RAD51连接蛋白1在恶性肿瘤中的研究进展

陈雨靖 刘东璞

佳木斯大学,黑龙江省佳木斯市 154000

众所周知,恶性肿瘤是目前人们所面临的十分具有威胁性的疾病,也是主要死亡原因之一。恶性肿瘤的发生与多种因素相关,包括基因突变、遗传、生活方式及周围环境等。RAD51AP1是一种结构特异性DNA结合蛋白,有研究表明其在结直肠癌、肺癌、肝癌、卵巢癌等多种恶性肿瘤中呈高表达,且有着不尽相同的分子通路,本文通过对RAD51AP1在多种恶性肿瘤中的作用进行综述,希望可以为更多肿瘤性疾病的预防、诊断、靶向治疗及相关机制的理论研究提供帮助。

1 RAD51AP1概述

RAD51连接蛋白1(RAD51-Associated Protein 1,RAD51AP1)是RAD51-相互作用蛋白,于1997年通过酵母双杂交(Y2H)体系发现,最初分别被命名为人蛋白Pir51和小鼠蛋白RAB22[1-2]。人类RAD51AP1转录本的组织特异性分布与RAD51相似,在胸腺、骨髓、脾脏和睾丸中最高,这种表达模式与RAD51AP1和同源重组(Homologous recombination,HR)在缓解增殖细胞中自发DNA损伤的关键作用一致[3]。编码RAD51AP1的基因位于人类12号染色体短臂13区段[2]。RAD51AP1具有两个不同的DNA结合结构域,其中一个位于蛋白质的N端区域,另外一个位于蛋白质的C端附近,这两个结构域是RAD51AP1保护细胞免受DNA损伤和促进RAD51形成D-环方面的全部活性所必不可少的,RAD51AP1对DNA重组中间体的亲和力使其能够在一些关键的机制步骤中控制基因组完整性的保存[4-5]。

RAD51AP1蛋白属于RAD51连接蛋白家族的蛋白质,在 DNA的同源重组和修复中发挥着十分重要的作用,该蛋白通常与单链DNA结合蛋白RPA、RAD51协同作用,在DNA的同源配对及链转移过程中起着不可或缺的作用[6]。RAD51AP1是同源重组修复DNA的关键蛋白,作为RAD51重组酶的晚期辅助因子,RAD51AP1的敲除导致DNA损伤剂敏感性的增加和HR的受损,其表达水平的升高能导致癌前病变向癌症转变[7]。并且,有研究表明,RAD51AP1在增强肿瘤干性、调节RNA修饰、影响肿瘤免疫微环境等方面的作用可能构成其致癌机制[8]。

2 RAD51AP1与恶性肿瘤

2.1 RAD51AP1与结直肠癌 结直肠癌(Colorectal cancer,CRC)的发病率逐年上升,随着医学水平的提升以及早发现、早诊断、早治疗理念的普及,显著降低了CRC的病死率,但许多CRC患者的临床结果和预后仍然较差。众所周知,很多肿瘤的发生发展进程均与癌症干细胞(CSC)的自我更新有关,并在治疗过程中逐渐产生获得性耐药。Bridges等人[9]研究发现RAD51AP1基因敲除并不影响结肠内稳态的平衡,但会影响干细胞自我更新,通过靶向CSC自我更新从而在化疗耐药中起重要作用,RAD51AP1基因敲除还可以通过抑制CSC自我更新使癌细胞对化疗重新敏感;为了研究RAD51AP1基因敲低延缓肿瘤生长的基本分子机制,他们还分离出了野生型和RAD51AP1基因敲除小鼠的结肠上皮细胞,发现RAD51AP1基因敲除的CRC细胞的生长明显慢于野生型。对参与细胞周期调控和凋亡的基因的分析显示,与野生型结肠细胞相比,RAD51AP1基因敲除结肠上皮细胞中促生长信号Cyclin D1和C-Myc的表达减少,凋亡基因Caspase 8和Bax的表达增加。另外,其研究表明,RAD51AP1在大多数人类CRC组织中表达显著增加,包括BRAF/KRAS突变的CRC,并与治疗反应降低和预后不良相关。

5-氟尿嘧啶(5-FU)是治疗结直肠癌的一线化疗药物,然而由于获得性耐药,其抗肿瘤效果有限。Li等人[10]的研究显示,甲基转移酶样3(METTL3)在5-FU耐药CRC细胞中表达上调,通过调节关键同源重组修复蛋白RAD51AP1的表达从而导致耐药,沉默METTL3可抑制CRC细胞增殖,增强化疗反应,克服5-FU耐药;由此可见,METTL3/RAD51AP1轴在CRC中5-FU耐药性的获得中起着重要作用,靶向METTL3/RAD51AP1可能是CRC患者,特别是5-FU耐药的CRC患者的一种有前途的辅助治疗策略。因此,RAD51AP1可以被认为可能是结直肠癌新的预后和诊断标志物,也是抗癌治疗的重要靶点。

