沈 穎，沈培亮，王 旭，王愛云，陳文星，鄭仕中，2，陸 茵，2

（1．南京中醫(yī)藥大學藥學院、2．江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室，江蘇南京 210046）

靶向MTH1治療腫瘤的研究進展

沈 穎1，沈培亮1，王 旭1，王愛云1，陳文星1，鄭仕中1，2，陸 茵1，2

（1．南京中醫(yī)藥大學藥學院、2．江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室，江蘇南京 210046）

中國圖書分類號：R-05；R342．3；R345；R730．5；R977．3

摘要：MTH1（mutT homolog1）是MutT的同源酶，是一種核苷酸焦磷酸酶，主要參與DNA損傷修復過程，尤其在腫瘤細胞的DNA復制過程中發(fā)揮著重要角色。最新的研究表明，MTH1可以清除腫瘤細胞中受損DNA功能結構的氧化構件，使得腫瘤細胞繼續(xù)分裂與增殖，從而維持腫瘤細胞的生存，而更為重要的是正常細胞不需要MTH1，因此，MTH1有可能只與異常的細胞生長密切相關，這使得MTH1作為治療靶點成為人們關注的焦點。該文著重對MTH1與腫瘤關系最新的研究成果進行綜述，探討MTH1維持腫瘤生長的相關機制及其與腫瘤治療的關系，為靶向MTH1治療腫瘤提供新的思路，為腫瘤研究工作者提供重要參考。

關鍵詞：MTH1；腫瘤；分子機制；DNA復制；氧化損傷；治療策略

網絡出版時間：2015－8－10 14：37 網絡出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／34．1086．R．20150810．1437．004．html

腫瘤作為嚴重威脅人類健康的疾病已經引起人們的廣泛關注。隨著現代生物醫(yī)學的發(fā)展，針對腫瘤的靶向治療也取得了重要進展。目前臨床上的腫瘤靶向治療主要是利用藥物靶向腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中關鍵物質，如：DNA、RNA、蛋白質等，以此達到抑制腫瘤發(fā)展的目的［1］。眾所周知，腫瘤細胞有別于正常細胞，具有異常代謝，這種異常代謝會產生大量的氧化產物，損傷氧化脫氧核糖核苷三磷酸（deoxyribo-nucleoside triphosphate，dNTP），從而影響腫瘤細胞中DNA的正常結構［2］。當腫瘤細胞的DNA在復制過程中受損后，會引起腫瘤細胞的凋亡［3］。因此，MutT的同源酶MTH1，作為一種核苷酸焦磷酸酶，充當了“清潔工”的角色，用來清除損傷的dNTPs，維持腫瘤細胞的生存［4］。進一步研究發(fā)現，MTH1參與了多種組織惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程，如胃癌［5］、結腸癌［6］、肺癌［7］及卵巢癌［8］等，MTH1在上述腫瘤組織中均參與了保護腫瘤細胞DNA復制的過程。更為重要的是，MTH1在正常細胞中是非必需蛋白酶，因此，MTH1有可能只與異常的細胞生長密切相關［9］。本文著重對近年來MTH1與腫瘤關系的研究進展進行綜述，探討MTH1維持腫瘤生存的分子機制及其與腫瘤治療的關系，為靶向MTH1治療腫瘤的后續(xù)研究和臨床治療提供重要的參考。

1　MTH1蛋白及其正常的生理功能

MTH1蛋白是MutT的同源酶，廣泛分布于細胞線粒體和細胞核中，同時，在人體有絲分裂后的神經元和上皮增生組織中均有表達［10］。人源性MTH1基因位于第7號染色體短臂第2條帶的第2個亞帶，全長約12kb，共有6個外顯子。MTH1 mRNA在轉錄過程中經過不同的剪接過程形成7種轉錄變體，分別是：1型、2型（2A型、2B型）、3型（3A型、3B型）、4型（4A型、4B型）。在人和嚙齒動物正常細胞中，MTH1可以高效水解氧化脫氧核糖核苷三磷酸，從而防止氧化的dNTP進入DNA雙鏈，損傷細胞的DNA結構功能引起細胞基因突變［11］。研究證實，MTH1可以預防小鼠神經細胞的致突變性和細胞毒性［12－13］。同時有研究發(fā)現，MTH1可以修復年輕吸煙者因吸煙導致肺部DNA結構的損傷［14］，這表明MTH1在正常細胞的DNA結構修復中發(fā)揮了重要作用。而在腫瘤細胞中，MTH1仍然發(fā)揮著保護腫瘤細胞DNA結構的作用，不同的是這種保護作用維持了腫瘤的生存，促進了腫瘤的發(fā)展［15］。最新研究表明，MTH1是介導調控原癌基因KRAS的重要蛋白，抑制MTH1能夠明顯抑制KRAS基因突變誘導的腫瘤發(fā)展［16］。值得注意的是，正常細胞不依賴于MTH1的功能維持生存，因此靶向MTH1治療腫瘤并不影響正常細胞的功能［2］。

