錯配修復基因

錯配修復基因是在遺傳性非息肉性大腸癌（HNPPC）中分離到的一組遺傳易感基因，該系統任一基因突變，都會導致細胞錯配修復功能缺陷，結果產生遺傳不穩定，表現為複製錯誤或微衛星不穩定，因而容易發生腫瘤。

基本介紹

• 中文名：錯配修復基因
• 概述：錯配修復基因是在
• 研究進展：錯配修復基因hMLH1的發
• 檢測：1993年Ionow和Aaltonen等

研究進展

1.11、錯配修復基因hMLH1的發現

大腸桿菌mutS同源的hMSH2之後的MMR家族中的又一個錯配基因的發現。該基因定位於3p21，是細菌錯配修復基因mutl的同源物，與大約30%的HNPCC有關，hMLH1的cDNA全長2484 hp，編碼長度為2268bp的開讀框架，hMLH1蛋白由756個胺基酸殘基組成，與酵母錯配修復基因hMLH1比較有41%的同源性，hMLH1在結直腸癌中可能起著一種看家基因的作用。在部分HNPCC患者中hMLH1基因在第4l位密碼子有一個C—T 突變，使相應的胺基酸殘基由絲氨酸變成苯丙氨酸。另外，在HNPCC的患者中還檢測到了第578至632位密碼子之間的雜合性缺失及從第727位密碼子的第一個核苷酸開始的4個核苷酸的缺失，在另外一些病例的第519位密碼子則存在一個T的插入，造成hMLH1蛋白產物的羧基端238個胺基酸殘基的缺失。另外，張曉梅等在結直腸癌患者的體細胞中發現了位於hMLH1基因第ll5l位鹼基T—A的雜合型顛換，導致其第384位編碼胺基酸由纈氨酸(Val)突變為天冬氨酸(Asp)，隨後的研究結果表明，Val384Asp作為東亞人hMLH1基因上的一個多態位點。

1.33、MMR基因hMLH1的檢測

1993年Ionow和Aaltonen等發現，在幾乎所有的HNPCC腫瘤和約12%~15%的散發性CRC中存在著微衛星上的突變，稱作微衛星不穩定性(microsatelliteinstability,MSI)，由此提出了另一條嶄新的途徑——錯配修復途徑。它的基本原理是MMR基因保證了DNA複製的高度保真，一旦MMR基因發生突變或啟動子甲基化引起錯配修復基因失活，導致機體錯配修復功能的降低，進而導致整個基因組的不穩定，MMR功能缺陷的表現型是高度的微衛星不穩定(MSIH)，又稱之為複製錯誤(repliationerror,RER)陽性，從而使某些癌基因和抑癌基因的突變在體內得到快速聚集，腫瘤由此發生，表現為腫瘤細胞的DNA多為二倍體或近二倍體的含量，在此途徑中，hMLH1和hMSH2這兩個MMR基因起主要作用。RER陽性的散發性CRC與RER陰性者相比，具有不同的臨床病理、分子生物學特徵，表現為：發病年齡較輕；多位於近端結腸，且易伴發腸內或腸外其他器官的多發性腫瘤；對某些化療藥物(如5-FU、順鉑等)有原發性耐藥；腫瘤細胞DNA多為二倍體或近二倍體；低分化腺癌、黏液腺癌及印戒細胞癌多見，但較少發生淋巴結轉移，生物學行為較好。近年研究發現，hMLH1蛋白的表達變化結果可以很好地預示MMR功能缺陷的存在。

