ERCC在骨肉瘤发病机制作用与顺铂耐药性△

韩超哲，赵 莹，段 劭，李 超*

（1.哈尔滨医科大学附属第二医院骨外科，黑龙江哈尔滨 150081；2.哈尔滨医科大学附属肿瘤医院，黑龙江哈尔滨 150081）

骨肉瘤是一种青少年常见的原发性恶性骨肿瘤，是癌症相关死亡的重要原因［1］。其第一次发病高峰主要出现在快速生长的青春期，第二次发病高峰主要出现在70～85岁［2］。虽然骨肉瘤的发病率较低，仅为1.7～4.4人/百万，但因具有强大的侵袭和转移能力，易导致残疾与死亡，给患者造成了巨大的心理和经济负担［3］。通常采用手术联合化疗的方式治疗骨肉瘤，尽管在化疗和手术治疗方面取得了巨大的进展，但报告显示骨肉瘤的预后通常较差，尤其是对于复发或转移的患者，5年生存率低于30%［1，4］。生存率低下与预后不良主要原因是对顺铂耐药，而机体对顺铂的耐药性主要取决于DNA修复能力，其中核苷酸切除修复（nucleotide excision repair,NER）是修复DNA损伤的主要机制之一，受损的碱基通过这种机制被从基因组中移除，其中NER途径的关键组成部分，即切除修复交叉互补（excision repair cross complementing,ERCC）基因，被认为是DNA修复能力的关键因素［5］。遗传因素可以解释DNA修复能力的差异，单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms,SNPs）作为最普遍的遗传变异形式之一，在预测个体患癌风险中起关键作用，并广泛用于研究肿瘤的发生率和预后评估［6］。ERCC基因家族对遗传稳定性至关重要，并且SNPs已经被发现与骨肉瘤的发病与预后评估相关［7］。本文将对ERCC基因导致骨肉瘤的发病与耐药等方面进行综述。

1 ERCC基因与DNA修复

机体的DNA修复系统在保护遗传稳定性中扮演重要角色，DNA修复通路被精细调节以保持基因组完整性以应对DNA损伤，与癌症风险和易感性有关［7］。同时，DNA修复机制可以使肿瘤细胞在化疗诱导的DNA损伤中存活，从而发生癌症化疗的耐药性。在这些DNA修复通路中，NER可以在DNA的活性转录区通过亚通路转录偶联NER或在非转录区通过亚通路全基因组NER来识别DNA损伤并清除受损的核苷酸［4，8］。它是一种由ERCC基因参与的复杂的多步骤的DNA修复过程，NER的基本步骤包括：损伤识别、展开折叠和动态校对（ERCC2和ERCC3）、切开DNA链与清除双切口间的寡核苷酸序列（ERCC1、ERCC4和ERCC5）、通过DNA聚合酶修复合成和连接［9］。

其中ERCC1基因位于人类染色体19q13.2上，由10个外显子组成，跨度约为17.3 kb，被认为是NER系统的先导基因，负责对损伤进行识别和剪切，ERCC2基因位于人类染色体19q13.3上，由23个外显子组成，跨度约为 54 kb［7，10］。ERCC2 作为人类转录起始因子的亚基，可以编码DNA解旋酶，解开损伤部位附近的DNA双链，ERCC1和ERCC2是NER过程中两个关键的限速酶［11］。ERCC3基因位于人类染色体2q21上，跨度约为45 kb，由14个外显子组成，ERCC2和ERCC3基因编码蛋白通过作为ATP依赖的DNA解旋酶来参与NER途径，负责打开损伤部位周围的DNA链，从而清除部分DNA交联［12］。ERCC4基因位于人类染色体16p13.12上，跨度约28.2 kb，由11个外显子组成，ERCC4也可称之为着色性干皮病互补组F（xe⁃roderma pigmentosum complementation group F,XPF）［4］。ERCC1基因的表达产物与 XPF蛋白共同创建了二聚体核酸内切酶蛋白（ERCC1-XPF），在ERCC1-XPF中ERCC-1可以与DNA结合并稳定XPF，而XPF则具有核酸内切酶催化能力，该二聚体与DNA损伤识别相关，并且是NER途径必不可少的5′-3′结构特异性核酸内切酶，其在NER途径中起到限速或调节作用［13］。ERCC5基因位于人类染色体13q33上，由15个外显子组成，跨度约为32 kb。它编码一种在NER途径中具有多种功能的结构特异性核酸内切酶，可以识别并剪切DNA链3′末端的损伤［6］。