2　MTH1表達異常介導腫瘤發(fā)生發(fā)展及分子機制

2．1MTH1的異常表達與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關系 實驗證明，很多組織腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中均出現了MTH1蛋白的異常表達。近年來，大量研究表明通過對不同癌癥患者的病理組織切片與癌旁正常組織的比較研究發(fā)現，腫瘤細胞的生存依賴于MTH1的功能。在Obtulowicz等［17］研究表明，與健康志愿者及有良性大腸腺瘤的志愿者相比，惡性大腸癌患者的MTH1 mRNA的表達明顯升高，進一步研究發(fā)現，惡性大腸癌的產生會導致腫瘤氧化應激，從而促進MTH1表達上調。Borrego等［5］研究發(fā)現，胃癌組織中MTH1的表達明顯上調，切除腫瘤后MTH1的表達水平則呈現下降趨勢，且通

過DNA提取及定量檢測證實，MTH1的表達水平與胃癌細胞的惡性程度成正相關，證明MTH1可以作為檢測肺癌發(fā)展的標志物。Kennedy等［7］研究顯示，與正常肺細胞相比，肺癌細胞的MTH1水平明顯升高，這是因為肺癌細胞區(qū)別于正常肺組織細胞的異常代謝造成了肺癌細胞的氧化應激，這種氧化應激損傷了腫瘤細胞的DNA復制原料，因此腫瘤細胞亟需MTH1清除損傷的DNA結構以維持癌細胞的正常分裂，并且根據MTH1的表達水平差異可以預測肺腫瘤細胞的氧化應激水平，以MTH1作為腫瘤檢測標志物，可將肺癌患者與非肺癌患者進行區(qū)分，為臨床進一步治療提供參考。Bialkowski等［18］利用電離輻射造小鼠氧化應激模型，并檢測氧化應激小鼠腦、肝、腎組織細胞中MTH1基因與蛋白表達，結果顯示模型組小鼠組織細胞中MTH1表達明顯高于對照組，MTH1可以成為檢測細胞氧化應激水平的標志。Okochi等［19－20］研究表明，通過RT-PCR實驗方法證實MTH1在原發(fā)性乳腺癌中的表達異常，進一步研究發(fā)現，異常表達的MTH1可以及時修復乳腺癌細胞受損的DNA結構，在維持乳腺癌的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，通過檢測MTH1水平可以預測乳腺癌的惡性程度。綜上所述，MTH1可以成為檢測腫瘤發(fā)展的新的分子標志物，為臨床治療腫瘤提供參考。

2．2MTH1介導調控腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子機制 已有研究發(fā)現，在腫瘤發(fā)展過程中，腫瘤細胞的活性氧簇（reactive ox-ygen species，ROS）水平會明顯上升，進而誘導原癌基因RAS的突變，而RAS突變則會損傷腫瘤細胞的DNA結構，從而抑制腫瘤轉移，而MTH1則可以通過修復損傷的DNA結構，從而維持腫瘤細胞的轉移能力［21］。

最新研究顯示，MTH1在腫瘤細胞生存中扮演一個核苷酸池消毒酶的重要角色，通過水解氧化型的dNTPs來維持腫瘤細胞的生存和轉移。腫瘤細胞產生高水平的ROS會氧化dNTPs，而氧化的dNTPs進入DNA雙鏈會導致DNA結構損傷，進而增加細胞的毒性，從而導致細胞死亡。MTH1則能夠清除氧化的dNTPs，阻止其進入DNA雙鏈，從而維持腫瘤細胞的正常生長狀態(tài)。當利用siRNA干擾MTH1正常功能后，腫瘤細胞的DNA結構則被損傷，導致腫瘤細胞的p53和p21表達上調，而p53會誘導DNA損傷的腫瘤細胞發(fā)生凋亡，從而抑制腫瘤生長［2］。目前，對于MTH1功能與腫瘤發(fā)生發(fā)展之間關系的機制研究尚不成熟，因此，MTH1與腫瘤發(fā)生發(fā)展的直接關系還有待進一步研究證實。

