APOBEC在妇科恶性肿瘤中的研究进展*

胡潇潇,马婧兰,殷 霞

(上海交通大学医学院附属仁济医院妇产科,上海市妇科肿瘤重点实验室,上海 200127)

载脂蛋白B mRNA编辑酶催化多肽(Apolipoprotein B mRNA-editing catalytic polypeptide-like,APOBEC)是一组胞苷脱氨酶,在限制病毒复制、促进抗体亲和力成熟和调节脂质代谢中发挥重要的作用。研究表明,APOBEC家族蛋白酶可能引起体细胞基因组突变,破坏基因组的稳定性,进而诱导癌症的发生与发展,且与多种癌症的免疫治疗、临床预后等密切相关。近年来APOBEC在妇科恶性肿瘤中的研究进展较快,现将研究进展综述如下。

1 胞苷脱氨酶APOBEC家族结构和功能

人类APOBEC家族共有11个成员,包括APOBEC1,激活诱导的胞苷脱氨酶(activation-induced cytidine deaminase,AID),APOBEC2,APOBEC3A,APOBEC3B,APOBEC3C,APOBEC3D,APOBEC3F,APOBEC3G,APOBEC3H和APOBEC4,主要以蛋白酶的形式在细胞水平发挥作用,与RNA或单链DNA结合,使底物中的胞嘧啶脱氨基转化为尿嘧啶[1]。编码APOBEC蛋白的基因分别位于1、6、12、22染色体。APOBEC家族结构的共同核心是胞苷脱氨酶催化结构域,该家族的成员均存在一个或两个保守的胞苷脱氨酶催化结构域。催化结构域主要由6个α-螺旋稳定的5股混合β-片层构成,并且在其核心催化位点的α-β-α超二级结构元件内共享一个保守的锌依赖性脱氨酶序列基序[2]。

目前有关APOBEC功能的研究主要聚焦于抗病毒免疫,尤其是人类免疫缺陷病毒1型(human immunodeficiency virus-1,HIV-1)。研究发现,APOBEC3可通过脱氨依赖和非脱氨依赖途径限制HIV-1感染[3]。此外,APOBEC家族在促进抗体亲和力成熟[4]和调节机体脂质代谢[5]方面发挥重要的作用。APOBEC的胞苷脱氨酶活性也可诱导细胞基因突变,从而导致癌症的发生和发展。APOBEC导致突变的机制为尿嘧啶糖基化酶(uracil DNA glycosylase,UNG)切除APOBEC介导生成的尿嘧啶后形成无碱基位点,跨损伤修复导致C>T或C>G突变,而无UNG作用时尿嘧啶直接参与DNA复制,导致C>T突变[6]。泛癌分析显示,在约75%的癌症类型和超过50%的癌症基因组中检测到了APOBEC相关突变特征,提示APOBEC可能是引起这些癌症中DNA突变的内源性来源之一[7]。与APOBEC相关的突变特征主要包括单碱基替换(single-base substitution,SBS)特征SBS2和SBS13[8],它们的增加不仅与肿瘤突变负荷的增加相关,而且与多种癌症的基因组不稳定性相关[9]。Kataegis是一种局灶型超突变现象,76.1%的Kataegis事件表现出与AID和APOBEC3脱氨酶家族相关的突变模式[10],已在多种类型的癌症中被观察到。胞苷脱氨酶家族中的APOBEC3A和APOBEC3B通常被认为是多种类型癌症中的主要突变因素。最近研究发现,APOBEC3A基因缺失导致APOBEC3相关的突变特征SBS2和SBS13减少,而APOBEC3B基因缺失并没有明显影响SBS2和SBS13,表明内源性APOBEC3A是癌症中普遍突变特征的主要驱动者[11]。同时大量研究表明,APOBEC与肺癌、膀胱癌、乳腺癌等多种肿瘤的免疫治疗效果和临床预后密切相关[12]。

2 APOBEC与妇科恶性肿瘤

在妇科恶性肿瘤中,广泛的APOBEC相关突变特征被人们所关注。对3种主要妇科恶性肿瘤——宫颈癌、卵巢癌、子宫内膜癌相关的1231个外显子组和268个全基因组进行测序分析,发现宫颈癌以APOBEC相关突变特征为主,且在部分卵巢癌和子宫内膜癌中也观察到了此类突变特征,表明APOBEC可能在不同程度上参与了妇科恶性肿瘤的发生发展[13]。越来越多的研究表明,APOBEC与妇科肿瘤的铂类化疗耐药、免疫治疗、临床预后等密切相关。

