DNA损伤修复基因在恶性黑色素瘤发生发展中的作用研究进展*

朱公建，王晓敏，郭红云，朱小康，苏海翔，刘玉琴

730050 兰州，甘肃省医学科学研究院/甘肃省肿瘤医院 科教科(朱公建、苏海翔)，转化医学研究中心(郭红云)，胸外科(朱小康)，肿瘤流行病学研究中心(刘玉琴)；730060 兰州，兰州市西固区医院 医管科(王晓敏)

恶性黑色素瘤(malignant melanoma,MM)起源于神经嵴黑素细胞，在皮肤和黏膜均可发生，但黏膜MM仅占0.8%～3.7%，绝大多数为皮肤MM，MM也是皮肤癌中致死率最高的恶性肿瘤[1]。过去几十年里，MM在澳大利亚和新西兰的发病率都呈持续增长[2]。2019年MM发病率排在美国常见肿瘤第5位，当年新发病例96 480例[3]。我国MM发病率相对较低，但不断攀升的发病人数和死亡人数已经引起了广泛关注[4]。MM发生的危险因素包括皮肤类型、生长障碍性痣及多种常见黑痣等表型特征和儿童时期过度在日光下暴露等环境因素[5]。众所周知，DNA损伤修复分子在维持基因组的完整性、细胞功能的特异性和预防细胞癌变过程中发挥着重要作用。研究发现DNA暴露在紫外线(ultraviolet，UV)照射环境中损伤后的修复能力与MM发生风险具有显著相关性，而非常有趣的是5%～10%的MM患者有家族遗传史[6-7]。本文就目前研究较为明确的几种DNA损伤修复基因与MM发生发展的关系进行综述。

1 UV与DNA损伤

机体细胞中的DNA经常会因为内源或外源性诱变剂而发生损伤，如未及时修复可能导致细胞凋亡、细胞的无限增殖和癌症的发生[3]。UV导致的DNA损伤一直以来都被认为是皮肤癌发生的关键因素[6,8]。作用于人类皮肤的UV按光谱可分为UVA(400～320 nm)和UVB(320～280 nm)两种。DNA受到UVB照射后通过能量传递会形成环丁烷嘧啶二聚体(cyclobutane pyrimidine dimers，CPD)、6,4-嘧啶光化产物和其他一些较小的光化产物从而导致DNA损伤。与UVB相比，UVA除了也能产生CPD损伤外，还可直接穿透皮肤表面进入真皮层，通过其产生的活性氧(reactive oxygen species,ROS)间接引起DNA的氧化损伤。

2 DNA损伤修复与MM的发生发展

通常认为在MM中引起黑素细胞发生突变的主要原因并非UVA产生的ROS而是UVB诱导产生的CPD，不过最新的研究显示,当UVA产生的氧化应激发生时，黑素细胞的修复能力下降了。另外，研究还发现当黑素细胞在被UVA和UVB分别照射后，被UVB照射的细胞其受损伤的DNA修复得更快[9]。一种可能的解释是事实上细胞中的DNA修复蛋白和DNA一样，都是氧化产物的靶点。相比其他类型的细胞，黑色素的存在使黑素细胞中的DNA修复系统更容易受到UVA产生的ROS的攻击，从而使细胞修复能力下降，CPD的存活时间延长，细胞发生突变的风险升高[10]。氧化应激还在MM的进展中扮演重要角色，如可通过改变核苷酸切除修复(nucleotide excision repair，NER)通路蛋白的修复能力进而诱导MM的发生，通过激活同源磷酸酶—张力蛋白(phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN)通路或促进细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)通路影响MM细胞的生存状态，还可通过诱导细胞代谢发生改变而参与MM的转移过程等[11-13]。

3 DNA损伤修复通路

正常情况下，DNA损伤发生后会迅速被细胞防御机制所识别并产生几种阻止细胞进行错误复制的应答反应。在细胞水平，检查点会激活进而抑制细胞周期，通过转录上调来修补损伤或者发生细胞凋亡[1]。在DNA水平，多个DNA损伤修复分子通路会对受损的DNA进行及时修复，使细胞按计划复制，其中嘧啶二聚体、较大的加合物和交叉联接等DNA损伤由NER通路负责修复，而由光化产物和氧化损伤导致的DNA双链断裂由双链断裂修复(double-strand breaks repair,DSBR)通路进行修复。目前关于MM与DNA损伤修复基因的相关研究以NER和DSBR通路基因为主，因此本文着重对NER和DSBR通路基因与MM发生发展的关系进行阐述。