基因组DNA在转录活性区域内常会发生DNA损伤，因而准确的修复是维持体内稳态和DNA正常转录的基础［14］。综上所述，ERCC基因是NER途径的关键组成部分，其编码了参与复杂DNA修复机制的蛋白质，能有效去除大面积病变，减少环境化学物质对DNA的损伤，所以被认为是影响DNA修复能力的关键因素。ERCC基因对DNA损伤的清除和染色体稳定性的维持有重要作用。

2 ERCC基因与骨肉瘤的发生

2.1 ERCC基因与骨肉瘤的发病机制

NER通路的基因变异是骨肉瘤的危险因素，研究表明，在NER和基础转录过程中ERCC1与ER⁃CC2低表达可减弱DNA的修复能力，从而使骨肉瘤发病概率增加［11，15］。研究人员发现，除ERCC1与ERCC2之外，还有很多的ERCC等位基因也与骨肉瘤相关，如ERCC5中的第1 104位密码子组氨酸被天冬氨酸替代可能导致异常细胞的增殖与分化，其突变的残基会降低NER活性，破坏ERCC5的稳定并降低其细胞蛋白质水平，增加其癌症易感性［6，16］。针对ERCC基因的研究或许能为骨肉瘤发病机制的研究带来新的方向。

2.2 ERCC的SNPs对骨肉瘤发病风险的影响

SNPs是在外显子或内含子区域遗传的单碱基变化，可能会改变基因表达和损害蛋白质功能，使个体易患恶性肿瘤［17，18］。如研究发现ERCC1 rs11615多态性位于118密码子上，其CT与TT基因型与CC基因型相比拥有更低的ERCC1 mRNA和蛋白的表达水平，使其DNA修复能力更弱，导致个体患骨肉瘤的风险增加［10，15］。ERCC2 rs1799793 位于 312密码子上，是一种非同义变异，能够改变编码氨基酸（Lys751Gln），并且Jin等通过条件逻辑回归分析研究148例骨肉瘤患者与296例对照组发现，携带ERCC2 rs1799793 GA+AA基因型的个体与骨肉瘤风险增加显著相关，其比值比（Odd Ratio,OR）95%置信区间（confidence interval,CI）为 1.58（1.03～2.41）［7，11］。Zhao 等［16］通过研究以往 60 项研究发现ERCC5基因rs17655 G>C多态性与癌症易感性增加相关，其（CC与 GG：OR（95%CI）=1.10（1.00～1.20）； CG 对 GG：OR （95%CI） =1.06（1.02～1.11）；CG+CC 对 GG：OR（95%CI）=1.07（1.02～1.12）；C 与 G：OR（95%CI）=1.05，（1.01～1.09）。综上所述，ERCC基因的SNPs对于骨肉瘤发病风险的评估和预测具有一定参考性，未来有可能作为骨肉瘤的筛查或预测分子。

3 ERCC基因与骨肉瘤的治疗

3.1 ERCC基因及其SNPs与骨肉瘤患者顺铂耐药和预后的关系

几十年来骨肉瘤的治疗方式没有改变，依然是手术切除病灶与结合全身化疗来控制微转移疾病［19］。尽管采用了这种积极的治疗方法，但由于患者对化疗药物产生耐药，仍有35%～45%的患者复发且预后不良［20］。顺铂是治疗骨肉瘤的主要化疗药物之一，它可通过与DNA结合包括链内和链间交联的方式，形成顺铂-DNA附加物，并抑制DNA复制来发挥功能，最终导致细胞死亡［15］。高效的DNA修复能力是产生顺铂耐药的重要机制，NER途径对顺铂诱导的DNA损伤具有修复作用，通过识别和去除顺铂-DNA附加物来达到修复的目的［21］。

NER途径中的ERCC基因遗传变异可以改变编码蛋白的数量或活性，因此可决定个体对顺铂的反应或耐药性［22］，Hattinger等［23］对 99 例顺铂治疗的骨肉瘤患者的活检进行免疫组织化学研究，通过对整个患者系列进行的多变量分析发现，在无事件生存率和总生存率中，ERCC1高表达与更高的预后不良风险显著相关。此外，已发现ERCC基因的SNPs可以改变基因表达和功能，或与骨肉瘤耐药和预后相关［17］。在不同的临床研究中发现，ERCC1和ERCC2基因中的SNPs与顺铂反应相关，并可影响骨肉瘤患者的预后［4］，如ERCC1 rs3212986多态性位于该基因的3′UTR中，该多态性对ERCC1 mRNA起稳定性作用，因此ERCC1 rs321298的多态性会导致DNA修复能力受限，从而影响治疗反应和总体生存率［10］。Hadeel与Liu等研究发现，ERCC1（C118T-rs11615） 和 C8092A- rs3212986） 和 ERCC2（A751C-rs171140）和（G312A-rs1799793）能影响顺铂的修复能力，并影响骨肉瘤患者的生存率与预后［24］。Cao等［15］通过条件逻辑回归分析研究确诊的186例骨肉瘤患者发现，与携带野生型基因型的患者相 比 ，ERCC1 （C118T （rs11615） 和 C8092A（rs3212986）的CC基因型与良好化疗效果和高生存率相关，其OR（95%CI）分别为 2.56（1.02～7.35）和 3.01（1.07～9.71）。Wang等［25］招募 146 例亚洲骨肉瘤患者通过进行聚合酶链反应-限制性片段长度多态性分析，研究其多变量比例风险回归模型，发现ERCC1 rs11615 TT基因型携带者比宽型CC基因型携带者生存率更高并且预后更好，其调整后的OR（95%CI） 为 0.24 （0.08～0.96）， 并 且 ERCC2 rs1799793的AA基因型携带者则有着更低的骨肉瘤死亡风险（风险率（hazard ratio,HR）=0.22，95%CI=0.12～0.93。