2.2 RAD51AP1与非小细胞肺癌 非小细胞肺癌(NSCLC)是肺癌中的一大类型,其数量远远超过小细胞肺癌,非小细胞肺癌主要有腺癌、鳞状细胞癌及大细胞癌等,在治疗方面,除了手术治疗及放、化疗外,靶向治疗也受到了广泛关注,因此了解及研究更多非小细胞肺癌发病的分子机制对更加精准的靶向治疗很有帮助。Wu等人[11]通过观察RAD51AP1敲低后转移相关因子(MMP-2、OPN、CD62、TMP-2)的表达降低证实了RAD51AP1沉默治疗导致NSCLC细胞转移率显著下降,下调的RAD51AP1是通过减弱NSCLC细胞的上皮—间充质转化(EMT)和转移来阻止NSCLC的发展进程的;并且,通过对91例NSCLC患者(鳞状细胞癌49例,肺腺癌35例,其余7例合并其他类型癌症)及其癌旁正常组织进行免疫组织化学实验,结果显示RAD51AP1蛋白在NSCLC组织中的阳性表达比例显著高于邻近正常肺组织,低分化患者组织中RAD51AP1蛋白的阳性表达率明显高于中分化和高分化患者组织;此外,他们进行的裸鼠异种移植瘤的实验也表明沉默RAD51AP1可以抑制非小细胞肺癌肿瘤的形成和生长。

Wang等人[12]的实验结果也得出了相似结论,即RAD51AP1蛋白在NSCLC组织中的表达率明显高于癌旁组织,且在肿瘤的发展进程中起促进作用;并进一步探讨了miR-320a/ZEB1/RAD51AP1在体内对NSCLC的影响,结果显示ZEB1可通过miR-320a/RAD51AP1轴在体内促进NSCLC细胞的发展和转移,ZEB1和RAD51AP1在NSCLC中起到肿瘤刺激作用,而miR-320a起到肿瘤抑制作用。总之,RAD51AP1下调对NSCLC细胞的增殖、迁移和侵袭均具有抑制作用,并可能作为癌症治疗的靶点。

2.3 RAD51AP1与肝癌 我国肝癌的发病率与死亡率均持高不下,其发病隐匿、死亡率高,因此寻找参与肝癌发生发展的分子标志物并研究其分子机制显得尤为重要,以期为肝癌的靶向治疗提供有效帮助。Zhuang等人[13]为了比较不同阶段肝脏疾病患者和健康候选者血清和组织中RAD51AP1的表达水平,选用GEO(GSE84044、GSE17548、GSE45436、GSE55092、GSE101685、GSE49515和GSE36376)和TCGA数据集进行分析,并对纳入TCGA和GSE3637626数据集中的HCC患者进行生存分析,其中在TCGA数据集中,匹配肿瘤病理类型和基因表达数据后,361例肝细胞肝癌(Hepatocellular carcinoma,HCC)患者被纳入分析,在GSE36376数据集中,240例HCC患者被纳入该分析,得出以下结论,即与肝硬化组织相比,RAD51AP1在肿瘤组织中显著过表达,且肝癌患者肿瘤组织中RAD51AP1 mRNA的表达明显高于癌旁组织,在HCC患者中,RAD51AP1的上调与总生存期和无病生存期显著相关,且高水平的RAD51AP1与肿瘤晚期、肝内转移、血管侵袭和AFP水平升高有关,单因素和多因素Logistic回归模型显示,病理分级可能导致RAD51AP1表达升高。因此RAD51AP1表达水平升高与肝细胞癌患者的不良预后相关。

肝内胆管癌(Intrahepatic cholangiocarcinoma,ICC)是我国第二常见的肝脏原发恶性肿瘤,Obama 等人[3,14]首先在包含27 648个基因的cDNA微阵列中分析出了25个ICCs的表达谱,并鉴定了52个常见的上调基因,其中RAD51AP1的表达升高了5倍以上,随后使用用于微阵列分析的RNA样本检测了RAD51AP1的表达水平,结果显示21个肿瘤中有17个肿瘤的RAD51AP1表达升高(>5倍),表明了ICC中RAD51AP1表达增强;石蜡包埋组织抗RAD51AP1多克隆抗体免疫组化染色显示,与相应的胆管上皮和周围结缔组织相比,23例中有14例(61%)的癌细胞核中主要观察到积累的RAD51AP1,即与正常胆管上皮组织相比,RAD51AP1在大多数胆管癌组织中的表达增强;同时强调了RAD51AP1表达升高在胆管癌发生中的重要性,因为RAD51AP1的敲低显示了ICC细胞的生长迟缓。虽然RAD51AP1在细胞增殖和存活中的作用机制还需要进一步的研究,但RAD51AP1可能为抗癌药物的开发提供新的分子靶点。

