基因错配修复系统作用机制及其与常见恶性肿瘤的关系

马 赛 综述 黎 功 审校

基因错配修复系统作用机制及其与常见恶性肿瘤的关系

马 赛 综述 黎 功 审校

错配修复基因；微卫星不稳定；肿瘤

肿瘤的发生主要由基因因素与环境因素相互作用所致。基因错配修复(mismatch repair，MMR)系统与肿瘤的关系日益受到人们重视。MMR系统是人体正常细胞中的安全保障系统，负责对DNA 复制过程中出现的碱基错配进行修复，错配修复基因的突变或者功能缺陷将导致错配的碱基不能被及时有效地纠正，基因突变累积，引起微卫星不稳定(microsatellite instability，MSI)，并最终导致肿瘤发生。目前已有报道在多种肿瘤如结直肠癌、肝癌、肺癌、胰腺癌、食管癌、淋巴瘤、前列腺癌、宫颈癌、儿童胚胎性肿瘤等中发现存在MSI。笔者就MMR系统作用机制及其与常见肿瘤的关系作一综述。

1 MMR系统作用机制

1.1 MMR系统 MMR系统最早在原核细胞中被发现，随后在真核细胞中也被发现。1993年，Peltomaki等[1]在遗传性非息肉样结直肠癌(hereditary non-polyposis colorectal cancer,HNPCC)中首次发现MSI现象。1994年，Bronner等在研究人类HNPCC的过程中分离出MMR基因[2]。人类MMR系统能特异性地识别、双向切除和修复 DNA 复制过程中由突变、复制错误等引起的碱基错配，从而维持基因稳定性，保证 DNA 复制高度保真性的功能。人类MMR系统包括hMutS和hMutL两大家族，其中hMutS包括hMSH2、hMSH3、hMSH4、hMSH5和hMSH6。hMutL包括hMLH1、hMLH3、hPMS1和hPMS2。在错配修复时，两组同源基因指导合成的蛋白通过形成不同的二聚体行使其功能。其中以hMSH2和hMLH1最为重要。hMSH2蛋白分别与hMSH6、hMSH3结合成二聚体hMutSα、hMutSβ。hMLH1蛋白分别与hPMS2、hPMS1、hMLH3组成二聚体hMutLα、hMutLβ、hMutLγ。hMutS起识别错配碱基的功能，在整个修复体系中起精确定位作用，hMutL起水解错配区域的作用，其水解活性不具有特异性，与hMutS的结合后才具有定位特性。在错配修复过程中，hMutSα与hMutSβ首先识别错配碱基并且与异常DNA结合，然后再与hMutL结合，激活ATP酶，水解错配的碱基，同时激活核酸内切酶，切除并修复错配的碱基。hMutSα和hMutLα是错配修复机制中的关键蛋白，其他成员起补充作用[3]。

1.2 MSI MSI是存在于真核细胞基因组中的重复简单串联DNA序列，以 2～3 个核苷酸多见，具有高度多态性。MS序列位于基因编码区和非编码区，如启动子、外显子和内含子等区域，MS通过与特异性蛋白结合或改变 DNA 结构而发挥基因调控作用。MS在基因任何位点都有稳定的重复长度是其发挥功能的前提，同时重复区域也是复制过程中较易出错的地方。当错配修复基因突变导致MMR系统功能异常时，这些MS重复区域出现的复制错误得不到纠正，导致复制错误不断累积，使MS的重复序列长度或碱基组成发生改变，称为MSI。很多重要的生长调节相关基因如Ⅱ型TGF-β、IGF2R、PTEN、BAX等的编码区或启动子区含有微卫星，错配修复异常导致的MSI可引起这些基因在复制过程中发生移码突变或错义突变，这种复制错误不断累积，引起癌基因激活，抑癌基因失活，最终导致肿瘤的发生[4]。

1.3 MSI临床检测及判读 以结直肠癌为例，目前检测方法常为免疫组化(IHC)和聚合酶链反应(PCR)[5]。IHC一般使用MLH1、MSH2 、PMS2和MSH6的抗体套餐来检测 MSI现象。若四种标记物在肿瘤中均呈阳性表达，则表示该疾病为微卫星稳定性病例，如果有1个标记物表达缺失或表达<25%(考虑为阴性)，提示错配修复基因有缺陷，则需进一步做PCR检测。在PCR 检测中，目前仍采用1997 年美国国立癌症协会(NCI)推荐的[6]对 BAT25、BAT26、D5S346、D2S123和D17S250五个位点进行检测。检测微卫星位点均未见异常，定义为微卫星稳定(MSS)；有一个标志物或<40% 的标志物显示异常，则被定为低水平微卫星不稳定性 (MSI-L)；当≥40%的测试标志物异常时，则被定为高水平微卫星不稳定性(MSI-H)。MSI是MMR缺陷的一种分子表型，可通过 MMR 蛋白表达情况检测MMR缺陷[7]。文献[8]报道错配修复蛋白IHC检测与PCR检测结果的符合率非常高，达97.8%。IHC是检测MMR缺陷的一种有效初筛方法，因IHC检测方法简便快速、实惠而广泛应用于临床，也可应用于大规模的人群筛查。

