茅靜賢,王佳欣,嚴(yán)雪冰,王 穎

(揚州大學(xué)附屬醫(yī)院 腫瘤科,江蘇 揚州,225000)

基因組不穩(wěn)定性是促進(jìn)惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要因素之一,其與脫氧核糖核酸(DNA)損傷應(yīng)答(DDR)缺陷密切相關(guān)[1]。既往研究[2]表明,DDR主要受磷酸肌醇3激酶(PI3K)蛋白家族、共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變基因(ATM)、ATM及Rad3相關(guān)蛋白(ATR)信號、DNA依賴蛋白激酶(DNA-PK)等因素調(diào)控。DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱβ結(jié)合蛋白1(TopBP1)是調(diào)控ATR信號的關(guān)鍵分子,其在DNA復(fù)制及損傷修復(fù)中發(fā)揮重要作用[3-4]。最新研究發(fā)現(xiàn),TopBP1在乳腺癌、肺癌、胃癌等多種惡性腫瘤中表達(dá)異常升高,且促進(jìn)腫瘤細(xì)胞惡性潛能及耐藥抵抗[5-7]。本文現(xiàn)對TopBP1在惡性腫瘤中的生物學(xué)作用及促癌分子機(jī)制進(jìn)行綜述,以期豐富腫瘤分子理論體系,進(jìn)而為腫瘤的精準(zhǔn)診療提供新的潛在生物標(biāo)志物。

1 TopBP1概述

分子結(jié)構(gòu)上,TopBP1包含9個BRCA1的C端結(jié)構(gòu)域,這些結(jié)構(gòu)域可以和靶蛋白磷酸化殘基結(jié)合,進(jìn)而在有絲分裂期調(diào)控基因組穩(wěn)定性[8]。例如,TopBP1可以和癌源性磷酸酶2A抑制因子(CIP2A)作用形成復(fù)合物,促進(jìn)有絲分裂期染色質(zhì)的穩(wěn)定[9]。TopBP1也可以通過識別DNA損傷檢查點調(diào)節(jié)器1(MDC1)的表面蛋白作用區(qū)域與其結(jié)合,進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞在有絲分裂期的放射敏感性及染色質(zhì)穩(wěn)定性[10]。ATR是調(diào)控DDR的關(guān)鍵酶之一,TopBP1可通過自身ATR激活結(jié)構(gòu)域與ATR/ATR作用蛋白(ATRIP)進(jìn)行互作,進(jìn)而在DNA雙鏈斷裂時刺激ATR活性[11]。然而,有研究[12]發(fā)現(xiàn),當(dāng)DNA雙鏈斷裂時,TopBP1半衰期小于10 min,其招募受MRE11-RAD50-NBS1復(fù)合物及ATM酶活性影響。此外,最新研究發(fā)現(xiàn),TopBP1生物學(xué)作用可能受表觀遺傳相關(guān)分子機(jī)制調(diào)控。例如,應(yīng)激環(huán)境下植物同源結(jié)構(gòu)域指蛋白8(PHF8)介導(dǎo)TopBP1去甲基化,并促進(jìn)TopBP1與細(xì)胞周期檢查點控制蛋白RAD9形成復(fù)合物,最終刺激ATR活性[13]。泛素特異性蛋白酶13(USP13)可以與TopBP1結(jié)合,并通過去泛素化機(jī)制穩(wěn)定TopBP1表達(dá)水平,進(jìn)而激活TopBP1-ATR信號軸[14]。在腫瘤研究領(lǐng)域,ATR在調(diào)控腫瘤細(xì)胞周期、凋亡及藥物敏感性等方面發(fā)揮著重要作用,且已有多個臨床藥物試驗評估ATR拮抗劑治療腫瘤的臨床效果及安全性[15]。TopBP1作為調(diào)控ATR的關(guān)鍵分子之一,對其在腫瘤發(fā)生發(fā)展中作用機(jī)制的深入研究將有助于為基于ATR的腫瘤診療策略提供新思路。

