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DNA错配修复基因hMLHl与肿瘤及
化疗耐药相关性的研究进展
410011长沙
中南大学湘雅二医院肿瘤科
吴俚蓉综述,胡春宏1审校
【摘要】DNA是牛命活动最重要的遗传物质。DNA复制产生的误差(碱基错配)是一种莺要的损伤。若DNA损伤
得不到修复,将会导致基凶的突,变,其中一部分突变有利于物种的进化,而另一部分将导致细胞恶化和死亡。DNA错配修复
系统(mismatchrepairsystem,MMR)是人体细胞中存在的一种能识别并修复DNA碱基错配的安全保障系统。到目前为止,已
从人体细胞中共分离克隆到9种MMR基因。hMl。HI基因是一系列DNA错配修复基冈中最蓖要的一种,也是MMR系统的重
要成分,其甲基化可导致MMR缺陷。近年来的研究发现,hMI。H1的失活与肿瘤发生发展有关,并可能因此导致肿瘤对某些抗
肿瘤药物耐药。
【关键词lDNA错配修复系统;hMI.HI;
中图分类号:R730.3文献标识码:A
肿瘤;化疗耐药
文章编号:1009—0460(2009)03—0274—05
Study
progression
ofDNAmismatch
repair
gene
hMLHIincancerandchemoresistance
WU
Li—rong,HUChun一,m,皤.Department
of
Oncology,SecondXiangyaHospitalofCentral—South
Un&ersity,
Changsha
410011.China
Correspondingauthor:HUChun—hong.E—mail:huchunh5829@yahoo.corn.m
【Abstract】DNAisthemost
importantgenetic
materialinlifeactivities.TheerrorinDNA
replication(base
mismatch)isone
ofthemost
vital
DNA
damage.If
this
damage
isnot
repairedefficiently,it
will
eventuallycausegene
mutations.Ononehand,part
of
the
gene
mutationsis
conducive
tospecies
evolution.Ontheother
hand,anotherpart
ofthemcouldleadtocelldeteriorationand
death.DNAmismatchrepair(MMR)isasecuritysystem
ofhuman
cells
for
recognizing
and
repairing
DNAbasemismatch.So
far,
there.areninekindsofMMR
gene
isolatedandcloned
fromhumanceils.hMLHI
gene
isthemost
significant
DNAmismatch
repair
gene,similarly,it
isalsoallimportant
elementofmismatch
repairsystem.Furthermore,hMLH
i
promotermethylation
couldresultin
MMR
deficiency.Basedonrecentstudies,the
hMl.HIinactivationisconcernedwithtumor
development
and
progression,and
it
might
causeantieaneer
drug
resistanceinsometumors.
【KeyWords】DNAmismatch
repairsystem;hMLHI;Tumor;Chemoresistance
lMMR基因的结构与生物学特性
MMR(mismatchrepairsystem)基因最初是在1994年由
Bronner等…在研究遗传性非息肉性结直肠癌(HNPCC)的过
程中分离出的一组遗传易感基因,其中的hMLHI是研究较
多的一个摹凶。MMR是从细菌、酵母到人体细胞郁存在的
一种能修复DNA错配碱基的酶分子组成。DNA的复制、修
复、重组过程各司其职。以保持遗传物质的完整性和稳定性,
MMR在这些过程巾就是主要修复那些在复制中逃脱DNA
