PALB2与前列腺癌研究进展

朱光强 唐铁龙

前列腺癌是2020年男性第二大常见癌症和第五大癌症死亡原因，据估计2020年在美国死于癌症的患者中，前列腺癌死亡人数占10%[1-2]。而在我国仅1/3的初诊前列腺癌患者属于临床早期，多数患者已处于中晚期，导致中国前列腺癌患者的总体预后远差于西方发达国家[3]。对于前列腺癌其病因知之甚少，已知的危险因素仅限于年龄的增长、家族史，以及某些基因。因在前列腺癌的基因中除了BRCA1/2外，对于其他基因的研究尚不成熟，而PALB2作为同源重组的重要成员，在前列腺癌的患病机制中还属于空白部分，因此急需加强填补前列腺癌相关基因图谱，制定个性化治疗及针对性筛查。本文从PALB2的结构功能及已报道的相关突变来阐述与前列腺癌的研究进展。

1 PALB2的结构功能

PALB2基因又名“BRCA2的合作伙伴和定位器基因”，于2006年被发现，其位于染色体16p12上，开放阅读框由1 186个残基组成[4]，被认为是BRCA1和BRCA2之间的连接蛋白。PALB2蛋白的结构功能域有：N端的卷曲螺旋结构域、C端主要为WD40结构域，以及中间部分的染色质结合基序（CHAM）、MRG15结合部分，其中还包括两个DNA结合域和两个RAD51相互作用区域，值得注意的是，PALB2的N端还有KEAP1结合位点，C端的RAD51旁系同源物RAD51C及转移聚合酶pol η结合位点[5]。WD40结构域是具有7个叶片的环状β螺旋结构，可介导蛋白质-蛋白质相互作用，WD40域是人类基因组中最丰富和相互作用最多的域之一，也是PALB2致病性的研究热点之一，其可直接和独立地结合RAD51和BRCA2进行同源重组，PALB2的截断或移码突变体会扰乱WD40结构域，消除PALB2与BRCA2的关联，细胞对DNA交联剂（如MMC）产生抗性的突变体的致病性也通常归因于PALB2与BRCA2相互作用的破坏[6]。Pauty等[7]最近发现了WD40中一个有功能的核输出序列，PALB2的W1038X突变导致该序列暴露于CRM1，并且结构预测表明PALB2 W1038X突变体中WD40域的一半被去除。PALB2作为BRCA1和BRCA2的功能接头，PALB2突变体破坏与相应蛋白质的相互作用，导致RAD51病灶组装和同源重组（HR）缺陷。可见同源重组修复（HRR）受损可能是在携带BRCA1、BRCA2或PALB2突变的患者中观察到的基因组不稳定和肿瘤发生的根本原因之一。

在N端存在的卷曲螺旋结构域直接与BRCA1结合，并且这种相互作用是PALB2与BRCA2作用的前提。PALB2视为BRCA1和BRCA2 的连接器，将BRCA1、BRCA2和RAD51连接到DNA损伤反应途径中。其中卷曲螺旋结构域上的突变，包括癌症患者衍生的BRCA1突变，会破坏它们复合物的形成。因此PALB2-BRCA1相互作用被破坏时，HRR会受到影响并损害DNA损伤的细胞存活率[8]。Buisson等[9]发现PALB2卷曲螺旋结构域的过度表达严重影响RAD51加载到DNA损伤位点，表明PALB2的N端卷曲螺旋基序能调节其自我关联和同源重组。因此PALB2通过自相作用控制HR，这对于防止正常条件下的异常重组和在需要时激活DNA修复很重要。另外BRCA1-PALB2相互作用的破坏还会对HRR和DNA交联剂丝裂霉素C（MMC）敏感性产生一定的影响[8，10]。N端另一KEPA1结合位点上，PALB2与NRF2竞争KEAP1，从而促进抗氧化反应，降低细胞ROS导致的DNA损伤间接实现基因组的稳定[5，11]。染色质关联基序（ChAM）是PALB2上一个新的进化上保守的PALB2基序，介导PALB2核小体关联。ChAM的缺失会减少PALB2和RAD51在DNA损伤位点的积累，并赋予细胞对基因毒性药物丝裂霉素C的超敏反应，是PALB2染色质结合所必需，并促进了PALB2在细胞对DNA损伤的抵抗的功能[12]。