DNA錯配修復基因(DNA mismatch repair gene)首先在細菌和酵母中發現，在人類基因組中也存在類似物。這種基因的突變在人類遺傳性非息肉型結直腸癌(hereditary nonpolyposis colorectal cancer,HNPCC)和散發性結直腸癌（Sporadic Col orectal Cancer,SCRC）的發病過程中起重要作用。DNA錯配修復基因既非癌基因，也非抑癌基因，是另一類腫瘤相關基因，這是繼癌基因與抑癌基因之後，在腫瘤發病的分子機制方面的又一重大進展。錯配修復基因（MMR）是一類和人類的錯配修復反應有關的基因，包括hMSH2、hMLH1、hMSH3、hMSH6、hPMSH1和hPMSH2等基因。其中，又以hMSH2為尤為重要。

與結直腸癌的關係

2.11、hMSH2基因結構和功能

核苷酸錯配發生於三種情況：即DNA的物理損傷、DNA複製過程中核苷酸的錯誤摻入以及基因重組。DNA聚合酶偶爾能催化不能與模板形成氫鍵的錯誤鹼基的摻入，這種複製錯誤通常由聚合酶3′～5′的校對功能立即予以糾正，再開始下一個核苷酸的聚合反應。在某些特殊條件下，DNA聚合酶將極少的錯誤鹼基遺留在DNA鏈上而未予以糾正，因此，DNA的錯誤修復必須有MMRS參與，它在修復過程中高度特異的識別錯配鹼基，並在此基礎上對其進行雙向切出,此時同樣也依賴於DNA複製時模板鏈和新生鏈的甲基化程度的差異。錯配修復反應既可修復DNA複製過程中出現的鹼基錯配，又可消除由於含簡單重複序列的同源序列間遺傳重組出現的不配對序列，這樣可有效的防止DNA複製差錯的產生。

在DNA錯配修復中,hMSH2蛋白質首先與hMSH6形成一種稱為hMutS α二聚體複合物，並結合到DNA鹼基錯配區，然後與hMLH1和hPSH2基因形成的二聚體hMut L α結合，其中異源二聚體hMutS α起到識別帶有缺口的新生DNA鏈的作用。hMut L α與hMut S α結合到DNA錯配區後，即可激活與Mut H蛋白有關的GATC核酸內切酶，這種酶可切出未修飾的甲基化GATC序列。依賴於Mut S、Mut L及DNA解旋酶(Mut U)的協同作用,隨著新生鏈錯配區的切出，整個修復反應即被啟動。總之,修復反應包括切出含鹼基錯配區的DNA，被切出區域的重新合成以及連線等三個步驟。

2.22、hMSH2基因在結直腸腫瘤中的突變

根據MSI檢出位點的多少，可將散發性結直腸癌分為高頻率MSI(MSI H),低頻率MSI(MSI L)和無MSI(MSS)，MSI H結直腸癌表現為高頻率的TGF-βRⅡ、IGF-ⅡR、BAX、hMSH3基因的移碼突變和低頻率的APC、MCC和DCC的雜合丟失，而MSI L和MSS結直腸癌卻表現為相反結果。最近研究發現，除上述基因改變外，MSI H結直腸癌還表現為錯配修復基因hMSH2和hMLH1錯配修復基因表達的下調等，而MSI L和MSS結直腸癌則無此表現。在MSI的臨床表型方面，MSI H多見於結直腸多發癌,多位於右半結腸，組織學上多為低分化型，少有淋巴結轉移，多數認為惡性程度較低,預後較好。以上說明MSI H散發性結直腸癌無論在臨床病理特點還是在基因改變方面均與MSI L和MSS癌有明顯不同。

