同源重组修复基因在卵巢癌中的研究进展

胡丹，杨永秀，王欣，李永霞

癌症是一种涉及一系列遗传、表观遗传和表型变化的复杂疾病。其特点是基因结构或功能异常，驱动正常细胞向肿瘤细胞的进行性转换[1]。卵巢癌是发达国家妇女癌症死亡的第4大最常见原因，每年在全球范围内夺走超过15万人的生命[2]。尽管手术[3]和放化疗[4]对卵巢癌患者的症状及预后有所改善，但大多数患者仍复发并最终死于该疾病。据有关资料证实，约有10%的卵巢癌患者有遗传风险[5]。首个被大家所认知的易感基因是乳腺癌易感基因1（BRCA1）和BRCA2，其与卵巢癌的终生外显率分别在22%～65%和10%～35%之间[6]。除此之外，其他同源重组修复通路相关蛋白在卵巢癌发病机制中亦起到同样重要的作用。由于对卵巢癌患病因素的局限性认知，如果只检测BRCA1/2基因，那么在其他已知危险基因存在有害变异的患者中，将有超过5%的患者会漏诊。随着全基因组相关性研究的开展，发现了更多与卵巢癌密切相关的同源重组修复通路因子，其功能及意义有待进一步研究证实。现结合最新研究进展，对参与同源重组修复通路与卵巢癌关联密切的几种重要基因突变与卵巢癌的关系进行初步探讨，为卵巢癌的筛查、治疗和预防奠定临床基础。

1 同源重组修复通路的概念及修复机制

同源重组修复通路是一种有较高保真度的修复途径，是发生在有同源序列的DNA之间的重组方式。同源重组修复功能缺陷会增加正常细胞癌变的可能，同时影响肿瘤细胞对放疗及基因药物治疗的敏感性[2]。故其对保持细胞基因组的完整性十分重要。在同源重组修复的初始阶段，共济失调-毛细血管扩张突变基因（ataxia telangiectasia mutated gene，ATM）和ATM-Rad3相关基因（ATM and Rad3 related gene，ATR）首先识别双链DNA的断裂，这两种激酶使下游靶点磷酸化，包括细胞周期检测点激酶（CHEK2）、P53、BRCA1和组蛋白 H2A（histone H2A，H2AX）。BRCA1在BRCA1相关的环指结构域蛋白1（BRCA1 associated ring domain 1，BARD1） 和 BRCA1 相互作用蛋白1（BRIP1）的辅助下，作为一个支架将剩余的蛋白集合到修复位点。然后MRN复合物（由MRE11、RAD50和NBS1组成）对DNA进行切割，形成3个由RPA结合而成的悬臂结构。BRCA2在其定位和伴随蛋白（partner and localizer of BRCA2，PALB2）的辅助下被招募，并在RAD51B、RAD51C和RAD51D的辅助下将RAD51重组酶（RAD51 recombinase，RAD51）负载到RPA包覆的DNA上。随后RAD51核蛋白丝侵入同源DNA链，利用姊妹染色单体作为模板进行剩余DNA的修复[7]。

2 同源重组修复通路相关基因基本概况

德国科隆大学（University of Cologne）遗传性乳腺癌和卵巢癌中心（Center of Genetic Breast and Ovarian Cancer）进行了生殖系统检测，检测包括25个已建立和候选的与卵巢癌和（或）乳腺癌或罕见癌症易感综合征相关的风险基因（ATM、BARD1、BRCA1、BRCA2、BRIP1、BUB1B、CDH1、CHEK1、CHEK2、FAM175A、FANCM、MLH1、MSH2、MSH6、MRE11A、NBN、PMS2、PTEN、PALB2、RAD50、RAD51C、RAD51D、STK11、TP53、XRCC2）。将分析的基因划分为3类：①BRCA1/BRCA2为A组；②16个危险基因为 B 组，包括 MLH1、MSH2、MSH6、PMS2、CDH1、PTEN、STK11、TP53、ATM、BRCA1、BRCA2、CHEK2、NBN、PALB2、RAD51C 和 RAD51D；③所有基因（25个基因）为C组。结果显示在整个样本中，BRCA1突变体中有害种系突变体最多（81例，15.5%），其次是BRCA2（29 例，5.5%）、RAD51C（13 例，2.5%）和 PALB2（6例，1.1%）。所有其他基因分析的有害变异在每个患者中被发现的比例均低于1%[8]。

