DNA氧化损伤标志物8-羟基脱氧鸟苷与相关肿瘤关系的研究进展

杨柳春 王克义

人体中时刻都在发生着各种各样的生化反应，活性氧（reactive oxygen species,ROS）是各种基本生化反应的正常产物，ROS的产生是人体不可避免的过程。在所有需氧生物的正常生理条件下，内源性氧化剂与许多酶及非酶抗氧化防御之间保持着动态平衡。当平衡发生改变时，体内产生的ROS会对脂质、蛋白质及核酸造成氧化损伤，因此，DNA不断地被破坏和氧化修饰。外源性ROS也可发生DNA氧化损伤，如吸烟、紫外线辐射和电离辐射等。大量研究表明，DNA氧化损伤与衰老及其他相关疾病（如肿瘤、心血管疾病、糖尿病和帕金森病等）具有致病性联系[1-3]。目前常用的反映氧化损伤的指标包括脂质过氧化物、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽还原化物酶、过氧化氢酶、羟自由基、超氧阴离子自由基、一氧化氮及8-羟基脱氧鸟苷（8-hydroxy-2'-deoxyguanosine,8-OHdG或8-oxo-dG）等，相对于其他氧化产物，8-OHdG更能稳定地存在于体内，并且会被排泄到尿液中而不会进行进一步代谢，因此，目前多通过检测8-OHdG这一稳定的DNA氧化损伤代谢终产物来更好地评估其氧化损伤程度。本文就8-OHdG与相关肿瘤关系的研究进展作一综述。

1 8-OHdG的生物学性状

DNA双螺旋的碱基位于双螺旋内侧，磷酸与糖基在外侧，通过磷酸二酯键相连，形成核酸的骨架，它由腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤4种不同的碱基组成，由于核酸的鸟嘌呤碱基具有最低的氧化电位，因此该碱基极易被氧化[4]。8-OHdG是羟自由基、超氧阴离子等活性氧自由基攻击DNA分子中的鸟嘌呤碱基第8位碳原子，并与之结合生成的氧化性加合物，从而造成DNA链空间的结构变化[5]。在体内，8-OHdG会被8-羟基鸟嘌呤DNA糖苷酶等机体特异性DNA修复酶剪切清除，并经肾脏随尿液排泄。作为一种生物标志物，体内8-OHdG水平可以代表细胞的DNA氧化损伤修复能力，以及肿瘤内氧化性DNA的损伤程度[6-7]。当8-OHdG在体内过度累积，将进一步加重对DNA的氧化损伤或诱导癌基因的激活，进而导致肿瘤的发生、发展。研究表明，8-OHdG在人体内的蓄积，对肿瘤的发生、发展可能与以下机制有关：（1）8-OHdG在DNA复制的碱基配对过程中通过与腺嘌呤A错配而产生G:C→T:A的转化，这种突变修复特别慢，甚至不能修复；（2）8-OHdG在体内经外切酶切除造成碱基脱落，可致DNA双链断裂，DNA链的断裂可使核酸的完整性和构型受到破坏；（3）8-OHdG有可能导致某些癌基因的突变，如K-ras和TP53等，最终导致肿瘤形成[8-9]。

2 8-OHdG的检测样本及方法

8-OHdG检测的样本类型包括血液、尿液、脑脊液、唾液、白细胞和组织等，而白细胞和组织需要通过DNA提取和酶消化后，才能确定其8-OHdG水平，这些过程可能导致人为诱导氧化，使8-OHdG检测水平偏高。目前8-OHdG的检测方法主要有高效液相色谱-电化学法（high performance liquid chromatography with electrochemical detection,HPLC-ECD）、ELISA 法、放射性同位素32P后标记法、免疫组化分析（immunohistochemistry,IHC）、高效毛细管电泳法、高效液相色谱-串联质谱法（high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,HPLC-MS/MS）及气相色谱-质谱法等，其中前两种是现临床研究应用比较广泛的方法。

HPLC-ECD是将样品通过DNA酶水解后，通过高效液相色谱分离，再使用电化学法测定8-OHdG水平，是一种定量检测方法，具有高灵敏度、高选择性、快速且需样量少等特点，但其存在DNA不完全酶解、干扰物质同时被洗出等问题，可导致8-OHdG水平偏高。而ELISA是采用双抗体夹心酶标免疫分析法测定样本中8-OHdG水平，是一种半定量的检测方法，其灵敏度和特异度高，操作简便，重复性好，测定时间短且不需要预处理及昂贵的仪器，但试剂成本高，抗体间存在交叉反应，也可能造成检测值虚高。