2 TopBP1和腫瘤

TopBP1在腫瘤中的生物學(xué)功能及臨床意義見表1。

2.1 乳腺腫瘤和婦科腫瘤

在基底細(xì)胞樣乳腺癌中,CIP2A和TopBP1直接互作,進(jìn)而調(diào)控DNA損傷介導(dǎo)的G2-M細(xì)胞周期檢查點相關(guān)信號,最終促進(jìn)腫瘤發(fā)生與發(fā)展[16]。MYB作為經(jīng)典促癌轉(zhuǎn)錄因子,在促進(jìn)雌激素受體陽性乳腺癌生長過程中發(fā)揮重要作用,其促癌機(jī)制可能為調(diào)控下游基因TopBP1進(jìn)而影響細(xì)胞同源重組修復(fù)[17]。卵巢腫瘤去泛素化酶6A(OTUD6A)與TopBP1作用并阻斷其與E3泛素連接酶N端識別蛋白5(UBR5)結(jié)合,減少K48連接多聚泛素化,增加TopBP1穩(wěn)定性,最終促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的生長、轉(zhuǎn)移及放化療抵抗[5]。PHF8介導(dǎo)的TopBP1去甲基化促進(jìn)乳腺腫瘤發(fā)生及提示乳腺癌患者不良預(yù)后,而阻斷PHF8-TopBP1信號軸不僅抑制乳腺腫瘤發(fā)生,而且能增強腫瘤對多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶(PARP)抑制劑及鉑類藥物的敏感性[18]。TopBP1也可與乳腺癌易感基因1(BRCA1)及乳腺癌易感基因相互作用蛋白1(BRIP1)作用,三者形成的復(fù)合物能夠影響乳腺癌對PARP抑制劑的敏感性[19]。在臨床研究[20]中,研究者發(fā)現(xiàn),TopBP1單倍體與攜帶BRCA1突變女性人群罹患乳腺癌風(fēng)險顯著相關(guān),提示聯(lián)合TopBP1及傳統(tǒng)易感基因突變檢測有助于乳腺癌早期診斷。ATR抑制劑VE-821作為新型抗卵巢癌藥物用于臨床試驗,而藥敏試驗表明TopBP1蛋白表達(dá)水平與卵巢癌細(xì)胞對VE-821敏感性負(fù)相關(guān),提示其可能介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞對ATR抑制劑耐藥,因此TopBP1高表達(dá)患者可能不適宜參加VE-821相關(guān)臨床試驗[21]。在宮頸癌中,敲低溴結(jié)構(gòu)域蛋白4(BRD4)表達(dá)水平抑制TopBP1轉(zhuǎn)錄,進(jìn)而失活A(yù)TR-Chk1信號通路,最終導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞在S期凋亡及有絲分裂障礙[22]。人類乳頭狀病毒(HPV)16是宮頸癌高危風(fēng)險因素,病毒蛋白E2通過絲氨酸23位點的CK2磷酸化與TopBP1結(jié)合來促進(jìn)病毒的復(fù)制和存活[23]。另一項相關(guān)研究[24]發(fā)現(xiàn),TopBP1在HPV感染的宮頸癌組織中異常高表達(dá),且機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)其通過上調(diào)E2F轉(zhuǎn)錄因子1(E2F1)和p73表達(dá)水平調(diào)控HPV病毒的生命周期。由此可見,TopBP1可能通過促進(jìn)HPV感染間接參與宮頸癌的發(fā)生發(fā)展,因而靶向TopBP1有望成為未來防治宮頸癌新策略。