2.4 RAD51AP1与卵巢癌 卵巢癌(Ovarian cancer,OC)是女性生殖系统高致死率的肿瘤之一,近年来发病率不断上升,因此,了解肿瘤发生、增殖、侵袭的分子机制,进一步开发有效的肿瘤诊断和治疗方法至关重要。Zhao 等人[15]利用Oncomine数据库中分析了RAD51AP1在OC组和对照组中的表达水平,发现与对照组相比,RAD51AP1在OC组中较高,并且使用Kaplan-Meier绘图仪提取了1 435例OC患者的RAD51AP1的随访数据,发现RAD51AP1的上调与较差的总生存期(OS)和无进展生存期(PFS)相关,RAD51AP1较高的患者表现为较差的生存率。为了探索其相关机制,他们又研究了RAD51AP1与GEPIA中TGF-β/Smad信号通路相关基因的关系,散点图显示SMAD2、SMAD3、SMAD4和TGFBR1与RAD51AP1呈显著正相关。RT-qPCR和Western blotting结果与散点图一致,表明RAD51AP1可能通过TGF-β/Smad信号通路加速OC的进展;体外实验表明,RAD51AP1能促进OC细胞增殖;并且肿瘤微环境(TME)在肿瘤细胞的进展中起着重要作用,TME可直接侵入周围组织或经血管和淋巴管转移,RAD51AP1水平高的卵巢癌患者可能具有普遍协调的免疫抑制性TME,可能加速卵巢癌的进展。同时在宫颈癌中,也有相似发现,即RAD51AP1在宫颈癌中表达升高,抑制RAD51AP1表达会通过抑制TGF-β/Smad通路进而抑制宫颈癌生长[16]。RAD51AP1不仅在卵巢癌组织中过表达,而且在这些患者的外周血中也很容易被识别出来,这与正常健康对照组不同[17]。因此,它具有成为生物标志物的潜力。

2.5 RAD51AP1与其他肿瘤 食管癌(Esophageal cancer,EC)是消化道常见恶性肿瘤,而食管鳞状细胞癌(Esophageal squamous cell carcinoma,ESCC)是其常见组织学亚型,由于其早期不易发现且晚期易转移,故食管鳞状细胞癌患者往往预后不良。Li等人[18]通过生物信息学分析发现,RAD51AP1与EC患者预后不良相关,并可能参与EC的侵袭;并且,RAD51AP1在ESCC中的表达水平高于食管腺癌,提示EC亚型特异性表达模式。Hu等人[19]的研究表明,RAD51AP1的高表达与ESCC患者较差的生存率相关,RAD51AP1的下调可诱导ESCC细胞周期阻滞和凋亡,RAD51AP1的表达下调可抑制ESCC细胞的迁移和侵袭。因此,RAD51AP1可能是未来ESCC潜在的治疗靶点。

乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤,虽然手术和化疗等方案带来一定疗效,但其复发率和死亡率仍很高。有研究表明RAD51AP1基因转录在雌激素受体阳性乳腺癌和三阴性乳腺癌中均升高,并与预后不良相关,相反,RAD51AP1 的敲除会降低肿瘤的生长;在体内,限制性稀释研究证明RAD51AP1在乳腺癌干细胞(BCSC)自我更新中发挥重要作用,RAD51AP1 基因敲除通过抑制乳腺癌干细胞的自我更新和相关的多能性来改善放疗和化疗的功效[20]。总之,RAD51AP1通过增加BCSC干细胞自我更新对肿瘤发展和侵袭至关重要,并有望成为对化疗和放疗耐药乳腺癌的治疗新靶点。

3 小结与展望

目前,恶性肿瘤的发病率和死亡率仍较高,严重威胁生命健康,故对于恶性肿瘤的早期发现、诊断及治疗的研究永不过时。我们已得知RAD51AP1参与多种恶性肿瘤的发生发展,其过表达严重影响恶性肿瘤的发展进程,故深入研究RAD51AP1与其相关恶性肿瘤之间的机制和作用,并深入破译其内在的细胞信号转导通路,将有助于未来RAD51AP1相关疾病的临床诊断、预防和治疗。同时,通过更多的实验研究并比较RAD51AP1在匹配的患者肿瘤和对照样本中的表达,以确定其作为肿瘤生物标志物的潜力尤其值得,同时也将增强RAD51AP1的靶向治疗前景。