4 NER通路基因

4.1 XPC基因

XPC基因位于染色体3p25上，长度33.5 kb，包含16个外显子，可编码含940个氨基酸残基的XPC蛋白。该蛋白能与RAD23B蛋白结合，形成可识别DNA损伤部位的XPC-RAD23B复合物，并引导Ⅱ型转录修复因子复合物结合到DNA受损部位，从而激活下游修复蛋白完成对受损DNA的修复[14]。研究发现，UVB辐射能增加组蛋白脱乙酰酶4(HDAC4)的表达，而XPC是HDAC4的互作蛋白，提示它们对DNA损伤有协同修复作用[15]。Stout等[16]研究发现，敲除小鼠角化细胞XPC基因，可导致其损伤修复功能丧失，显著增高小鼠对UV的敏感性，且无法清除CPD等因UVB照射形成的光化产物，使MM等肿瘤的发生概率明显升高。Jiang等[17]的Meta分析研究共涉及对照组4 631例，病例组5 111例，结果显示XPC基因Lys939Gln位点多态性与MM发生的风险无显著关联，这与Jin等[18]的Meta分析结果基本一致，但后者进行种族亚组分析发现该位点多态性与白种人MM发生有显著相关性。这些研究结果提示，XPC基因Lys939Gln位点多态性与MM的发生风险是否具有相关性尚无一致结论,可能在不同的人种中有较大差异，还需要进行更大样本量人群的验证。

4.2 XPD基因

真核生物的NER是由通用转录因子IIH(transcription factor IIH,TFIIH)统筹安排的精密细胞生物学过程，XPD DNA解旋酶作为TFIIH的核心元件之一，广泛参与转录、DNA损伤修复、细胞循环调节和染色体隔离等过程[19-20]。XPD遗传缺陷能导致肿瘤的高易感性，其活性的个体差异也被认为是肿瘤发生的潜在危险因素之一[7]。将XPD克隆后与荧光蛋白重组转染MM A375细胞，发现XPD位于A375细胞内质网内并能抑制A375细胞的增殖代谢[21]。Kertat 等[22]对瑞典244名MM患者进行了XPD基因751号密码子易感性研究，结果显示其Gln/Gln基因型与男性MM的发生具有显著相关性,且在MM早期出现发热症状的频率较高，Millikan等[23]的研究进一步证实了XPD基因多态性在MM病因学中的重要作用,其中XPD312 Asn/Asn 基因型相比Asp/Asp 基因型以及XPD751 Gln/Gln 基因型相比Lys/Lys 基因型发生MM的风险均显著增高。但目前XPD基因多态性调控MM发生和影响预后的具体机制仍不明确，需要体外和体内实验进一步研究。

4.3 ERCC1 基因与XPF基因

DNA剪切修复基因ERCC1编码的蛋白可与DNA修复内切酶XPF形成一种结构特异性核酸内切修复酶复合二聚体XPF-ERCC1，在受损DNA的单链5’端进行剪切，从而对NER及其他通路网络中的有毒化合物、UV等导致的化学性和物理性损伤进行有效清除，并发挥限速和调节的作用[24]。动物实验研究发现，当机体缺乏XPF-ERCC1二聚体时，会通过自发的细胞毒性应激反应加速细胞的衰老，并通过泛素化MM细胞中ERCC1蛋白的不稳定二聚化结构域能显著改变细胞的修复能力[25]。病例对照研究显示，相比高加索人种或非裔美国人种的健康对照人群，ERCC1基因3个SNP(rs11615, rs3212950 and rs3212948)的变异单倍型组合在MM患者中出现的频率更高[26]。ERCC1蛋白在MM脑转移癌病理组织中的表达显著高于其原位癌患者[27]。药物实验显示顺铂通过调节促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)信号通路诱导DNA修复基因ERCC1的过表达，从而使MM对顺铂耐药[28]，而XPF蛋白水平能决定MM细胞对奥沙利铂化疗的敏感性[29]。ERCC1和XPF基因影响MM化疗敏感性的具体机制尚待进一步研究，深入探讨可能会有助于克服顺铂耐药等问题。

