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DNA修复基因多态性与肺癌易感性的研究进展*

来源:化拓教育网
中国月4 临床2013年第40 ̄.g 9期ChinJClinOncol 2013,Vo1.40,No.9 WWW.cjco.CYI 55l DNA修复基因多态性与肺癌易感性的研究进展:l: 周渝斌摘要综述车国卫审校 肺癌的发生与个体遗传易感性有关,其中DNA修复基因多态性可以引起不同DNA损伤反应,而机体间DNA损伤修 复能力的不同与肺癌的发生有密切联系。DNA修复基因多态性与肺癌易感性的关系已成为当前的研究热点。本文回顾了DNA 修复基因的作用机制及其多态性与肺癌易感性的国内外研究现状,就DNA损伤和修复类型、DNA不同修复途径相关基因的作用 机制及其多态性与肺癌易感性的关系、DNA修复基因多态性与肺癌化疗敏感性的关系几个方面进行综述 关键词DNA修复基因多态性易感性肺癌化疗 doi:10.3969/j.issn.1000—8179.2013.09.015 Analysis of the relationship between DNA repair gene polymorphisms and lung cancer susceptibility Yubin ZHOU,Guowei CHE Correspondence to:Guowei CHE;E—mail:cheguowei@yahoo.com.cn Department of Thoracic Surgery,West China Hospital,Sichuan University,Sichuan Universiyt,Chengdu 6 1 004 1,China This work was supposed by grants awarded to Guowei CHE by the National Natural Science Foundation ofChina(No.81071929) and the Wu Jieping Medical Foundation(No.320.6799.1 1 20) Abstract Lung cancer is associated with individual susceptibility.DNA repair gene polymorphisms lead to different DNA dam— age responses,and the occurrence of lung cancer is closely related to the diverse DNA repair capacities among individuals.The associa— tion of DNA repair gene polymorphisms with lung cancer susceptibility has become a focal point in lung cancer research.We examined local and international publications and reviewed the reported mechanisms of DNA repair genes as well as the relationship between polymorphisms of these genes and lung cancer susceptibility.Our review mainly includes the following:types of DNA damage and re— pair;diferent mechanisms of DNA repair genes and the relationship between their polymorphisms and lung cancer susceptibility;and association ofDNA repair gene polymorphisms with sensitiviyt to chemotherapy during lung cancer. Keywords:DNA repair gene polymorphism,susceptibility,lung neoplasm,chemotherapy 肺癌是目前世界上死亡率最高的恶性肿瘤,且 括烷化剂和碱基类似物对DNA的损伤。各种内源性 发生率逐年上升。研究证明吸烟与肺癌发生有密切 的细胞生理进程也会引起DNA损伤,如正常的细胞 关系,肺癌患者中80%以上是由吸烟引起的。在所有 代谢产生的活性氧分子会使DNA碱基氧化发生单链 吸烟者中,约15%最终会发展为肺癌。且在非吸烟者 DNA断裂(single strand breaks,SSB)。 中也有肺癌发生,这种现象说明肺癌的发生与个体 DNA损伤修复是使受损的DNA恢复正常的序列 易感性有关。其中DNA修复基因多态性对不同个体 结构并维持遗传信息相对稳定。目前已知大概有超 的肺癌易感性有重要作用。