在散發性結腸癌患者細胞中檢測到有DNA複製差錯陽性(RER+)的出現，一般散發性結腸癌患者DNA中RER陽性檢出率約為10%～16%，並且在一些具有微衛星DNA不穩定的散發性結腸癌患者細胞中亦篩查出有MMR基因突變的存在。Thibodeau等用位於染色體5、8、15、17、18上11個微衛星位點測508例SCRC（MSI30%為重度RER+），結果：重度RER+SCRC為16.1%，輕度RER+為21.3%，RER-SCRC為62.4%。分析RER+表型與患者臨床病理特徵的關係，輕度RER+SCRC患者其臨床病理特徵與RER-SCRC患者相似；重度RER+SCRC與其他兩型相比，腫瘤患者多為女性，腫瘤多位於近段結腸、為二倍體腫瘤、發病年齡較低及多處於Ducks分期的後期。對其中188例SCRC用免疫組化技術研究hMSH2，hMLH1表達情況，結果顯示，RER-SCRC（129/188）及輕度RER+SCRC（17/188），hMSH2，hMLH1蛋白表達均正常，42例重度RER+SCRC中，38（90%）例hMSH2正常，而缺乏hMLH1表達，2例正常表達，僅2例hMSH2不表達，認為hMSH2表達異常在重度RER+SCRC的發病機制中起重要作用。

2.2 HNPCC 是一種特殊類型的結直腸癌，是由於DNA錯配修復基因(MMR)發生胚系突變所致的一種單基因的顯性遺傳性疾病，又稱Lynch綜合徵，約占結直腸癌總數的15% ～18%。本病約占家族性結直腸癌的50%，採用阿姆斯特丹標準後，占全部結直腸癌的1%～5%。國內報導發生率占同期收治結直腸癌病例的2.4%。HNPCC以男性多見,男女之比約為2.5∶1。HNPCC是一種常染色體顯性遺傳性疾病,外顯率高達80%～85%。1993年Aaltonen等首先研究發現，遺傳性非息肉性結直腸癌中存在一種DNA錯配修復基因，該基因的改變可引起微衛星不穩定性（MI）。現在已分離和鑑定的與HNPCC有關的基因主要有hMSH2、hMLH1、hPMS1和hPMS2，他們分別定位於染色體2p21-22、3p21、2q31-33和7p22。目前已檢測到hMSH2的突變為MMR中最易檢測的突變，其突變檢出率為21%～54%。這種突變主要為單鹼基的改變和由於鹼基的缺失和插入引起的移碼突變，導致下游提前出現終止密碼，而使蛋白截斷或功能缺失。hMSH2的突變主要位於其後面的外顯子上。研究證明，在HNPCC發病中起主要作用的是hMSH2和hMLH1基因,大約半數的HNPCC可檢出hMSH2或hMLH1基因突變。國內王亞平等分析了HNPCC患者外周血細胞DNA錯配修復基因hMSH2、hMLH1的突變，並證實了HNPCC的發生與錯配修復基因的突變密切相關。袁瑛等分析了29個HNPCC家系中，hMSH2基因的突變明顯高於對照組。hPMS1和hPMS2是細菌錯配修復基因mut L的同源物，分別定位於2q31～33和7p22，各包含一個2795bp和2586bp的開讀框架。

當一個家族所具備的臨床病理特點越多,發生HNPCC的可能性越大。再此應強調的是，要重視MMR基因檢測在診斷中的作用，即使只具有一個特點的家系也是如此。如果一個家系具有三項特點以上,或一個家系有3人具有特點，即為HNPCC高危家系，應進一步進行MMR基因突變分析。由於突變分析技術要求較高，操作比較繁雜，花費也大，因此如何選擇基因分析的病例就顯得非常必要。一般認為，對低危家系的結直腸癌先行MSI檢測，然後再對MSI+病例進行突變分析。

