相关还是负相关尚无明确结果。所以，充分了解mtDNA在肿瘤细胞发展中的变化情况，将有助于肿瘤的早期发现及相关抗肿瘤药物的研制。

4.mtDNA与喉癌癌变的相关性：

如前文所述，线粒体的基因结构、拷贝数量改变与肿瘤进展有密切联系。因此，研究观察线粒体的基因结构、拷贝数量改变在喉癌组织中的变化，对于进一步阐明喉癌的发病机制及发展状况具有重要意义。

许多文献报道[17]线粒体基因突变与头颈肿瘤的关系。喉癌的病理类型中90%为鳞状细胞癌，而且是头颈部肿瘤中发病率较高的肿瘤之一。Sanchez-Cespedes[18]]研究后得出：头颈部鳞状细胞癌在D区发生突变者达40%以上，包括插入、缺失、点突变等。王磊等[19]采用PCR扩增、产物纯化和直接测序等技术，选取40例喉癌手术患者的肿瘤组织及肿瘤周围组织共计80例标本，将癌细胞线粒体DNA D区序列和癌周细胞序列进行对比。得出如下结论：喉癌组织mtDNA的突变率明显高于癌周组织，并推测mtDNA D-loop区突变率的检测可作为早期喉癌的诊断工具。mtDNA 4997bp缺失突变，是一种常见的缺失突变，并已得到相关证实[20]。韩月臣等[21]选取临床病理类型诊断为鳞状细胞癌的 喉癌组织标本30余例。提取喉癌组织总DNA，采用聚合酶链反应（PCR）技术，检测线粒體基因4997bp的缺失情况。结果显示：4997bp线粒体基因缺失突变占总数57.14%，其中高分化鳞癌总数中突变率为71.42%，中分化鳞癌突变率为62.5%，而低分化鳞癌中未检测出。统计学分析，高、中分化级别喉鳞状细胞癌4997bp的缺失突变率和低分化相比有明显差异（P<0.05），高、中分化之间无显著差异（P>0.05）。结论：喉鳞状细胞癌细胞中出现mtDNA4997bp缺失突变，并与肿瘤组织的分化水平先关。许红波等[22]：选用未进行任何治疗的32例不同TNM分期和不同分化水平的喉鳞状细胞癌组织标本及癌周组织标本，分别选取其总线粒体基因，予以荧光定量PCR扩增，分析、比较不同分期及不同分化水平的喉鳞状细胞癌线粒体DNA。得出结论为：I和II期及中、 低分化的喉鳞状细胞癌mtDNA拷贝数显著高于癌周组织，而III和IV及高分化期则无显著差异。线粒体DNA拷贝数与喉癌分化水平呈反比。Siwen Dang等[23]研究发现：在早期喉癌患者中mtDNA低拷贝数预后更差。分析不难发现和人体其他部位肿瘤一样，mtDNA改变与喉癌的相关性亦体现在mtDNA结构上的突变和拷贝数量上的突变。综上所述，mtDNA的改变对喉癌癌变发生、发展起着重要作用，在喉癌发展过程中存在线粒体DNA结构上或拷贝数量上的改变，所以，对线粒体DNA结构及拷贝数量改变的监测，对喉癌早期的诊治具有重要意义。

5.展望

线粒体在细胞能量供应、衰老、凋亡及肿瘤发生等病理生理过程中起重要作用，目前的研究已基本证实线粒体基因结构改变、拷贝数的变化参与了喉癌的癌变过程，但它们是否存在必然的关系，仍需进一步的研究加以证实。从各方面研究来看，mtDNA结构及拷贝数量改变与喉癌癌变有重要相关性，猜想，在喉癌癌变的进展中是否有线粒体分布的改变呢，有待相关研究证实。一旦证实线粒体基因改变或线粒体分布的改变与喉癌存在必然关系，基因诊断技术则可成为喉癌甚至其他肿瘤的早期诊断工具，而且还可以针对相应的线粒体基因改变、线粒体分布的改变，研发特异性的抗癌靶向药物。

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