Li等［4］通过对亚洲人与白种人2 303名符合纳入标准的患者中13项合格的随访研究中发现，ER⁃CC2 rs1799793和ERCC5 rs2296147的纯合变异基因型与骨肉瘤显著相关（rs1799793的TT vs GG：HR=0.62， 95%CI=0.41～0.93； rs2296147 的 TT vs CC：HR=0.42，95%CI=0.23～0.78）， 但 其认 为 ERCC1 rs11615基因多态性与骨肉瘤预后无关，与Wang等实验结果不符，这种矛盾可能是Li等分析患者过少，人种不同所导致的。上述研究发现ERCC1 rs321298； rs11615； rs11615、 ERCC2 rs 1799793；rs171140和ERCC5 rs2296147可作为骨肉瘤的遗传预后标记物，也可作为不同患者个体化治疗和术后治疗的生物标记物。ERCC基因作为骨肉瘤的预测标记物可以为骨肉瘤治疗方案的改进提供新的方向。

3.2 ERCC基因靶向抑制——减少顺铂耐药性新思路

Fanelli等［26］通过对顺铂敏感或耐药的人骨肉瘤细胞系进行基因沉默和体外逆转顺铂耐药等方法，证明雷公藤甲素和NSC 130813（NERI02；F06）这两种靶向ERCC基因的药物是减少顺铂耐药性方面最有效的药物，并且没有与顺铂交叉耐药的证据，通过体外联合治疗表明，当与顺铂一起给药时，雷公藤甲素和NSC130813都能够提高顺铂对耐药骨肉瘤细胞的疗效。

在人骨肉瘤细胞系中，雷公藤甲素被证明可以诱导细胞凋亡并可以通过剂量依赖性方式抑制血管生成［27］。Titov 等［28］通过实验研究替换内源性野生型ERCC3中的雷公藤甲素12，13-环氧基共价修饰的残留物Cys342，使其对雷公藤甲素完全耐药，从而证实ERCC3基因是雷公藤甲素的相关靶点，雷公藤甲素可与人类ERCC3形成共价复合物，通过抑制其DNA依赖性ATP酶活性来抑制其DNA修复活性。NSC130813则可以通过靶向阻断ERCC1和ERCC4/XPF之间的蛋白质-蛋白质相互作用来干扰DNA修复，并可以与顺铂协同促进骨肉瘤细胞凋亡［26，29］。

这种靶向抑制ERCC基因以阻断DNA的修复能力对顺铂的抗癌活性具有重要意义，是提高现有DNA损伤药物疗效的一种有前途的治疗策略。通过使用这些靶向抑制剂药物可以为骨肉瘤定制治疗和改善患者预后提供创新方案。

ERCC基因是NER途径的关键基因，是影响DNA修复能力的关键因素，ERCC基因及其SNPs与骨肉瘤的发生、易感性、顺铂耐药和预后均有关，是预测治疗反应的分子标志，也是其新的治疗靶向基因。尽管ERCC基因的活性是维持正常细胞基因组完整性所必需的，但ERCC对以顺铂为基础的化疗等DNA损伤疗法具有消极作用。因此抑制ERCC的表达可能是强化此类治疗效果的方法，是具备应用前景的联合策略。骨肉瘤患者预后与生存率的现状激发了人们对新治疗方案的追求，患者对顺铂的耐药性是骨肉瘤治疗中遇到的巨大障碍，迫切需要开发新靶点来改善预后。针对ERCC-XPF内切酶活性与ERCC3基因的抑制可能成为减少骨肉瘤对顺铂耐药性新的靶向治疗方向。聚焦ERCC基因的SNPs也可以帮助临床医师评估骨肉瘤患者的预后，定制个性化治疗方案。