聚合酶校对亚啦位检测的错配碱基。
目前发现参与错配修复功能的基因有9个:即hMSH2、●。。‘—…———-一一
1通讯作者,E—mail:huchunh5829@yahoo.I.'Olal.en
hMSH3、hMSH4、hMSH5、hMSH6(GTBP)、hMLHl、hMLH3、
hPMSI和hPMS2,其中hMSH2和hMLHI在遗传性非息肉性
大肠癌(hereditarynonpolyposis
coloreetalcancer,HNPCC)以
及肠道的其他恶性肿瘤巾有较高比例的突变率"o。hMl。Hl
是第二个克隆到的与HNPCC发病有关的错配修复基冈,
hMLHI于1994年被克隆…,为E.eoliMutL的高度M源基
因,它定位于染色体的3P21.3-23,基因组DNA全长约58kb
(不包括启动子),含19个外显子,eDNA伞长2484bp,编码
长度为2
268bp的开放阅读框架。hMl.H1蛋白由756个氨基
酸残基组成,与酵母的MLHI蛋白有4l%的I川源性,保守区
同源性51%【3J。hMLHI蛋白与其功能相对应均定位于细胞
万方数据
监丛胜瘤堂盘壶2Q塑生兰旦筮!垒鲞筮三翅堡垡翌璺盟些里垫型Q望!竺!g赶:塑墼兰Q塑:!型:!垒:盟壁:三・275・
核,在正常细胞组织中表达良好141。hMl,Hl的基本功能是
对DNA复制、基因重组过程中产生的以及外源性损伤造成
的碱基错酉d进行修复,使DNA功能受影响。
MMR基冈是牛物进化过程中的保守基因,MMR基因超
家族属于管家基因,具有修复DNA碱基错配、增强DNA复
制的忠实性.维持基凶组稳定性和降低白发性突变的功能。
MMR编码摹凶的失活可导致基因组的不稳定,特别是在一
些简单的核苷酸重复序列,并导致一些肿瘤的发生。错配
修复基因突变怎样引起肿瘤仍不清楚,可能与F述原因有
关:一方面使DNA复制过程中含简单蕈复序列的同源顺序
发生遗传重组而出现简单蓖复序列长度的变异,表现为肿
瘤细胞中的微卫星DNA不稳定;另一方面,MMR缺陷会使
发生在某些原癌基凶和抑癌基因中的突变得到快速积累,
并最终影响到正常细胞的增殖调控”。J。hMLHI是MMR系
统的蕈要成分,其甲基化町导致MMR缺陷。
人类MMR的修复过程如下:hMSH2与hMSH6形成二聚
体hMutSot或者hMSH2与hMSH3形成异二聚体hMutSl3,首
先识别I)NA错配部位并与之结合;hMutSot复合物只要汉别
单个碱基错配和一个碱基插.K/缺失环(insertion/deletion
loops,IDLs),而hMutSJ3复合物主要识别多个碱基插入/缺失
错配。之后,hMLHI与hPMS2形成异二聚体hMutLa,与
DNA—hMutSct或DNA.hMutSl3复合物结合形成一种暂时性的
复合物并启动修复。hMutin识别有缺口的新牛DNA链作
用,然后由增殖细胞核抗原(proliferatingcellnuclear
antigen,
PCNA)激活瓣状核酸内切酶(flap
endonuclease,FEN—I)降解
从缺L】到错配碱基的一段DNA,最后由DNA聚合酶、核酸外
切酶、复制因子等相互配合填补缺U形成完整DNA链。这
个反应是双向性的,可被DNA聚合酶抑制剂阻断,其过程不
需要半甲基化(heminethylated)的脱氧核糖核酸一d(GATC)序
列作为信号,而需要链上一个持续存在的缺口作为信号。最
近随着hMSH3被克隆,发现hMSH3也能与hMSHI相互作
用,hMSHl/hMSH3Lsj复合也与错配修复有关。hMSHI/hM—
SH3异二聚体可能在修复插Ⅳ缺火袢中起作用,在hMSH3
异常的培养细胞中也发现'r微卫星不稳的现象。反应伞过
程依赖于整个MMR系统的协同作用,其巾任何一种产物功
能的丧失都将导致错配修复系统功能异常,使DNA复制精
确性F降、整个基因组不稳定,最易观察到的表犁即为微卫
星的不稳定(microsatelliteinstability,MSI)。MSI常被用做错
配修复系统功能缺失的标志。
2hMLHI启动子区甲基化与肿瘤
2.1hMLHI基因甲基化引起肿瘤发生的机制现代肿瘤学
理论认为一。1“,在肿瘤形成过程中包含两大类机制:一个是
通过I)NA核苷酸序列改变而形成突变,即遗传学层面,已经
得到证实;另一个就是表观遗传学(Epigenetics)机制,即
DNA核苷酸序列不变,通过DNA自身化学修饰方式从转录
水平影响基因的表达,这种变化可通过减数分裂遗传。表观