2.2 呼吸系統(tǒng)腫瘤

在正常細(xì)胞中,AKT磷酸化TopBP1并促進(jìn)其與E2F1作用,進(jìn)而終止DNA復(fù)制;但在肺癌細(xì)胞系H1299中,TopBP1與其相互作用復(fù)制刺激蛋白Treslin作用,進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞中DNA異常復(fù)制,提示其在肺癌增殖中發(fā)揮重要作用[25]。在非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)中,盡管無疾病進(jìn)展生存在TopBP1低表達(dá)患者與TopBP1高表達(dá)患者間差異無統(tǒng)計學(xué)意義,但是前者的總體生存率顯著高于后者,提示TopBP1可作為潛在預(yù)后標(biāo)志物[26]。機(jī)制研究[6]發(fā)現(xiàn),TopBP1可能通過上調(diào)突變P53,促進(jìn)NSCLC細(xì)胞對化療藥物阿霉素的抵抗。后續(xù)機(jī)制研究[27]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),鈣黃綠素乙酰氧基甲酯可通過抑制TopBP1/突變P53信號級聯(lián)增強NSCLC細(xì)胞對阿霉素的敏感性。TopBP1不僅影響肺癌細(xì)胞對化療藥物的敏感性,還可以降低放射治療的效果。轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究[28]發(fā)現(xiàn),TopBP1在放療抵抗的肺癌細(xì)胞中表達(dá)水平顯著升高,并且TopBP1敲低可以顯著延長肺癌腦轉(zhuǎn)移小鼠的生存。總體而言,TopBP1在呼吸系統(tǒng)腫瘤中相關(guān)研究較少,其臨床意義及具體促癌機(jī)制尚未清楚。此外,近年來免疫檢查點抑制劑在肺癌治療中的地位逐漸上升,TopBP1是否在腫瘤免疫中扮演著重要角色也是未來值得關(guān)注的研究方向。

2.3 消化系統(tǒng)腫瘤

在胰腺導(dǎo)管腺癌中,糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)抑制劑可以降解TopBP1,進(jìn)而在單鏈DAN損傷時抑制ATR活性,最終促進(jìn)腫瘤細(xì)胞對吉西他濱的敏感性[29]。TopBP1(3257-A >G)基因多態(tài)性能夠增加吸煙相關(guān)胰腺癌的發(fā)病風(fēng)險,提示其可能協(xié)同吸煙促進(jìn)早期胰腺正常組織的惡性轉(zhuǎn)化[30]。一項基于TCGA的生物信息學(xué)研究[31]表明,TopBP1在胃癌組織中過表達(dá)且提示患者不良預(yù)后。另一項生物信息學(xué)研究[32]提示,含BRCA1/BRCA2復(fù)合體3亞基(BRCC3)可能調(diào)控TopBP1激活同源重組信號通路促胃癌發(fā)生發(fā)展。體外實驗[7]發(fā)現(xiàn),TopBP1在奧沙利鉑耐藥的胃癌細(xì)胞中表達(dá)水平異常升高,機(jī)制研究表明AKT信號介導(dǎo)TopBP1在絲氨酸1 159位點磷酸化,進(jìn)而上調(diào)PARP1表達(dá)水平,最終促進(jìn)腫瘤細(xì)胞耐藥。研究還發(fā)現(xiàn),鋅指蛋白860可能在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控TopBP1表達(dá)水平促進(jìn)I/II期胃癌的術(shù)后復(fù)發(fā),提示TopBP1可作為預(yù)測早期胃癌術(shù)后臨床結(jié)局的潛在標(biāo)志物[33]。拉帕替尼用于治療Her-2陽性的胃癌患者,但耐藥影響其實際臨床效果。研究[34]發(fā)現(xiàn),TopBP1可促進(jìn)檢查點激酶1(Chk1)磷酸化,進(jìn)而誘導(dǎo)Her-2陽性胃癌細(xì)胞對拉帕替尼的抵抗,因此靶向抑制TopBP1有望成為增強拉帕替尼抗腫瘤效果的新方法。一項多中心回顧性臨床研究[35]發(fā)現(xiàn),TopBP1(rs1444601)基因多態(tài)性與結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險成正相關(guān),提示其可作為結(jié)直腸癌早期預(yù)警標(biāo)志物。在腺瘤性結(jié)腸息肉病(APC)基因突變小鼠中,磷脂酶D1(PLD1)通過調(diào)控AKT/TopBP1信號通路抑制腸道腫瘤細(xì)胞的凋亡[36]。另一項研究[37]發(fā)現(xiàn),PLD1/AKT/TopBP1也可激活 Wnt/β-catenin信號,促進(jìn)APC合并 PI3K催化亞基α基因突變的結(jié)直腸癌細(xì)胞的侵襲及克隆形成能力。在BRCA1/2突變的結(jié)腸腺癌細(xì)胞系中,CIP2A和TopBP1作用形成復(fù)合物提高細(xì)胞的生長能力[38]。因此,上述研究提示,TopBP1在結(jié)直腸癌中的促癌效應(yīng)及分子機(jī)制可能因腫瘤細(xì)胞遺傳分子背景不同而改變。