3　臨床靶向MTH1進行腫瘤治療的策略及前景展望

MTH1作為一種腫瘤特異性的蛋白可以成為治療或干預腫瘤進程的潛在靶點。由于MTH1能夠清除損傷的氧化構件，維持腫瘤DNA的正常結構，提示我們針對MTH1進行腫瘤干預與治療可以采取以下幾種方法：一，針對MTH1蛋白的功能，應用MTH1抑制劑可以誘導腫瘤細胞DNA結構損傷，增加細胞毒性，誘導腫瘤凋亡，從而抑制腫瘤生長。Huber等［22］研究發(fā)現，MTH1促進K-Ras突變腫瘤細胞的增殖，靶向MTH1的制劑SCH5244可以選擇性抑制MTH1的催化活性，抑制小鼠腫瘤生長。TH588和TH287是最新研發(fā)的兩種MTH1蛋白抑制劑，這兩種抑制劑已處于臨床前的藥代動力學研究［23］。最新研究發(fā)現，MTH1抑制劑增加腫瘤細胞氧化損傷，增加細胞毒性，誘導腫瘤細胞凋亡，可以成為靶向治療腫瘤的較好策略［24］。二，針對MTH1轉錄翻譯過程，可以應用MTH1轉錄翻譯抑制劑，抑制MTH1蛋白表達，抑制腫瘤細胞dNTP修復，損傷DNA結構，同樣可以對腫瘤起到干預或治療的效果。三、由于腫瘤細胞的dNTPs損傷是由于ROS水平升高引起，因此可以聯(lián)用促ROS因子釋放劑及MTH1抑制劑，通過提高腫瘤細胞的ROS水平，同時抑制DNA結構損傷的修復，加速腫瘤細胞DNA結構損傷，進而增加腫瘤細胞毒性，從而抑制腫瘤的生長。

DNA結構的完整性在腫瘤細胞生存與發(fā)展過程中起著重要作用。由于腫瘤細胞的異常代謝會產生大量的活性氧自由基［25］，因此會損傷dNTPs結構，而dNTPs是DNA的復制原料，因此腫瘤細胞需要及時有效地清除氧化損傷的dNTPs以維持腫瘤細胞DNA的正常結構功能。MTH1在腫瘤細胞中就扮演了“清潔工”的角色，它可以清除損傷dNTPs的氧化構件，維持腫瘤細胞DNA的正常復制，從而維持腫瘤細胞的生存和發(fā)展。而正常細胞是處于正常代謝狀態(tài)，不依賴于MTH1的蛋白功能維持細胞的正常生長，這一特性使得MTH1作為特異性的治療靶點用于干預和治療腫瘤成為可能。隨著人們對生物化學、遺傳學、癌基因信號轉導等研究的不斷深入，探討抑制MTH1活性對治療或干預腫瘤發(fā)展會是未來一個非常有前景的治療方案。

當然，目前對于MTH1的研究尚不全面，MTH1抑制劑的研發(fā)還僅僅處于臨床前階段，MTH1能否真正成為臨床治療腫瘤的靶點仍然需要進一步的驗證。綜上所述，筆者認為MTH1蛋白有望成為新一類的抗腫瘤靶點并具有廣闊的應用前景。

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Progress in treatment of cancer targeting MTH1

SHEN Ying1，SHEN Pei-liang1，WANG Xu1，WANG Ai-yun1，CHEN Wen-xing1，ZHENG Shi-zhong1，2，LU Yin1，2
（1．College of Pharmacy，Nanjing University of Chinese Medicine，2．Jiangsu Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medicine，Nanjing 210046，China）

Abstract：MTH1（MutT Homolog1）as MutT homologous en-zyme，is a nucleotide pyrophosphatase，mainly involved in DNA damage repair process，especially plays an important role in the process of DNA replication in tumor cells．Recent studies have found that MTH1’s function is responsible for the development of a variety of tumors．Studies have shown that，MTH1 can remove tumor cells’oxidative DNA elements detrimental to the function-al structure，protecting tumor cell division and proliferation，maintaining tumor cell survival，however，normal cells do not need MTH1．Therefore，MTH1 may be only closely associated with abnormal cell growth．This makes MTH1 as therapeutic tar-gets that have been paid much attention．This article reviewed the relationship of MTH1 and tumor，discussed the mechanisms of MTH1 in tumor growth MTH1 and tumor treatment，so as to provide reference for clinical research and treatment of tumor．

Key words：MTH1；tumor；molecular mechanisms；DNA repli-cation；oxidative damage；therapy strategies

作者簡介：沈 穎（1992－），女，碩士生，研究方向：腫瘤藥物治療及其機制，E-mail：shen123y＠yeah．net；陸 茵（1963－），女，博士，教授，博士生導師，研究方向：活血化瘀中藥及其復方抗腫瘤血管生成及對腫瘤轉移、腫瘤微環(huán)境的影響，通訊作者，Tel：025-86798154，E-mail：luyingreen＠126．com

基金項目：國家自然科學基金項目資助（No 81173174）；教育部博士點基金（No 20113237110008）；2013年江蘇高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊計劃

收稿日期：2015－05－09，修回日期：2015－06－19

文獻標志碼：A

文章編號：1001－1978（2015）09－1199－03

doi：10．3969／j．issn．1001－1978．2015．09．004