2.1 BRCA家族 BRCA1和BRCA2是双链DNA断裂同源重组修复过程中的关键蛋白。在同源重组修复通路起始阶段发挥着重要作用。BRCA1位于染色体17q21上，总长度83 kb，22个外显子，编码内含1 863个氨基酸的蛋白产物。BRCA1是由羧基端的BRCT结构域和氨基端的环状结构域串连而成。环状结构域是许多E3泛素连接酶中发现的一个基序，被认为是介导蛋白质泛素化的重要结构。BRCA1可能通过不同的泛素种类调节和结合不同的底物，从而控制蛋白质降解、亚细胞定位及其活性。BRCT结构域是一个与磷酸化蛋白结合的基序，它存在于许多对DNA损伤作出反应的蛋白质中，被认为是蛋白质调节多种细胞过程的重要组成部分，这些细胞过程赋予了其抑制肿瘤的活性。BRCA2位于染色体13q12～13，26个外显子，编码内含3 418个氨基酸的蛋白产物，其氨基端与PALB2-WD40结合，以BRC的重复序列和羧基端的Cter为通路，与RAD51结合，从而使RAD51可以结合经切除修饰后的单链DNA（ssDNA），共同参与重组修复。既往研究表明在卵巢癌患者中，BRCA1/2基因突变的患者占10%～15%。我国有研究结果显示，BRCA胚系基因突变率为28.5%，其中BRCA1突变率为20.8%，BRCA2突变率为7.6%[9]。

2.2 RAD51家族 RAD51是同源重组修复通路的关键蛋白。RAD51位于染色体15q15，在BRCA2等因子的募集和负载下与经切除修饰的DNA损伤部位相结合，共同参与DNA的修复过程。RAD51的活性依赖于RAD51旁系同源基因家族（RAD51B、RAD51C、RAD51D、XRCC2、XRCC3）[10]。Golmard 等[11]研究评估了5个RAD51旁系同源基因家族中种系有害变异在乳腺癌和卵巢癌患者中的表达程度，这些基因变异的总检出率为1.13%，在乳腺癌和卵巢癌患者中的检出率分别为0.73%和2.63%。最近有一项研究建议对RAD51C和RAD51D有害变异携带者进行绝经前预防性卵巢切除术，因为在其研究人群中有18%卵巢癌患者的确诊年龄是在50岁之前[12]，该理论还需要大量研究数据来证实。RAD51在多种肿瘤中过表达，包括卵巢癌[13]、宫颈癌[14]、非小细胞肺癌[15]、乳腺癌[16]、胰腺癌[17]、黑色素瘤和胶质母细胞瘤[18]。RAD51的过表达可导致不适当的超重组，即导致基因组不稳定和遗传多样性，可能导致正常细胞向肿瘤转化或进一步促进肿瘤的进展和转移[19]。据报道曾在范可尼贫血（Fanconi anemia，FA）患者中发现了RAD51C和XRCC2的双等位种系有害变异[20]。Chen等[21]研究发现下调RAD51蛋白可以使宫颈癌细胞对化疗和放疗敏感，这表明肿瘤细胞中RAD51蛋白水平的提高与DNA修复能力和重组率的提高以及对放疗和化疗的耐药性增加有关。

2.3 BRIP1 其位于染色体17q22，由19个内含子和20个外显子组成，编码BRCA1相关的羧基端解旋酶1。既往研究表明，BRIP1突变不仅对乳腺癌有影响，对其他多种癌症也有影响，包括宫颈癌[22]、卵巢癌[23]和前列腺癌[24]。BRIP1基因多态性通过改变其自然功能来影响癌症易感性。在BRIP1中已经发现了许多单核苷酸多态性（single-nucleotide polymorphisms，SNPs）。SNPs可能改变基因的表达、加工和转录，从而促进癌症的发展。Liu等[25]研究了BRIP1 常见多态性（rs2048718、rs4988344、rs4986764、rs6504074）与癌症风险之间的总体相关性。分析显示，在总体人群中，rs2048718和rs4986764与较低的癌症风险相关。根据民族分层分析，BRIP1的rs2048718、rs4988344、rs4986764、rs6504074 多态性与中国人群的癌症易感性密切相关。rs6504074与妇科肿瘤有显著相关性。这些可能使BRIP1的SNPs（rs2048718、rs4988344、rs4986764、rs6504074） 成为一种潜在的癌症筛查工具，提高早期癌症诊断水平。

2.4 PALB2 其由位于16号染色体短臂上的13个外显子组成，编码内含1 186个氨基酸残基的蛋白产物[26]。包括2个DNA结合区域：负责与中心部分的核小体结构结合的保守基序和羧基端区域的WD40结构域。它们通过与D-loop和ssDNA结构结合，激活FA和同源重组通路中的DNA损伤修复功能[27]。PALB2作为BRCA1和BRCA2的连接基因，在DNA损伤修复中起中枢作用，传递DNA修复信号。因此，这些蛋白结构域的完整性对于维持PALB2肿瘤抑制功能至关重要。有研究指出在诊断为卵巢癌、输卵管癌和腹膜癌的女性患者中，有0.2%～0.6%的患者存在PALB2生殖系截断突变[28]。PALB2已成为一种相关的癌症易感基因，对PALB2变异的评估可为癌症高危患者的遗传咨询提供信息。最近的研究结果指出，在卵巢癌患者中识别PALB2变异也可能有利于临床预后和治疗的管理。