遗传学研究包括染色体重塑、DNA甲基化、x染色体失活、非
编码RNA调控4个方面,任何一方的异常都将影响染色体
结构和基因表达。导致多凶素疾病以及癌症等。其中DNA
甲基化是最常见的一种DNA修饰,也是研究最多的一种
机制。
DNA甲基化是目前唯一已知的DNA天然修饰方式,即
指牛物体在DNA甲基转移酶(DNA
methyltransferase,DN-
MTs)的催化下,以s一腺苷蛋氨酸为甲基供体将胞嘧啶(C)变
为5’.甲基胞嘧啶(5’一mC)的一种反应。5’.甲基胞嘧啶本
身并不稳定。能白发脱氨基形成胸腺嘧啶,从而影响基因的
正确表达。DNA甲基化是肿瘤中最常见的分子改变之一,包
括基因组总体甲基化水平降低和某些基凶启动子区发生高
甲基化(Hypermethylation)。已确认这种CpG岛高甲基化作
用在肿瘤的发生发展中起重要的作用。
将近一半基因的启动子,特别足管家基因,存在着一个
约o.5kb到数个kb的富含二核昔酸CpGs的Ⅸ域。与人类
基凶组的其余部分相比,该区域CpG几乎I与整体CpG的绝
大部分,这些区域称“CpG岛”。除r印迹基因(imprinting
gene)和失活的女性x染色体上,正常细胞中的CpG岛都是
非甲基化的,这就能让其附近的基因在相应的转录因子存在
的情况F即可表达。而在肿瘤中,数个CpG岛被高度甲基
化。使得邻近的相关基因不能表达。而hMLHI基冈的CpG
岛被高度甲基化而不能表达,就会使肿瘤发生。
DNA通常足以碱基A和T,G和C之间通过氢键互补
而形成稳定的双螺旋结构,当双螺旋DNA之间的配对碱基
由于各种因素的作用而发生配对错误时,就形成rDNA错
配。hMLHI基凶是生物进化过程中的保守基凶。具有修复
DNA碱皋错配,增强I)NA复制忠实性,维持基因组稳定性,
降低自发性突变的功能。DNA错配修复通过纠正复制或重
组过程中出现的错配碱基、诱导DNA严蕈受损的细胞发牛
捌亡,使细胞基因组的稳定性提高近1
000倍。人类MMR蛋
白在进化过程中是高度保守的,在双链特异件错配修复和
错配修复依赖件凋亡信号传导起始过程中发挥重要作用。
hMl。HI基因编码基因的失活可导致基因组的不稳定,特别
是在一些简单的核甘酸重复序列,并导致一些肿瘤的发生。
错配修复基闪突变引起肿瘤的机制仍不清楚,可能与
下述原凶有关:一方面使DNA复制过程中含简单重复序列
的I司源顺序发生遗传重组而f{j现简单重复序列长度的变异,
表现为肿瘤细胞中的微卫星DNA不稳定;另一方面,MMR
缺陷会使发生在某些原癌基}大l和抑癌基因中的突变得到快
速积累,并最终影响到Ⅱ:常细胞的增殖调控拍川。
2.2hMLHl与胃癌在人散发性肿瘤中。胃癌具有较高的
MSI,MMR的突变可导致MSI的产生,因此MMR系统与胃
癌之间存在密切的关系¨“,同时错配修复蛋白hMLHI和
hMSH2减少或丧失也提示肿瘤患者预后不良¨…。研究证
实,在胃癌MSI阳性的肿瘤中存在MMR基因的突变,有学
者探讨了hMLHI启动子甲基化与胃癌的关系,结果显示
万方数据
・276・!癌废胜擅堂盘盘兰Q塑生三旦筮!垒鲞笙三塑£bi望!盟鱼!丝塑Q璺!竺!竺赶:丛!!:2Q塑:y竺!:!垒:№:兰
hMLHI启动子高甲基化达到76.9%,而H证实hMLHI启动
子甲基化与hMLHl转录失活及大部分MSI阳性胃癌中
MMR缺陷有密切的关系。Nan等¨¨对110例胃癌患者以及
220例健康对照者进行了研究,结果发现hMl.Hi启动子超
甲基化与MSI密切相关,MSI阳性患者hM!,Hl启动子甲基
化率达到了71.4%,因此作者提出hM!.HI可能参与了胃癌
的发生。大约20%的胃分化性腺癌证明其肿瘤的发生是由
于hMLHi基因的失活,而hMLHI基冈的失活是通过启动子
CpG岛过度甲基化造成的,并展示了高频率微卫星不稳定性
(MSI—H)oI¥J。Li等¨州对191例胃癌组织、133例胃癌旁黏膜
组织及42例正常胃黏膜组织进行r研究,发现MMR蛋白表
达增高各占92.1%、75.9%、23.8%,结果表明MMR蛋白的
表达能增加胃癌的发牛,并有可能有助于早期预测胃癌的发
生。l七ung等Ⅲ1对82例胃腺癌患者的血清进行研究,通过
甲基化定量PCR检测血清细胞中hMLHl基因的甲基化程
度,发现有41%的患者血清细胞DNA中hMLHl基因有高度
甲基化,并H.通过测定血清中hMLHlDNA甲基化的浓度,发
现在Ⅲ或Ⅳ期患者巾其浓度中位值最高,此研究表明在胃癌
患者血清中DNA甲基化的检测能给诊断和治疗带来一定的
帮助。