2 MMR系统与常见恶性肿瘤的关系

2.1 结直肠癌 是人类最常见的恶性肿瘤之一，其发病率与死亡率均占恶性肿瘤新增病例的第三位[9]。检测结直肠癌患者MSI情况主要用于判断预后、指导治疗及筛查Lynch综合征(HNPCC)。约15%结直肠癌由MMR缺陷所致，其中3%～5%为家族遗传性(Lynch综合征)，10%～12%为散发性[10]。有研究表明，MSI-H结肠癌较MSS结肠癌，好发于右半结肠、多原发癌、倾向于低分化及黏液腺癌，MSI结直肠癌组织中大量淋巴细胞浸润并且伴有程序性死亡受体1(programmed death 1，PD-1)和细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4)免疫监测点分子表达上调[11]。MMR状态与结肠癌预后有关，MSI是结肠癌预后较好的生物指标，MSI的患者不能从术后氟尿嘧啶辅助治疗中获益而对伊立替康的治疗更为敏感。而MSS患者能从术后氟尿嘧啶辅助治疗中获益[12]。2015年Le等[13]在新英格兰医学杂志发表的一项研究中发现，对MMR缺陷结直肠癌患者给予PD-1单抗治疗，其免疫相关客观有效率和免疫相关无进展生存率均高于MMR正常患者(ORR 40%∶0% ，PFS 78%∶11% )。在 MMR缺陷的其他恶性肿瘤患者中也得到类似结果。因此MMR状态可能作为预测 PD-1单抗疗效的重要指标之一。2016版NCCN指南推荐所有mCRC患者均进行MMR/MSI检测[14]。

2.2 肝癌 是我国常见恶性肿瘤且恶性程度高，错配修复基因的研究已成为当下热点，韩国有研究发现在肝癌存在错配修复基因启动子区CpG岛甲基化，导致hMLH1等基因发生表观遗传学沉默，从而hMLHl等在肝癌组织中低表达[15]。提示错配修复基因hMLHl功能缺陷可能在肝癌的发生、发展过程中起重要作用。Chiappini等[16]发现，在不嗜酒且没有乙肝及丙肝病毒感染的肝癌患者中，MSI-H的患者较MSS患者肿瘤恶性程度高，中位复发时间短，预后不良。但有学者提出肝细胞癌中存在杂合缺失(loss of heterozygosity，LOH)，即同一个体的正常细胞DNA中两个等位基因中的一个等位基因丢失的现象[17]。MSI在肝癌相对少见，与MSI相比，LOH在肝癌的发生中发挥着越来越重要的作用，并可能与肝癌的临床病理有关。

2.3 胰腺癌 因起病隐匿，恶性程度高，预后差，生存率低，有“癌症之王”之称。约60%的胰腺癌患者在确诊时已有远处转移，无根治性手术机会，中位生存期6～9个月；约15%能够手术切除，中位生存期15个月，5年生存率约5%[18, 19]。因此，研究胰腺癌基因层面的病因至关重要。赵作伟等[20]发现，胰腺癌组织中也存在MSI现象，35例胰腺癌中有7例MSI-H,14例MSI-L,1例MSS,正常组织中没有出现微卫星不稳定, 总的MSI检出率为60%。其发生机制与肝癌类似，是由错配修复基因hMLH1启动子CpG岛甲基化导致hMLH1失活，从而促进胰腺癌的发生。错配修复基因hMLH1、hMSH2在胰腺癌的表达均低于正常组织，且与年龄、性别、肿瘤大小无关。hMLH1、hMSH2低表达的胰腺癌患者术后2年生存率低于hMLH1、hMSH2正常表达的胰腺癌患者(24%∶43%，13%∶48%)，提示MSI胰腺癌预后差。Soares等[21]的研究支持用PD-1抑制药联合T细胞诱导药治疗一线导管腺癌。但免疫治疗对存在MSI现象的胰腺癌疗效是否更好尚有待进一步研究。

2.4 肺癌 是发病率最高的恶性肿瘤，也是癌症死因之首。肺癌细胞中同样存在MMR系统缺陷，国外的几项研究中均显示肺癌细胞中MMR蛋白的表达有不同程度的减少，其中以hMLH1、hMSH2为代表，且hMSH2的表达与患者吸烟程度有关[22, 23]。MSI在年龄≤60岁的非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)患者中检出率较高，与性别、肿瘤大小、组织类型、有无淋巴结转移和远处转移无关，年轻NSCLC患者更易出现MSI，但也有研究指出MSI可能与不良预后相关。此外MSI的NSCLC患者组织内淋巴细胞的浸润数量明显高于MSS的NSCLC患者。而肿瘤组织内浸润淋巴细胞数量和活性高与PD-1拮抗药治疗效果呈正相关[24]。MMR缺陷通过引起的MSI而影响NSCLC患者的免疫微环境，因此，检测NSCLC患者MSI可作为患者免疫治疗疗效预测指标[25]。