綜上所述,首先,在消化道腫瘤中TopBP1相關(guān)研究在胃腸道腫瘤較多,其在肝膽胰腫瘤發(fā)生發(fā)展中的生物學(xué)作用尚未明確。其次,盡管部分研究證實TopBP1與腫瘤耐藥存在相關(guān)性,但是缺乏多中心大樣本的回顧性研究來確證其預(yù)后價值。最后,TopBP1促癌效應(yīng)及關(guān)聯(lián)分子機(jī)制是否依賴于其基因多態(tài)性或腫瘤分子遺傳背景也是未來值得探究的方向。

2.4 其他腫瘤

在前列腺癌中,TopBP1表達(dá)水平與Gleason 評分、病理分期及腫瘤轉(zhuǎn)移成正相關(guān),且機(jī)制研究[39]表明,其通過激活A(yù)TR-Chk1信號通路促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖及遷移能力。TopBP1也可以通過調(diào)控DDR相關(guān)通路,促進(jìn)神經(jīng)內(nèi)分泌前列腺癌的生長[40]。一項基礎(chǔ)研究[41]表明,TopBP1可通過上述機(jī)制影響角化細(xì)胞分化,推測其可能在皮膚、鼻咽、口腔及食管鱗狀細(xì)胞腫瘤的早期發(fā)生過程中扮演著重要角色。在喉癌中,TopBP1(rs115160714)基因多態(tài)性與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及腫瘤病理分級顯著相關(guān),而生存分析提示TopBP1mRNA及其蛋白表達(dá)水平均與患者總體生存呈顯著負(fù)相關(guān)[42]。筆者團(tuán)隊前期發(fā)現(xiàn),TopBP1在骨肉瘤、粘液纖維肉瘤、脂肪肉瘤及平滑肌肉瘤中表達(dá)異常升高,其高表達(dá)與骨肉瘤患者局部復(fù)發(fā)及低腫瘤壞死率呈正相關(guān),進(jìn)一步體外功能實驗表明,TopBP1促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞對阿霉素及順鉑的抵抗能力[43]?？傮w而言,TopPBP1相關(guān)研究在泌尿系、頭頸部腫瘤及肉瘤中尚處于起步階段,其具體臨床意義及生物學(xué)作用仍需未來更多研究來明確。

3 問題和展望

綜上所述,DDR在維持生理內(nèi)穩(wěn)態(tài)及惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中均發(fā)揮著重要作用。TopBP1作為DDR關(guān)鍵調(diào)控因子之一,參與不同腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移及耐藥,但相關(guān)研究仍面臨諸多挑戰(zhàn)。首先,TopBP1在多數(shù)腫瘤中的表達(dá)情況、臨床價值及生物學(xué)作用仍未清楚,其是否有望作為可靠的泛癌標(biāo)志物有待確證。其次,TopBP1促癌效應(yīng)是否依賴于基因多態(tài)性及腫瘤遺傳分子背景等因素尚未明確。最后,鑒于TopBP1在維持正常生理發(fā)育中也扮演著重要角色,如何精準(zhǔn)靶向腫瘤組織中TopBP1,而不影響其在正常組織中表達(dá)水平顯得尤為重要。相信隨著生物技術(shù)的發(fā)展及對TopBP1了解的不斷深入,其有望轉(zhuǎn)化為腫瘤精準(zhǔn)診療的潛在分子標(biāo)志物或藥物干預(yù)靶點。