MRG15是除了PALB2的N和C末端，而位于序列中间的另一个高度保守的区域，被证实为一种新型的PALB2相关蛋白，PALB2-MRG15相互作用对于抑制姐妹染色单体介导的同源重组起着一定的作用，PALB2和MRG15可能共同作用以应对DNA损伤[13]。随后有研究发现MRG15与BRCA复合物相互作用，MRG15通过将BRCA复合物募集到受损DNA位点来参与对双链断裂（DBS）的反应，并且与对MMC的耐药性有着直接关系[14]。Bleuyard等[15]发现PALB2通过其主要结合伙伴MRG15与活性基因相关联。表达PALB2变体的细胞，含有阻碍MRG15结合的错义突变，对拓扑异构酶I（TOP1）抑制剂喜树碱（CPT）表现出更高的敏感性，并增加异常中期染色体和基因体中的DNA应激水平，DNA复制受到抑制。

由于PALB2以DNA损伤反应因子的特征方式表现，并使BRCA DNA损伤反应的修复成为可能。因此PALB2是否是致病突变成为新的研究目标，这在乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌和他肿瘤中都非常重要。

2 PALB2与前列腺癌相关研究

已知PALB2中的双等位基因突变（也称为FANCN），会导致范可尼贫血[16]。其次Rahman等[17]发现在单等位基因截断PALB2突变的家族性乳腺癌患者与对照者相比，此类突变使患乳腺癌的风险高2.3倍。首次鉴定出PALB2为一种新的乳腺癌易感基因。BRCA1/2基因突变是已知的前列腺癌患病的重要危险因素，PALB2作为BRCA1/2的协作伙伴在DNA同源重组修复通路中起着一定的作用，但因为其变异较罕见，且相关报道不多，有关PALB2基因突变与前列腺癌相关性的研究相对较少。Erkko等[18]首先在芬兰人群中发现了一列家族性前列腺癌PALB2突变c.1592delT。随后在研究可能的其他PALB2变体的作用中，Pakkanen等[19]筛选了938名芬兰前列腺癌患者队列中的所有PALB2外显子，对包括c.1592delT在内的4个PALB2变体 1674A＞G、2993G＞A 和 3300T＞G 进行了分析，发现除了1592delT外，没有其他有害的PALB2变体对芬兰的前列腺癌风险存在相关性。同样，Tischkowitz等[20]对95个前列腺癌家族的先证者的PALB2进行了测序，发现了两个以前未报告的变异，K18R和V925L，它们都不在已知的PALB2功能域中，而且都不太可能致病。可能PALB2中的有害突变对遗传性前列腺癌没有显著贡献。尽管Erkko等[18]的数据表明PALB2可能与芬兰前列腺癌家族的遗传性有关联。然而，在不同地理人群中，似乎存在着地理差异。因此，虽然PALB2突变不太可能在遗传性前列腺癌中起主要作用，但有害的PALB2突变仍有可能在一些罕见的家族中易患前列腺癌，所以不排除其有可能是潜在的前列腺癌易感基因。

在对转移性前列腺癌中发生的体细胞突变分析及对这些男性生殖系DNA外显子组进行测序时发现8%携带致病性生殖DNA修复基因的突变。因此为了证实并进一步确定转移性前列腺癌中生殖系DNA修复基因突变的谱系和流行率，Pritchard[21]对542名确诊为前列腺癌转移的男性，使用新一代测序来分析与常染色体相关的DNA修复基因。在16个基因中发现了突变，其中BRCA2[37（5.3%）]、ATM[11（1.6%）]、CHEK2[10名（534名有数据），占比1.9%]、BRCA1[6（0.9%）]、RAD51D[3（0.4%）]和PALB2[3（0.4%）]，转移性前列腺癌男性中DNA修复基因种系突变的频率显著超过499名局限性前列腺癌男性，但该研究未能排除家族史造成的偏倚。因PALB2突变的罕见性难以准确估计相关的癌症风险。使用定制的iCOGS阵列对10个罕见突变进行基因分型：PALB2 c.1592delT、c.2816T＞G 和 c.3113G＞A、CHEK2 c.349A＞G、c.538C＞T、c.715G＞A、c.1036C＞T，c.1312G＞T，c.1343T＞G 和 ATM c.7271T＞G，评估了每种变异与乳腺癌（42 671例和 42 164例对照），以及前列腺癌（22 301例和 22 320例对照）和卵巢癌（14 542例和23 491例对照）癌症风险的相关性。而在PALB2的三种罕见突变中，c.1592delT和c.3113G＞A与乳腺癌高风险相关，没有观察到与前列腺癌风险的关联[22]。而在非洲血统的男性中报道了PALB2罕见致病变异与侵袭性前列腺癌高风险的显著相关性[23]，同时强调了风险等位基因发现工作在遗传多样性人群中的重要性。除此之外在波兰的一个大型病例对照组的研究提出PALB2突变与高级别前列腺癌相关，且PALB2突变特别容易导致侵袭性前列腺癌，患有前列腺癌并伴有PALB2突变的男性5年生存率低于50%。这是第一个评估前列腺癌和PALB2突变的男性生存率的研究。因此，越来越多的证据表明，PALB2突变易导致预后不良的前列腺癌[24]。