2.3hMLHI与肠癌MMR基因发生突变将导致细胞修复
错误碱基的功能降低或缺乏,结直肠肿瘤细胞DNA发生MSI
与DNA复制若错(replication
error,RER)阳性,从而使患者肿
瘤易感。Chaksangchaichot等B¨认为错配修复基闪的失活和
微卫星小稳定性在散发性结直肠癌的发展过程中可能扮演
了一个小町忽视的角色。更为重要的是MMR缺陷会使某些
癌基因和抑癌基l大|的突变得到快速积累,最终影响正常细胞
的增殖凋控。现已基本确定,MMR基因发生突变导致DNA
错配修复系统功能缺陷或丧失是HNPCC肿瘤发生的前提条
件。Ericson等¨纠报道87%的HNPCC有MMR基因的蛋白
表达缺失,其中hMSH2表达缺失率49%,hMl.H1的表达缺
失率为39%。在散发性结肠癌中也发现有MMR系统的功
能缺失,尤其是hMI,Hl和hMSH2的突变是造成某些散发性
结肠癌发生的主要原因。不过在散发性结肠肿瘤hMi.Hl表
达缺失率高于hMSH2。主要是由于hMLHi基因启动子甲基
化导致hMLHI基因的转录和翻译而出现蛋白的表达缺失与
MSI,表明hMLHl基因的突变在散发性结肠癌的发牛过程中
占有重要的地位。,Kazama等㈦o研究分化良好的结卣肠癌及
分化较筹的结直肠癌之间的差异,发现22.6%分化较差的结
直肠癌有hMLHl基因启动子区甲基化,而3.8%分化良好的
结直肠癌有hMLHI基因启动子区甲基化,分化较差的结直
肠癌hMl.Hl基阗甲基化率明显要高于分化良好的结直肠
癌。并认为hMLHI基因动子区甲基化与分化差的结直肠癌
的发牛发展有密切的关系。
2.4hMI.川与卵巢癌Strathdee等Ⅲ’检测93例卵巢癌组
织中hMLHI启动子区甲基化发生,卒为10%,并与蛋白表达
缺失相关,而且卵巢癌组织中hMLHI基因启动子区甲基化
引起表达失活可能与MSI相关。Gifford等m1收集138例号
铂/紫杉醇化疗后复发的患者,检测其化疗前和复发时血浆
DNAhMI.Hl基因甲基化状态。结果发现复发时hMLHI的
甲基化程度升高,其中25%复发病例化疗前未曾检出血浆
hMLHl的甲基化。因而认为,化疗后血浆DNA町见hMl。HI
甲基化和伴随的DNA的MMR缺失,预示患者生存率的降
低。是不依赖年龄与复发时间的独立预测冈子。Scartozzi
等Ⅲ1研究了38例以顺铂为基础化疗的晚期卵巢癌患者肿
瘤细胞中hMLHI表达缺失与其临床疗效之问的关联。hM-
LHI表达缺失组和止常表达组患者中位生存期分别为55个
月和12个月,差别显著(P=0.014)。多因素分析表明,hM—
LHI表达缺失是唯一独立的牛存期预测因子,与晚期卵巢癌
生存改善相关。
2.5hMLHI与肺癌hMl.HI与肺癌也存在密切的关系。
hMLHI启动子甲基化与非小细胞肺癌(NSCLC)的病理牛理
密切相关,并且启动子甲基化是调节其功能降低的重要机
制,hMl.HI功能降低是肺癌的发生发展因素之一。Xinari-
an08等旧刊利用免疫组化方法检测147例肺癌组织,hMSH2、
hMLHI低表达率分别为57.8%、58.6%。Wang等Ⅲ。对77
例可切除NSCLC组织标本研究发现,55.8%组织标本出现
hMLHI蛋白及mRNA表达缺失,并与hMLHl基冈甲基化有
关,并且有72%痰标本中hMI.H1基因有异常甲基化。其结
论认为,hMLHI基冈是错配修复基因影响NSCI.C发生发展
的最主要的一个,而hMLHI基因的缺失最主要的机制又是
其启动子甲基化,并且进一步研究表明痰标本中hMI.HI基
因启动子甲基化町作为NSCLC的一个潜在的诊断指标。
Kouso等∽1对113例NSCLC的研究表明,hMLHl蛋白在肺
癌组织中的表达情况与肺癌患者的生存率无明显相关,并认
为hMLHl蛋白的低表达与遗传的不稳定性有关。
除此之外,hMLHI还与其他许多肿瘤发生有关,如膀胱
癌、乳腺癌、脑恶性胶质瘤、头颈部肿瘤以及妇科肿瘤等。
3hMLHl启动子区甲基化与肿瘤耐药
目Ijl:『认为错配修复基凶hMl.Hl丧失与卵巢痛铂类药物
耐药有关。Strathdee等Ⅲ1研究发现.90%顺铂耐药细胞株无
hMLHI蛋白表达,敏感株仪有1个hMLHI等俯基因启动子
甲基化,但耐药株细胞全都显示2个hMLHI等位基因高度
启动子甲基化。检测完全甲基化的所有部位均有hMLHl表
达的丧失,而部分甲基化可能丧失或有hMI.Hl表达。用甲
基化抑制剂5-azalytidine治疗耐药株,出现hMI。HI冉表达,5.