3 8-OHdG与各类肿瘤的关系

3.1 8-OHdG与肝癌 DNA氧化损伤作为恶性肿瘤发生的一个重要特征已被广泛接受。当机体受到肝炎病毒感染、黄曲霉毒素B1摄入及氧化应激反应等影响时，肝细胞内产生的大量ROS破坏了其氧化损伤与抗氧化修饰之间的平衡，从而导致DNA氧化损伤的不断蓄积，最终导致癌变[10-11]。Mrdjanovic等[12]研究发现，食用被黄曲霉素污染的牛奶后，人体尿液中的8-OHdG水平会升高，食用量增加时，8-OHdG水平也随之明显上升。Lin等[13]通过实验研究证实，与对照组相比，在稳定产生HBV的HepG2.2.15细胞株的培养上清液中、在HBV感染小鼠和HBV或HBV X蛋白（hepatitis B virus X Protein,HBx）转基因小鼠的血清和肝脏组织中及在HBV感染患者的血清中，8-oxo-dG水平均明显升高；并且在肝细胞中，HBx的表达在mRNA和蛋白水平上均能明显提高8-oxo-dG水平，故认为HBV患者的高8-oxo-dG水平可能是连接HBV感染和肝癌发生之间的桥梁之一。而在欧盟国家，肝细胞癌（hepatocellular carcinoma,HCC）发生的主要危险因素则是丙型肝炎病毒（hepatitis C virus,HCV）感染[14]。氧化应激亦是HCV感染患者的普遍特征，而当HCV感染患者治愈后，其血清8-OHdG水平也同时明显下降[15]。Mahmoud等[16]也发现，HCV相关性HCC和慢性HCV感染患者尿8-OHdG水平亦明显升高，而且尿8-OHdG水平与肿瘤扩散密切相关。

3.2 8-OHdG与胃癌 肿瘤的发生、发展是一个漫长的过程，多种因素参与其中，如生理、化学、微生物感染、免疫抑制、遗传和社会心理等因素。而目前在胃癌发生、发展中的“正常胃黏膜-慢性浅表性胃炎-慢性萎缩性胃炎-肠上皮化生-异型增生-胃癌”这一进展模式被广泛接受。幽门螺旋杆菌（helicobacter pylori,Hp）感染是胃癌发生的主要危险因素之一。据报道，约有89%的非贲门胃癌的发生与Hp感染有关[17]。Hp能引起胃黏膜的慢性炎症，导致氧化应激，引起DNA氧化损伤。Chen等[18]通过对60例胃癌患者和70名健康人员尿液中8-OHdG的定量检测发现，相对于健康人员，胃癌患者尿液8-OHdG水平显著增加，提示8-OHdG可作为潜在的非侵入性生物标志物，可用于胃癌的辅助诊断。Yousaf等[19]发现，胃癌组织中8-OHdG水平较正常组织更高（P＜0.01），且8-OHdG水平与胃癌临床分期密切相关，随着肿瘤进展，8-OHdG水平亦明显升高。而Pour Khavari等[20]观察到，胃癌患者血清8-oxo-dG水平与肿瘤的分化程度及糖类抗原19-9显著相关，高分化的肿瘤患者，其血清8-oxo-dG水平更高（P=0.011）；并且化疗前8-oxo-dG水平较低且在治疗后升高的患者，其治疗效果可能更好。以上研究表明，8-OHdG作为DNA氧化损伤的主要标志物，可用于胃癌的辅助诊断及治疗监测。

3.3 8-OHdG与结直肠癌 肠黏膜发生氧化应激后会产生大量的ROS，这是促进结直肠癌（colorectal cancer,CRC）发生和发展的重要因素之一。大量的ROS蓄积会导致DNA损伤，从而使8-OHdG增多，而8-OHdG的增多会进一步加重DNA的氧化损伤并诱导癌基因的激活，最终促进CRC的发生和发展。因此，炎症性肠病（inflammatory bowel diseases,IBD）患者患CRC的风险会显著增加。IBD最常见的两种类型是溃疡性结肠炎（ulcerative colitis,UC）和克罗恩病，UC的特征在于炎症性复发和缓解事件时期，会伴随着细胞死亡和结肠黏膜的再生，这也是常见的癌前病变之一。另外，DNA糖基化酶1（DNA glycosylase 1,OGG1）作为一种碱基切除修复酶，它可以修复氧化应激所导致的DNA损伤。Kumagae等[9]对比了23例 UC相关肿瘤（A组）、16例不伴肿瘤的UC（B组）和17例正常结肠组织标本（C组）中的8-OHdG和OGG1的表达水平，结果发现，A、B组的8-OHdG和OGG1表达水平较C组显著升高，A组OGG1表达水平也较B组升高，这表明持续的氧化损伤应激可能在UC相关肿瘤的发病机制中发挥重要的作用。Pachetka等[21]认为，CRC 患者组织中的8-OHdG水平较正常组织黏膜升高，但两者性别、年龄和Duke分级比较差异均无统计学意义（均P＞0.05）。而毛玲娜等[22]采用HPLC-MS/MS测定了58例CRC患者及26名健康体检者的晨尿标本后发现，CRC患者尿液8-OHdG水平明显高于健康体检者，且不同病理分期患者尿液8-OHdG水平差异有统计学意义（P＜0.01）。另外，Kitagawa等[23]采用 ELISA法分析了CRC组织及正常组织DNA中8-OHdG表达水平，发现癌组织和正常组织DNA之间8-OHdG水平的比值与其淋巴结转移和淋巴管浸润均相关，且多因素分析显示，高8-OHdG比值与CRC预后不良具有独立的相关性。以上结果表明，8-OHdG水平在CRC中的表达与CRC的恶性生物学行为明显相关，而8-OHdG的蓄积会加速肿瘤的进程。