除了转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）外，对于局部和局部晚期前列腺癌患者的HRR基因突变研究中，Jiang等[25]在中国人群中发现，中国局限性和局部晚期前列腺癌患者的HRR基因突变频率（PALB2 1/10，10%）高于对照组。只包括一个机构，样本量较小。所以还需要更大样本量及更多种族人群的研究。在最近DNA修复基因中罕见的致病性、可能致病性或有害（P/LP/D）种系变异与侵袭性前列腺癌风险相关性研究中，发现BRCA2和PALB2具有最显著的基于基因的关联，因DNA修复基因传递的风险主要由BRCA2、PALB2和ATM中的罕见P/LP/D等位基因驱动[26]。因此已有不少研究发现支持了该基因在前列腺癌筛查和疾病管理方面的重要性。

3 前列腺癌PALB2突变的相关治疗

目前晚期前列腺癌同源重组修复缺陷的患者治疗包括PARP抑制剂、铂类药物化疗等。在2005年Farmer等[27]意外发现BRCA1或BRCA2功能障碍可使细胞对PARP酶活性抑制剂敏感，导致染色体不稳定、细胞周期阻滞和随后的凋亡。原来对PARP的抑制导致了由同源重组修复的DNA损伤的持续，因此首先提出了靶向抑制特定的DNA修复途径来设计特定的、毒性更低的癌症治疗方法（协同致死效应），随后越来越多的研究表明，使用PARP抑制剂治疗前列腺癌对标准治疗不再有反应的患者和DNA修复基因缺陷的患者可获得高反应率[28]。其中奥拉帕尼于2020年5月19日被FDA批准用于在14种同源重组修复（HRR）基因（BRCA1、BRCA2、ATM、BARD1、BRIP1、CDK12、CHEK1、CHEK2、FANCL、PALB2、RAD51B、RAD51C、RAD51D or RAD54L）中存在有害或疑似有害生殖系或体系突变的mCRPC患者[29]。mCRPC中卢卡帕尼的前瞻性、基因组学驱动的研究中发现其他DDR相关基因（包括PALB2）发生改变的患者可能会受益于PARP抑制，FDA于2020年5月15日批准卢卡帕尼用于患有生殖系或体细胞BRCA1/2改变且之前接受过第二代激素药物和紫杉烷化疗的男性mCRPC[30]。

因具有HR缺陷的肿瘤极易受到使DNA复制叉停滞的疗法的影响，DNA交联剂，如铂类和丝裂霉素C会导致DNA双螺旋扭曲，使复制叉停滞，从而诱导DSB，且已经有案例研究报告了基因PALB2突变的前列腺癌患者对铂类化疗显示出的有效性[31-32]。在mCRPC的Ⅱ期研究中，铂类化疗已被证明可带来姑息性获益和更长的无进展生存期[33]。Mota等[34]通过对全机构范围的肿瘤体细胞和种系分子谱分析检查DNA损伤反应（DDR）中体细胞和种系突变与铂类化疗反应之间的关联确定了非BRCA DDR基因改变的肿瘤对铂类化疗产生的反应，包括PALB2、FANCA和CDK，因此一部分通过肿瘤或种系测序检测到的DDR基因改变的患者可能受益于铂类化疗。

前列腺癌是发达国家最常见的癌症之一，且一部分归因于遗传因素，凸显了基因检测的重要性，同时也是前列腺癌个性化诊断和治疗的重要组成部分。越来越多的证据表明，PALB2突变与前列腺癌的家族遗传性和高度侵袭性变异相关，鉴定需要紧急治疗的侵袭性和致命形式的前列腺癌是目前临床实践中的主要挑战，而有害生殖系PALB2变体代表了遗传或晚期前列腺癌中的一个可操作靶标，并支持在该患者群体中进行扩展基因组测试。总之具有PALB2突变的前列腺癌患者可能特别适合精确肿瘤学方法，例如针对PALB2突变的PARP抑制剂，但是并非每个有突变的患者都可能获得临床益处，预测性生物标志物的识别和详细表征是一项持续的工作。在临床实践中实施基因检测，特别是患有侵袭性肿瘤或家族史阳性的年轻患者，代表了未来几年的新挑战。