2.1 APOBEC与宫颈癌 宫颈癌是最常见的妇科恶性肿瘤,高危型人乳头瘤病毒(human papillomavirus,HPV)持续感染是诱发宫颈癌的关键因素之一。研究发现,APOBEC3B mRNA水平随着从正常宫颈上皮到宫颈上皮内瘤变(cervical intraepithelial neoplasia,CIN)再到鳞状细胞癌的恶性转化而逐渐增加[14],表明APOBEC可能也是宫颈癌发生的潜在贡献者。测序分析显示,不同组织学类型的宫颈癌中均存在与APOBEC相关的突变特征[15-16],表明APOBEC可能参与介导宫颈癌体细胞突变。早期研究提出,APOBEC可能通过介导癌症驱动基因PIK3CA螺旋结构域突变导致宫颈癌的发生[17]。公共数据库分析显示,HPV(+)鳞状细胞癌中的APOBEC3B mRNA表达水平远高于HPV(-)鳞状细胞癌[14],提示APOBEC、HPV感染和宫颈癌之间可能存在某种关联。APOBEC是机体抗病毒免疫反应的重要参与者,HPV感染宿主后诱导APOBEC3表达上调[18],上调的APOBEC可反作用于HPV基因组并驱动突变[19],或作用于宿主基因组引起突变。目前APOBEC的病毒限制作用与癌症发生之间的关系尚不清楚。一方面,APOBEC3可通过编辑HPV基因组发挥抗病毒作用,促进病毒从体细胞中清除[20],降低病毒致癌的可能性;另一方面,APOBEC可诱导病毒或宿主基因组的突变,促进体细胞突变的积累,进而诱导癌症发生。

APOBEC可能也在宫颈癌的发展过程中发挥一定的作用。体外实验证明,APOBEC3B过表达可通过影响细胞周期促进宫颈癌细胞增殖,抑制细胞的凋亡,同时对细胞的迁移能力有积极的影响[21]。Fan等[14]也发现,APOBEC3B表达与宫颈鳞状细胞癌淋巴结转移显著相关。然而基因测序分析发现,宫颈癌患者复发或转移灶中的APOBEC3A转录表达相对于原发肿瘤组织下调,APOBEC相关突变特征缺失,提示APOBEC3A下调可能作为复发或者转移性宫颈癌的预测生物标志物[22]。目前不同APOBEC家族成员是否在宫颈癌转移过程中发挥不同的作用尚不清楚,还需更多体内体外实验进行验证。

APOBEC可作为宫颈癌铂类药物化疗和免疫治疗效果的生物标志物,并与癌症的临床预后密切相关。高表达APOBEC3B的宫颈癌细胞系对顺铂的敏感性较低,提示APOBEC可能是化疗耐药宫颈癌的潜在诊断生物标志物和治疗靶点[21]。另有研究显示,APOBEC突变特征在PD-L1(+)的宫颈鳞状细胞癌中富集,表明APOBEC突变特征也可作为部分宫颈癌患者对免疫检查点抑制剂反应敏感的生物标志物[23]。Chen等[24]发现,APOBEC3B表达水平更高的患者有更长的总生存期(overall survival,OS)和无病生存期(disease-free survival,DFS),提示APOBEC3B可能通过调节某个基因或通路在宫颈癌临床预后中起积极作用,其具体作用机制需进一步研究。

2.2 APOBEC与卵巢癌 卵巢癌死亡率高居妇科肿瘤首位,因为其缺乏特异性症状,早期诊断较困难,患者就诊时多已处于晚期。Brachova等[25]通过体外实验证实,正常输卵管上皮细胞暴露于卵泡液后DNA损伤积累增多,并提出这可能是由于细胞内的APOBEC3A表达增加诱导双链DNA断裂而造成的,表明APOBEC3A可能在卵巢癌的发生过程中发挥一定的作用。基于133例卵巢癌患者的基因组测序分析显示,26%的卵巢透明细胞癌病例表现出与APOBEC相关的突变特征,提示APOBEC可能参与介导卵巢透明细胞癌体细胞突变[26]。

大部分卵巢癌经含铂化疗后逐渐出现化疗耐药和肿瘤复发,降低耐药性是提高晚期卵巢癌患者生存率必须解决的问题。现有研究发现,在体外培养的卵巢透明细胞癌细胞和动物模型中,较高的APOBEC3B表达水平与较好的铂类药物治疗效果相关。可能的解释是APOBEC3B引起的DNA损伤使肿瘤细胞对铂类药物引起的DNA交联更为敏感,提示APOBEC3B可能是预测卵巢透明细胞癌铂类化疗反应的生物标志物,并可能成为铂耐药卵巢癌的潜在治疗靶点[27]。APOBEC在卵巢癌的免疫治疗中也显现出一定的应用价值。Yin等[28]发现,87例表达APOBEC3B的卵巢透明细胞癌组织标本中,51.7%显示出CD8阳性表达,提示表达APOBEC3B的卵巢透明细胞癌在一定程度上具有免疫原性,可能适用于癌症免疫治疗。Leonard等[29]发现,高级别浆液性卵巢癌中APOBEC3G mRNA表达水平与T细胞标志物的mRNA表达呈正相关,并通过免疫组化和免疫荧光染色证实APOBEC3G蛋白与T细胞标志物共定位,表明APOBEC3G主要在肿瘤浸润性T细胞内表达,提示APOBEC3G可作为T细胞浸润和抗肿瘤免疫反应的生物标志物,为高级别浆液性卵巢癌的免疫疗法提供了新的方向。