2.5 前列腺癌 是美国男性最常见恶性肿瘤，近年来我国前列腺癌发病率也呈上升趋势。错配修复基因在前列腺癌也有研究。hPMS2、hMSH6在前列腺癌表达较正常组织升高，可能是导致MSI的原因，hPMS2可能与肿瘤恶性程度及预后有关[26, 27]。也有研究指出，12%的晚期前列腺癌有超突变，所有的超突变癌都有错配修复基因突变及MSI，这种突变是频繁复杂的hMSH2或者hMSH6结构重排，而不是MLH1的表观遗传沉默[28]。另一项研究也指出，hMSH2突变是引起前列腺癌MMR缺陷及MSI的关键因素，且MSI的前列腺癌组织中发现了较多的肿瘤浸润淋巴细胞；MSH2突变携带者是MMR基因突变携带者可发展为MMR缺陷的前列腺癌中的风险最高的；前列腺癌MMR的IHC检查将有助于确定MMR基因突变携带者[29]。Lynch综合征患者前列腺癌风险较高，应该在诊断Lynch综合征时考虑是否存在前列腺癌[30]。前列腺癌组织中存在MSI，但前列腺癌MSI具体是由哪种错配修复蛋白异常所致情况报道不一[31, 32]。

2.6 宫颈癌 是最常见的妇科恶性肿瘤。近年来，错配修复基因与MSI在宫颈癌方面也有研究。Wong等[33]发现，正常宫颈组织和宫颈低级别上皮内瘤变中没有MSI现象，高级别上皮内瘤变中有MSI-L现象，宫颈鳞癌中有MSI-H现象，MSI阳性与患者的年龄、疾病分期、肿瘤分级无关，MSI阳性患者的总生存率明显低于MSS患者。MSI-H与高的疾病阶段相关，但并不能断定MSI-H与不良预后相关。苏燕燕等[34]发现，宫颈癌MSI现象与HPV16感染率呈正相关，并指出可能是由于HPV16的感染导致了宫颈癌MSI现象，进而促使宫颈癌的发生。梁楠、宋春丽等[35, 36]研究结果与此类似。同时，发现宫颈癌组织中，hMLH1与hMSH2的表达呈正相关，hMSH2与hMSH6的表达也呈正相关，而hMLH1与hMSH6的表达无明显相关性。Nijhuis 等[37]认为，错配修复基因与一些肿瘤的预后良好和转移有关，如32%的宫颈癌中hMSH2出现表达缺失，表达缺失是早期宫颈癌的危险因素，但与宫颈癌复发及存活率没有明显关系；43%的宫颈癌hMLH1出现杂合性缺失，使hMLH1 蛋白的表达减少，但基因仍有活性。MSI与宫颈癌预后及能否指导宫颈癌的治疗仍需进一步研究。

3 展 望

MMR缺陷导致的MSI已经被公认为是恶性肿瘤形成的一个新机制，近年来关于MSI在肿瘤方面的研究也越来越多，研究范围涉及消化系统肿瘤、呼吸系统肿瘤、泌尿系统肿瘤、生殖系统肿瘤、血液系统肿瘤、神经系统肿瘤，其中MSI在结直肠癌和肺癌的研究较多。多数肿瘤发生MSI现象是由错配修复基因启动子区CpG岛甲基化，产生错配修复基因缺陷所致。结直肠癌和肺癌的研究还显示发生MSI的肿瘤组织中大量淋巴细胞浸润并且PD-1和CTLA-4免疫监测点分子表达上调，这一现象在理论上提示给予此类患者PD-1/PD-L抗体或CTLA-4抗体免疫靶向治疗疗效较好。肝癌、胰腺癌在MSI指导免疫靶向治疗方面尚需进一步研究。MSI在泌尿系肿瘤、妇科肿瘤中的研究尚处于初级阶段。有报道显示淋巴瘤、脑胶质瘤、黑色素瘤中存在MMR缺陷，但与疾病发生机制、预后的关系尚不明确。错配修复基因与MSI的的研究已有初步成果，一些相关检测项目已经应用于临床，并成为某些疾病筛查、诊断、指导用药、判断预后的良好指标。关于错配修复基因与MSI的具体功能及详细机制仍在进一步研究中，相信未来错配修复基因与MSI的检测将为临床肿瘤诊断与治疗提供更多的思路与更广阔的前景，使更多癌种的免疫靶向治疗与基因治疗成为可能，进而提高肿瘤患者的生活质量。

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(2016-09-10收稿 2016-10-18修回)

(责任编辑 武建虎)

马 赛，硕士研究生。

100039 北京，武警总医院肿瘤二科

黎 功，E-mail:dr_gongli@163.com

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