因此,本文就DNA损伤 过100个修复酶参与DNA的修复反应,根据其修复 和修复基因多态性这一肺癌分子水平研究热点做一 机制的不同大体上可以分为直接修复、碱基切除修 综述。 复、核苷酸切除修复、错配修复、双链断裂修复、跨损 1 DNA损伤和修复类型 伤合成修复和模板转换修复等。这些损伤修复机制 多种物理或化学的外源性因素及细胞代谢产物 均可称作DNA损伤反应(DNA damage response, 的内源性因素均可引起不同形式的DNA损伤。物理 DDR)。目前大量研究表明由DNA修复基因多态性 因素常见于紫外线和电离辐射引起的DNA损伤。化 所决定的DNA修复酶多态性会引起DNA修复能力 学因素常指突变剂或致癌剂对DNA的损伤,其中包 (DNA repair eapaeity,DRC)的差异,从而在一定程度 作者单位:四川大学华西医院胸外科(成都市610041 1 本文课题受国家自然科学基金项目(编号:81071929)和吴阶平医学基金(编号:320.67991 12O)资助 通信作者:车国卫cheguowei@yahoo.corn.ca 552 中国肿瘤临床2013年第40卷第9期ChinJClinOncol 2013,Vo1.40,No.9 WWW.cjco.ell 上影响着不同个体的肺癌易感性。 2 DNA修复基因多态性与肺癌易感性的关系 2.1直接修复相关基因 直接修复途径可修复0 一烷基一鸟嘌呤引起的损 伤。细胞内的0 一甲基鸟嘌呤一DNA甲基转移酶基因 (O6-methylguanine—DNA methyhrans ferase,MGMT) 2.2.2人类x射线交叉互补修复基因1(X—ray repair cross—complementing group 1。XRCC 1)基因 XRCC 1定 位于人19号染色体长臂区(19q13.2—19q13.3),大小为 31.9 kb,包含17个外显子。编码的XRCC1蛋白作为脚 手架蛋白,通过直接与聚合酶B、DNA连接酶Ⅲ和多聚 ADP核糖聚合酶[poly(ADP ribose)polymerase,PARP] 形成复合物,共同参与因电离辐射和氧化损伤引起的 能有效地修复DNA分子鸟嘌呤O 位上的烷基化损 伤,从而防止细胞癌变和死亡,有MGMT Leu84Phe 和lle143Val两种常见的单核苷酸多态性,其中MGMT 碱基切除修复和单链断裂修复。目前XRCC1主要报道 的有3个单核苷酸多态位点,分别位于第6、9和l0外显 隐性基因状态下的T等位基因(84Phe)和肺癌发生关 系密切…。 2.2碱基切除修复base excision repair,BER)相关基因 对于比较小的DNA损伤如氧化损伤、烷化产物、 SSB等都可经BER机制修复,在BER修复中,受损的 碱基首先会从DNA双链上被切除,然后切除这一小 段受损的DNA链骨架,用一段新合成的DNA链完成 整个修复过程。BER的相关基因有hOGG1(human 8-oxoguanine—DNA N—glycosylase 1)和XRCC I(X—ray repair cross—complementing gene 1)等。 2.2.1 hOGG 1(human 8一oxoguanine—DNA N-glycosyl— ase 1)基因外源性物理、化学因素和内源性的细胞 代谢均可使机体产生大量反应活性氧类(reactive ox— ygen species,ROS)自由基。过多的活性氧会造成多 种DNA氧化损伤,其中鸟嘌呤8位碳原子的氧化为 最常见,其产物8一羟基鸟嘌呤(8-oxoguanine,8-ox— oG)被视为DNA氧化损伤的代表I生产物,可诱导基因 突变、碱基脱落和DNA链断裂,在肺癌发生过程中具 有重要的作用。人体内特异识别8-oxoG并将其切除 修复的酶称为人8一羟基鸟嘌呤DNA糖苷酶(human 8—0xoguanine—DNA N-glycosylase 1,hOGG1)。hOGG1 基因位于人染色体3p25—26区域内,由7个外显子和6 个内含子组成,其编码产物hOGG1蛋白是一个带有AP 裂解酶活性的双功能DNA糖苷酶,其糖苷酶活性可 以切除异常碱基8-oxoG。此外,AP裂解酶活性能在 糖基化产生的可阻断DNA复制的脱嘌呤或脱嘧啶 (AP)位点处将DNA链切除以此修复DNA。 hOGG1基因存在遗传多态性,研究最多的是第7 外显子的第1 245位碱基的C/G多态性,结果使第326 位密码子产生丝氨酸或半胱氨酸,形成hOGG1一Ser326 和hOGG1一Cys326两种蛋白。Liu等 的研究结果显 示DNA修复基因hOGG1的326位密码子c等位基因 和吸烟在肺癌的发展过程中有共同作用。Guan等b 对hOGG1基因Ser326Cy多态性与肺癌风险的Meta 分析结果也表明hOGG1的Ser326Cys多态性与肺癌 发生有相关性,并可增加亚洲人群非小细胞肺癌的 发生风险。 子中,导致的改变依次为C26304T(Arg194Trp)、G27466A (Arg280His)和G28152A(Arg399Gln)。Sreeja等 研究 表明XRCCI的399 AA基因型携带者比GG基因型携带 者有更高的肺癌患病风险(OR=2.1,95%CI:1.224— 3.669,P=0.007)。Huang等 的Meta分析表明XRCCI 基因Arg194Trp多态性是中国内地人1:3的癌症易感因 素。