2.3 結直腸腺瘤和潰瘍性結腸炎相關性結直腸癌 MMR基因的突變導致MMR系統的缺陷，可引起廣泛的體細胞突變和DNA複製錯誤，MMR功能缺失也可導致一些抑癌基因突變率的增加和突變的積累而促進腫瘤的發生。周琪等發現hMSH2基因蛋白陽性表達率從正常組織、腺瘤不典型增生、腺瘤癌變到腺癌逐漸降低，提示在腺瘤階段已經有MMR的基因的突變或功能異常，並隨其惡性程度的增加，MMR基因的突變頻率也逐漸升高。提示MMR基因的突變，尤其是hMSH2的突變可能是結直腸癌發生的早期事件之一。結直腸腺瘤不但在HNPCC中發生，而且有很多證據說明HNPCC即發生於腺瘤基礎上。HNPCC相關腺瘤與其他腺瘤有明顯不同，可以是單發，也可以是多發，組織學上多為絨毛狀腺瘤，常表現為明顯的異型性，可迅速由腺瘤發展為腺癌，因此亦稱為侵襲性腺瘤(aggressive adenoma)。有關分子生物學研究亦支持HNPCC相關腺瘤具有侵襲性的觀點。大部分HNPCC腺瘤存在基因不穩定性，檢測腺瘤MSI是發現HNPCC的有用方法。由於近來HNPCC有關基因的鑑定，我們可對基因攜帶者進行分子遺傳學診斷，這將使高危人群的數量減少一半。Russell等發現錯配修復缺陷造成的微衛星DNA重複序列數不穩定與HNPCC由腺瘤向癌惡性轉變有關。腺瘤階段，微衛星DNA重複序列數改變的比例明顯低於癌階段。這說明大多數HNPCC在良性的腺瘤階段已有部分基因向不穩定發展，微衛星DNA重複序列數改變速率越快，腺瘤惡變的可能性就越大。

潰瘍性結腸炎個體結直腸癌發生率比一般人群高20倍。Kern等證明微衛星DNA重複序列數的不穩定在潰瘍性結腸炎的異形區和結腸癌細胞中都存在。人類hMSH2基因中一個內含子剪接位點的鹼基T被C替代後，會大大增加8年以上潰瘍性結腸炎患者癌變的可能性。Cawkwell等在38例UCACRC中發現，有1例(2. 4%)存在hMSH2蛋白表達缺失，該例亦表現高水平的MSI。王赫等在研究中發現， 潰瘍性結腸炎相關性結直腸癌(UCACRC)組織中hMSH2蛋白的缺失率很高，為50%(4/8)。儘管在潰瘍性結腸炎伴不典型增生(UD)組織中hMSH2蛋白的缺失率為0，但有4例(1例為重度不典型增生，3例為中度) hMSH2蛋白的表達強度很弱,提示在UCACRC癌前病變組織中可能有hMSH2基因轉錄水平的下降，從而影響hMSH2蛋白的表達,使之不能充分發揮其修復錯配DNA的功能，產生DNA複製錯誤，導致基因變異，癌基因激活或抑癌基因失活，組織發生癌變。目前UCACRC的發生髮展過程中的分子生物學變化仍不清楚,還需要進一步研究和探索。

2.33、hMSH2基因前景與問題

直腸癌基因診斷的工作中，一般多將腫瘤細胞微衛星DNA不穩定檢測作為錯配修復基因（主要包括hMSH2、hMLH1）遺傳性突變分析的初篩指標。由於結直腸癌的發生與錯配修復基因密切相關，且錯配修復基因異常者患結直腸癌的危險性明顯增高,因此，對結直腸癌集中的家族進行錯配修復基因檢測可以確定致癌的風險性從而採取相應的措施，以便早期發現、早期治療腫瘤，可望達到降低病死率、提高生存率的目的。目前已經對包括hMSH2在內的MMR基因缺陷與結直腸癌發生的關係有了深入的研究，仍有些問題期待解決如：MMR基因與癌基因與抑癌基因之間的相互關係；MMR基因缺陷影響細胞調亡的信號轉導與機制尚不明了等。 錯配修復的缺陷和複製旁路的強化是順鉑/卡鉑耐藥的主要機制；奧沙利鉑（樂沙定）目前的基礎研究發現，與順鉑不同的是錯配修復系統缺陷和複製旁路強化不會影響奧沙利鉑（樂沙定）的細胞毒性克服了這種耐藥，因此奧沙利鉑（樂沙定）具有更廣泛的抗瘤活性。