APOBEC3B也可作为预测卵巢癌患者临床预后的候选标志物。一项回顾性队列研究显示,APOBEC3B过表达与卵巢癌患者较短的OS和DFS显著相关,该队列共包含88例卵巢癌患者,其中67%的病例患浆液性卵巢癌[30]。然而在卵巢透明细胞癌中,APOBEC3B可作为较长无进展生存期的指示性生物标志物,这可能是因APOBEC驱动的癌症基因组突变导致肿瘤新抗原的产生,从而激发抗肿瘤免疫反应,减缓肿瘤进展[28]。两种截然相反的结论提示APOBEC3B与卵巢癌预后的关系可能与卵巢癌的组织学类型有关。

2.3 APOBEC与子宫内膜癌 APOBEC在子宫内膜癌中的研究相对较少。测序分析显示子宫内膜癌以错配修复缺陷突变特征为主,但其中的一部分表现出同源重组修复缺陷突变特征和APOBEC突变特征,且APOBEC突变特征与同源重组修复缺陷突变特征可同时出现,但与错配修复缺陷突变特征互斥[13]。探索APOBEC与DNA修复系统的相互作用可能有助于阐明子宫内膜癌的发生机制,进而改进临床决策。Lin等[31]发现,超突变子宫内膜癌与非超突变子宫内膜癌相比存在不同的突变特征,而APOBEC相关突变特征仅出现在超突变子宫内膜癌中,APOBEC可能参与超突变子宫内膜癌的发生,提示超突变和非超突变癌症患者之间存在不同的突变过程,并可能针对不同的突变过程采用不同的治疗策略。APOBEC3基因位点的变异可能影响APOBEC3的表达和癌症风险,Sofiyeva等[32]统计了1470例挪威子宫内膜癌病例样本中APOBEC3A/B基因型的频率,并与1918例健康对照进行了比较,发现APOBEC3A/B缺失变异与子宫内膜癌风险降低显著相关,但两者之间的关联还需在更多种族和人群中进行验证。基于癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)数据库的泛癌分析发现,子宫内膜癌中APOBEC3B表达水平高于正常组织,且子宫内膜癌是APOBEC3B基因改变频率最高的肿瘤类型,主要表现为“突变”,但尚未发现APOBEC3B基因改变对子宫内膜癌患者预后和生存的影响[33]。

3 小结与展望

APOBEC是癌症体细胞突变的重要来源,在多种肿瘤的发生发展中发挥重要的作用。宫颈癌、卵巢癌、子宫内膜癌中均存在APOBEC相关的突变特征,表明APOBEC可能参与介导了妇科恶性肿瘤的体细胞突变,诱导肿瘤的发生。APOBEC在不同妇科肿瘤发生发展中的作用有所不同。较为特殊的是APOBEC在宫颈癌发生过程中的作用具有两面性,其介导HPV与宿主基因组之间的复杂相互作用,可能作为HPV(+)宫颈癌治疗的切入点。在化疗耐药性方面,APOBEC3B过表达增加了宫颈癌细胞对铂类药物化疗的耐药性,然而高表达APOBEC3B的卵巢透明细胞癌细胞系铂类药物治疗效果较好。阐明APOBEC导致铂敏感或铂耐药的机制可能为解决妇科恶性肿瘤化疗耐药问题提供新的助力。APOBEC在妇科恶性肿瘤的免疫治疗方面也具有一定的应用前景。一方面,APOBEC驱动的突变有助于肿瘤新抗原的产生,增加免疫原性,激发抗肿瘤免疫反应。另一方面,APOBEC突变特征可能作为癌症患者免疫检查点疗法治疗有效性的预测标志物。靶向APOBEC可能使癌症患者从免疫治疗中获益。APOBEC与妇科恶性肿瘤患者临床预后的关系还有待进一步探讨,因其在不同肿瘤类型之间甚至同种癌症不同的病理组织学类型之间均可能存在差异。

综上所述,深入了解APOBEC在三大妇科恶性肿瘤发生发展中的不同作用及相关机制至关重要,其可能作为妇科肿瘤治疗的关键靶点之一,为肿瘤治疗提供新的思路和方向。