Kim等 研究结果显示XRCC1的 ̄1001581单核苷 酸多态性会增加肺癌的患病风险。而对西班牙南部人 群的研究结果显示:无相关证据表明XRCC1 Arg194Trp 和Arg399Gln多态性与肺癌发生有相关性 。 2.3 核苷酸切除修复(nucleotide excision repair, NER)相关基因 大规模的DNA单链损伤需进行核苷酸切除修 复。主要的相关基因有:ERCC2(XPD)、XPA、XPG 等。核苷酸切除修复交叉互补基因2(excision repair cross complementing group 2,ERCC2)又称为人类着色 性干皮病基因D(xeroderma pigmentosum group D, XPD)位于染色体19q13.2—13-3,由23个外显子组 成,是核苷酸修复途径中的重要修复基因。XPD基 因的蛋白产物具有ATP依赖的5"-3 DNA解旋酶活 性,行使分开双螺旋的功能。有研究发现XPD基因 存在7个单核苷酸多态性位点,目前对位于密码子 156、312、711、751的单核苷酸多态性研究较多 。 意大利的研究者发现ERCC2基因的rs1799793和 rs13181两个单核苷酸多态性与肺癌发生有关 ]。Po— panda等¨。。的病例对照研究结果显示:751Gln/Gln表 型能增加个体患肺癌的风险。Zhan等n¨的Meta分析 结果也显示ERCC2基因的Lys751Gln和Asp312Asn 多态性与肺癌发生风险相关,其中Lys751Gin基因型 的C等位基因会增加白种人中吸烟者的肺癌患病风 险,而Asp312Asn基因型的A等位基因会增加亚洲人 中吸烟者的患病风险。在其他研究中也得出类似的 结果 。 2.4错配修复(mismatch repair,MMR) ̄fN关基因 错配修复机制主要是针对dNTP错误掺人以及 DNA复制过程中因插入或缺失突变形成的环状结构 这一类错误。目前发现的人类错配修复基因主要有 中国肿瘤临床2013年第4O卷第9期ChinJ Clin Oncol 2013,Vo1.40,No.9 WW ̄*/.cjco.cn 553 9种,其中作用最为重要的是hMLH1和hMSH2。 2.5双链断裂修复(double—strand break repair,DS. BR)相关基因 疗,其作用机制为进入细胞内的极少一部分铂类与 DNA结合,形成Pt—DNA加合物,导致DNA的链问或 链内交链,引起DNA复制障碍,从而抑制肿瘤细胞分 裂,诱导细胞凋亡。 细胞的DSB修复机制主要是同源重组修复机制 (homologous recombination,HR)和非同源末端连接修 复机制(nOD~homologous end ioining,NHEJ)。HR是 DNA修复基因多态性所决定的DNA修复能力差 异将直接导致肿瘤细胞对NSCLC铂类药物化疗敏感 性出现个体化差异。在碱基切除修复基因多态性与 种高保真的修复机制,可将受损的DNA恢复原 一状。参与HR修复的关键因子有BRCA1、BRCA2、 RAD51等。而NHEJ是细胞内最主要的DSB修复机 制,其修复途径中不需要同源姐妹染色单体提供正 确的DNA模板,而直接将断裂的DNA双链末端连接 起来,但该机制不是高保真的修复机制。 2.5.1 人类x射线交叉互补修复基因2(x~ray repair cross—complementing group 2,XRCC2) 基因XRCC2 基因位于人类染色体7q36.1,其编码产物作为Rad5l 相关蛋白家族的成员,在同源重组修复过程中发挥 重要作用。XRCC2存在多个单核苷酸多态性(SNPs) 位点,如G4234C、G31479A、C41657T。波兰的研究 者发现XRCC2—4234C中一个或两个C等位基因的出 现对小剂量吸烟的男性具有保护效应 。Zienold. diny等 对挪威肺癌患者的研究表明:XRCC2 (Arg188His)多态性与肺癌患病风险有显著联系。 2.5.2人类x射线交叉互补修复基因3(X—ray repair cross—complementing group 3,XRCC3) 基因XRCC3 基因位于人类染色体14q32.3,编码的蛋白也是Rad51 相关蛋白家族的成员,参与DNA双链断裂修复(DS. BR)。目前对XRCC3与肺癌易感性关系的研究位点 多集中在第7外显子18 067位点c—T转换致使241 密码子发生Thr- ̄-Met替换(Thr241Met)。Popanda等n。。 研究发现XRCC3 241Met/Met基因突变纯合型可提 高个体罹患肺癌的风险(OR=I.29,95%CI:0.85~ 1.98)。Improta等 对意大利南部人群的研究结果显 示XRCC3 241Met等位基因会增加肺癌的发生风 险。但Sun等n 的meta分析结果却显示无明显证据 表明XRCC3 Thr241Met多态性与肺癌风险存在显著 关联。 2.5-3人类X射线交叉互补修复基因4(X—ray repair cross—complementing group 4,XRCC4)基因XRCC4 基因定位于人5号染色体q14.2,蛋白表达产物由 334个氨基酸残基组成,在重组修复的非同源末端连 接(NHEJ)途径中发挥重要的作用。