azalytidine能提高耐药株对顺铂敏感性。故认为hMI。HI启动
子甲基化町能是hMLHI表达丧失的常见机制,也可能是顺
铂耐药的机制。也有人研究MMR丧失导致耐药的旁路复制
作用,枪测经顺铂和I)NA聚合酶抑制荆ahidieolin(Ap)治疗
后卵巢痛细胞株MMR状态,结果显尔其能提高缺乏MMR
表达的细胞株对顺铂的敏感性.MMR丧失与顺铂诱导G:停
滞丧失相火,且经Ap治疗后能部分恢复,认为AP能提高丧
万方数据
监压艘擅堂盘查兰Q塑生三旦筮!垒鲞筮三翅垦垡坠呈堕g!型迥Q些Q!Q赶:丛些:至Q堕:!壁!:!垒:盟竺:兰。277・
失MMR表达的耐药细胞株对顺铂敏感∞¨。Plumb等m】动
物实验研究结果:对凶甲基化导致hMLHl失表达'-3I起耐药
的卵巢癌及结肠癌细胞系A2780/CfflO及SW48裸鼠移植瘤
应用去甲基化药物脱氧5一氮胞苷能涛导hMLHI去甲基化及
其蛋白表达,使移植肿瘤对顺铂、卡铂、替莫唑胺及表柔比星
敏感,进一步证实了hMLHI启动子区甲基化不仅与卵巢癌
发生有父,而且可能是卵巢癌对铂类等细胞毒件药物耐药性
的普遍机制。Watanabe等一引通过MS—PCR研究了36对原发
和继发的卵巢上皮癌.认为在卵巢上皮癌巾hMLHl启动子
甲基化是获得性铂类耐约的重要分子学因素。
有研究证明,hMLHl与肠癌耐药也有一定相关。Meyers
等Ⅲ1研究表明,5一Fu处理结肠癌细胞系后,hMLHI阴性者
较阳性者5-FU更具有耐受性,其机制nJ能在于5-FU损伤
DNA,造成细胞非致死性损伤,hMLHl阳性者竭力去修复损
伤,当修复无望时导致细胞周期停滞,甚至凋亡。而hMLHl
阴性者识别DNA损伤的能力弱,不能产牛触发细胞凋亡的
信号,甚至导致基凶组小稳定性增加,产生对抗癌药物耐药
的突变体。Tajima等”纠进一步证实,hMuts(hMLHI、hMl。H2
二聚体)可特异性识别并与5.FU掺入的DNA结合,启动细
胞凋亡。Aronld等Ⅲ1发现大肠癌细胞系重新表达hMl,Hl
后恢复了对5-FU的敏感性。
众多研究提示错配修复缺陷和对细胞毒性药物耐药有
一定的关联,而在卵巢癌方面研究得最早也最伞面,在肠癌
方面也有学者发现有一定的关系。目前,也有研究发现与其
他肿瘤化疗耐药有关,如Son等H刊通过研究乳腺癌hMLHI
的表达与CAr、CMF化疗方案的疗效关系时发现,hMLHI阳
性与阴性者间CMF方案疗效存在显著性差异。那么,能否
可通过榆测肿瘤细胞hMLHI的表达情况来指导临床化疗药
物的选择,这是临床上作者感兴趣的|'口J题,也是目前研究
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收稿日期:2008—12—31;修叫日期:2009—02一07
万方数据
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