3.4 8-OHdG与胰腺癌 胰腺癌是一种恶性程度极高的肿瘤，糖尿病、吸烟及胆石症是目前公认的胰腺癌最常见的危险因素。2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus,T2DM）是最广为人知的内分泌系统疾病，其主要特征是由于胰岛素缺乏和（或）胰岛素抵抗引起的高血糖。而持续性高血糖可诱导氧化应激，并可能在T2DM的病理生理机制中发挥重要作用[24]。Abudawood等[25]通过检测100例T2DM患者及50名健康者血清8-OHdG水平发现，T2DM患者血清8-OHdG水平显著高于健康者（P＜0.01）。Mohamadkhani等[26]对比了55例胰腺癌患者和55名健康对照者外周血白细胞DNA中8-OHdG水平发现，相对于健康对照者，胰腺癌患者8-OHdG水平显著升高[208.8（138.0～340.8）比 121.8（57.7～194.8），P＜0.01]，表明外周血白细胞 DNA中8-OHdG可作为胰腺癌患者全身性DNA氧化损伤指标。此外，Inokuchi等[27]通过IHC，对92例胰腺导管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC）患者肿瘤组织中OGG1和8-OHdG表达水平进行了评分，而OGG1分为核亚型和线粒体亚型，结果显示，线粒体中OGG1低表达是PDAC预后的独立危险因素，且OGG1表达与8-OHdG表达呈负相关（P=0.0004），8-OHdG高表达会导致PDAC患者复发加快。但也有学者认为外源性8-OHdG可能抑制胰腺癌的转移[28]。

3.5 8-OHdG与其他肿瘤 近年来，DNA氧化损伤与其他类型肿瘤之间的关联性也被广泛关注，8-OHdG在其中扮演着十分重要的角色。在肺癌的发生、发展过程中，DNA氧化损伤所产生的主要产物8-OHdG也起着关键性的作用[29-30]。An等[31]报道，在83.3%的非小细胞肺癌肿瘤细胞核中发现有8-OHdG的表达，且其表达水平与肿瘤临床病理参数、总生存期和无吸烟史者密切相关。He等[32]通过追踪随访食管癌术后患者生存情况发现，其肿瘤组织中8-OHdG表达水平是食管癌预后的独立预测因子，8-OHdG水平高表达患者术后生存时间显著缩短，提示检测8-OHdG水平有助于识别肿瘤预后不良的高危患者。Niiro等[33]发现8-OHdG水平的上调可能与子宫内膜异位症恶性转化有关。而Tabur等[34]研究表明，甲状腺乳头状癌（papillary thyroid carcinoma,PTC）患者血清8-OHdG水平明显高于健康对照者（P＜0.01），且PTC术后血清8-OHdG水平显著降低（P＜0.01）。另外，血清中8-OHdG可以作为检测乳腺癌的一种潜在的无创生物标志物，Nour等[7]通过对比乳腺癌、良性乳腺肿瘤及健康女性血清8-OHdG水平发现，乳腺癌患者血清8-OHdG水平较后两者明显升高，且血清8-OHdG对乳腺癌有较高的诊断价值，其AUC=0.86,灵敏度为82%，而当临界值取21.4 μg/L时，特异度达80%。

4 小结

目前，肿瘤仍是威胁人类健康的一个重要因素，现有的肿瘤检查方法主要包括影像学检查、内镜检查及肿瘤标志物检测等，其中内镜检查属于侵入性检查，有一定手术风险，影像学检查费用昂贵，对人员的技术要求较高，同时存在假阳性、放射线危害等问题。现有的研究表明肿瘤中存在氧化应激，而8-OHdG能较准确反映体内DNA氧化损伤程度且检测较为方便，甚至可实现无创检测，可进一步提升对肿瘤的检测率，应用于肿瘤的辅助诊断、治疗监测及预后评估等方面。然而，目前在8-OHdG作为氧化应激水平或DNA氧化损伤指标的研究中，多数研究仍偏重于体外细胞实验和临床标本实验。8-OHdG更多潜在的生物学作用及在肿瘤中尚不完全明确的作用机制还需要更多的探索，因此，在具体应用时应审慎分析这些研究结果，同时进行长期随访来进一步确认8-OHdG与各类肿瘤的发生、发展及预后之间的相互关系，从而为肿瘤的精准和科学防控提供有力依据，并最终减轻患者和社会的疾病负担。