2.5 ATM 其位于11q22～23号染色体上，分子质量为350 ku，编码含有3 056个氨基酸残基的蛋白产物[29]。ATM蛋白在维持基因组稳定性所必需的细胞DNA损伤反应中起着核心作用。当DNA损伤时，ATM直接磷酸化TP53、BRCA1等蛋白，参与DNA双链断裂反应。ATM缺陷具有较高的乳腺癌等恶性肿瘤易感性，已被证明是一种中度乳腺癌易感基因[30]。

3 同源重组修复基因检测在临床上的应用

3.1 卵巢癌与BRCA1/2基因检测 目前发现约有10%的卵巢癌患者有遗传风险[5]。遗传性乳腺癌-卵巢癌（HBOC）综合征和Lynch综合征是两种最常见的遗传性卵巢癌综合征。由于BRCA基因突变与HBOC综合征关系密切，该基因的突变检测有助于高危人群的早期筛查、早期诊断和早期预防。卵巢癌BRCA1/2基因检测不同于其他癌症相关的基因检测，因为在已确诊的卵巢癌BRCA1/2基因突变中有80%～85%的病例属于种系突变，而其余的15%～20%可能属于体细胞突变[31]。传统医学观念认为BRCA基因检测主要是在有家族史的人群中进行，因此很可能会漏诊许多卵巢癌BRCA1/2携带者。近年来更新的指南已将基因检测的范围扩展到了家族史外。2011年欧洲肿瘤医学会制定的BRCA检测指南建议根据家族病史和预估的突变风险进行检测[32]。2015年美国国家综合癌症网络（NCCN）更新的国际指导方针建议对所有侵袭性卵巢癌患者进行BRCA基因检测[33]。综合所有最新指南后建议，所有侵袭性上皮性卵巢癌（不包括交界性和黏液性卵巢癌）、输卵管癌和腹膜癌患者，不论年龄均应考虑进行BRCA基因检测。

随着基因检测在全世界范围内的推广，基因咨询已成为一项检测前的必经环节。以往这种咨询是由专业遗传癌症中心的遗传学家或遗传顾问提供的。如果检测到突变，应向患者及其家属提供生殖系统的检测，排除体细胞突变的可能性。当发现为遗传性卵巢癌时，患者的亲属可以有选择性地进行预防，主要以预防性手术为主。然而，由于对BRCA检测服务需求的日益增加，相关医疗中心也开发了基因咨询的新模式。据调查，电话咨询在知识信息、感知压力和患者满意度方面并不逊于当面咨询[34]。

3.2 卵巢癌的精准治疗 目前美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于上皮性卵巢癌靶向治疗的药物主要分为两种：抗血管内皮因子及多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）抑制剂（奥拉帕尼）。PARP抑制剂主要通过合成致死反应（当两个非致死过程结合起来导致细胞死亡）来消灭癌细胞。在一项随机试验中，265例铂敏感性复发性卵巢癌、输卵管癌或原发性腹膜癌（高级别）患者接受了奥拉帕尼维持治疗，结果显示中位无进展生存期（PFS）有所改善，这种改善在BRCA1/2突变的患者中更为明显（HR=0.18）[35]。此外，Baquero 等[36]曾提出参与碱基切除修复通路的DNA糖基化酶基因中的SNPs可以改变BRCA1和BRCA2突变携带者的乳腺癌和卵巢癌风险。其中uracil-DNA糖基化酶基因（UNG）中的SNPs rs34259可能降低BRCA2突变携带者患卵巢癌的风险，具体的反应机制尚待更多研究证实。

3.3 开展多基因检测的必要性 多基因检测是指不仅仅检测与某种遗传性癌症有关的特异性基因表型，同时还需要检测单基因检测时无法发现的突变基因的表型。对于有家族史的肿瘤患者或者肿瘤遗传倾向的患者，仅进行单基因的检测，不论结果是阴性还是阳性，对于家族的遗传特征而言，均无法进行解释，因此，进行多基因检测是十分必要的。有研究对300例BRCA1和BRCA2单基因检测结果为阴性的个体再次进行多基因检测，结果显示，BRCA1/2重排者占12%，CHEK2发生突变者占5%，TP53发生突变者占1%。因此，单基因无法进行解释的遗传性癌症综合征发生时，进行多基因检测是寻找疾病发生原因的有效手段[37]。

4 结语

随着全世界对卵巢癌遗传发病机制的不断探究，更多的与卵巢癌密切相关的同源重组修复通路因子像BRCA1/2一样已被挖掘出来，有研究认为其他参与同源重组修复通路的基因的丢失可能也会导致PARP抑制剂致死反应[28]，但还需要大量的数据证实。除此之外，为了使卵巢癌患者在疾病早期就能被确诊，还需要将基因检测的优势发挥到极致，通过大力宣传提高公众对基因检测的认知度，从而完善高风险人群风险管理系统并对其进行远期随诊，建立规范的遗传咨询专家团队，形成中国人群自己的数据库，推动精准筛查和精准治疗的发展。