5 DSBR通路基因

5.1 PARP1基因

PARP1作为聚腺苷二磷酸核糖聚合酶家族成员，是定位于细胞核内的一种与应激条件下DNA修复密切相关的蛋白，它能作为传感器将DNA损伤信号传导至下游感受器，直接参与染色体稳定性、DNA修复及细胞凋亡等过程并在铂类药物导致的微血管内皮细胞修复过程中发挥着重要作用[30-32]。近期文献报道，PARP1的表达上调与MM较差的生存具有相关性[33]，Davies等[34]也发现PARP1基因rs2249844位点的遗传变异与MM的生存状态密切相关。Choi等[35]发现PARP1基因内含子区域rs144361550位点能通过调节小眼畸形相关转录因子(microphthalima associated transcription factor,MITF)介导黑素细胞的增殖。MM细胞实验发现PRAP1的抑制剂奥拉帕尼能调节长链非编码RNA的转录调控网络[36]。临床研究显示，奥拉帕尼与烷基化试剂三嗪咪唑胺联用后可激发合成致死效应来治疗合成酶4缺陷型MM[37]，而Abecassis 等[38]发现MM患者中，PARP1rs1805407的携带者对上述两种药物联用治疗效果更为敏感。近年来，随着分子病理的飞速发展，特异性遗传学改变在黑色素细胞病变的诊断和治疗过程中扮演着越来越重要的角色，而上述结果提示PARP1基因多态性可能成为将来实现MM个体化治疗的又一个重要理论基础。

5.2 BRCA1/2基因

BRCA1和BRCA2是能编码肿瘤抑制器蛋白的人类基因，最初研究发现女性BRCA1/2基因突变会增加患乳腺癌或卵巢癌的风险，后来发现男性在该基因发生突变后也会增加患乳腺癌的风险[39]。有研究认为BRCA1/2基因出现突变与MM的发生具有显著相关性[40- 41]，但也有研究认为BRCA1/2基因突变在MM发生过程中所发挥的作用有限[42-43]，这种争议在过去几十年一直存在，基于当前的文献要得到一个定论还为时尚早。由于BRCA1/2突变可导致DNA修复通路的缺陷，因此携带BRCA1/2基因致病性突变的肿瘤患者对作用于DNA的细胞毒性药物(如顺铂和卡铂)和同样能阻碍DNA修复的PARP抑制剂都更为敏感，但目前已经获得FDA批准的多个PARP抑制剂多用于晚期卵巢癌治疗，用于治疗MM的PARP抑制剂尚未见诸报道。值得注意的是，多个临床研究显示乳腺癌患者发生皮肤癌的风险很高[44]，而另一方面，家族性CDKN2A突变(MM的高风险基因)的携带者发生乳腺癌的风险也很高[45]，这些证据提示在乳腺癌和MM之间可能存在着共同的易感基因，但共同的易感基因是否为BRCA1/2，仍然不能确定，这需要大样本、多中心的前瞻性研究进一步验证。

6 结 语

DNA损伤修复基因在MM的发生发展中扮演着重要角色。通过大样本人群的流行病学调查，研究DNA损伤修复基因与MM相关的癌基因、抑癌基因之间的关系，将进一步阐释MM高易感性的分子生物学机理。对MM中DNA损伤修复基因的多态性进行研究有助于发现易感人群，进行早期预防，并为基因药物开发提供靶点。但目前我们还有很多问题仍未解决，如大量DNA损伤修复调控机制尚不明确，UV导致DNA损伤与MM发生相关的精确机理仍不十分清晰，多个DNA损伤修复基因的多态性与MM关系尚未涉足或无统一结论，发现的基因药物靶点还很有限，真正意义上的个体化治疗还没有实现等，这些问题还需要更深入的研究解决。

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