Hsu等 引研究发 现XRCC4 G一1394T的G等位基因与肺癌的发生有 关。但美国研究者的一项Meta分析却表明XRCC4中 的多个单核苷酸多态性与肺癌发生无明显关联 。 3 DNA修复基因多态性与肺癌化疗敏感性的关系 目前肺癌的化疗是以铂类药物为基础的联合化 化疗敏感j生的研究方面,Joerger等乜。。研究发现XRCC1 G 等位基因的突变可以成为预测铂类治疗的肺癌患者 总生存期的独立因素。Butkiewiez等 ¨研究结果显示 XRCC1 Arg399Gln多态性患者对铂类化疗的有效率 较低。在对NER修复基因ERCC2多态性与化疗敏感 性的研究中,Kim等 的研究显示ERCC2的htSNPs rs50872、rs238405、rs238416多态性与接受化疗患者 的总体生存期有关。但也有研究表明ER. CC2Lys751Gln和Asp312Asn多态性与接受铂类治疗 的肺癌患者预后未见明显相关 。另外在对双链 断裂修复基因XRCC3的多态性与化疗敏感性研究方 面,并未发现XRCC3 Thr241Met多态性与肺癌患者铂 类化疗敏感性有明显关联 。 4问题与展望 肺癌作为一种多基因遗传疾病,是在多种因素 作用下、多种基因参与下共同作用而形成的。目前 DNA修复基因多态性与肺癌关系的研究内容非常广 泛,但各个DNA修复基因多态性与肺癌发生风险的 关系有诸多研究结果不一致。可能与以下因素有 关:1)不同种族、地域的人群DNA修复基因的变异有 差异,从而呈现不同的肺癌易感性。2)肺癌作为一 种典型的多基因遗传疾病,其在发生、发展、治疗反 应、预后等方面所表现出来的遗传差异性是由基因 组上一系列相关基因的SNPs群共同作用导致的,是 许多微效基因累加的结果。但目前研究大多集中在 单个DNA修复基因,但几乎所有有意义的SNP位点 与肺癌的关联度均非常微弱,因此对于单个基因的 研究结果仍难以具有实际应用意义。3)可能与其 他尚未发现的基因和作用因子相关。今后有望采 取国际多中心合作的策略以获取更有代表性的大 样本进行研究,并分析各个不同DNA修复基因多态 性与肺癌易感性的共同关系,以期发现与肺癌易感 性相关的危险基因型,并将其作为分子标志物用于 筛选肺癌高危人群,以此对肺癌易感人群进行明确 有效的个体预防。在肺癌治疗中铂类药物的敏感 性也是多因素共同作用的,仅靠分析某几个基因是 很难预测化疗药物的实际敏感性,还需要对更多的 基因多态性进行深入的研究,才能真正实现肿瘤的 个体化治疗。 554 参考文献 中国肿瘤临床2013年第40卷第9期ChinJClinOncol 2013,Vo1.40,No.9 www.ejco.cn 17 Sun H,Oian Y,Zhang X,et a1.XRCC3 Thr241Met polymorphism 1 Zhong Y,Huang Y,Huang Y,et al+Effects of O6-methylgua・ wi山lung cncear nd abladder cancer:a meta-analysis[1].Cancer Sci. 2010,101(8):1777-1782. 18 Hsu NY,Wang HC,Wang CH,et a1.Lung cancer susceptibility nd genetaic polymorphism of DNA repair gene XRCC4 in Taiwan nine--DNA methyltransferase(MGMT)polymorphisms on cancer: a meta-analysis[]].Mutagenesis,2010,25(1):83--95. 2 Liu CJ,Hsia TC,Tsai RY,et 1a.Thejoint effect ofhOGG1 single nucleotide polymorphism and smoking habit oil lung cancer in Tai— Ⅱ1.Cancer Biomark,2009,5(4):159-165. 19 Yu H,Zhao H,Wang LE,et a1.An analysis of single nucleofide polymorphisms of 125 DNA repair genes in Texas genome-wide association study of lung cancer with a repficadon for the XRCC4 wan37.Anticancer Res,2010,30(10):4141-4145. 3 Guan P,Huang D,Yin Z,et a1.Association of the hOGG1 Ser326Cys polymorphism wim increased lung cancer susceptibility in Asins:a ameta--analysis of l8 studies nicluding 7592 c,9¥es nd a8129 controls ̄]. 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