APE1/Ref-1在肿瘤治疗中的应用前景

多 健，韩秀鑫 综述，应国光，王国文 审校

（天津医科大学肿瘤医院骨与软组织肿瘤科，教育部乳腺癌防治重点实验室，天津市肿瘤防治重点实验室，天津300060）

脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子-1（apurinic/apyrimidinic endonuclease/redox factor-1，APE1/Ref-1）是生物体中一种重要酶类，是一个多功能蛋白。APE1在DNA碱基切除修复途径（BER）中作为人类中最主要的AP（脱嘌呤／脱嘌啶）内切酶，占到AP内切酶活性总体的95%，是保护细胞免除多种DNA损伤药物毒性作用的必须酶。同时APE1在真核生物多个基因的转录中发挥重要的调控作用，是多个基因转录的共同调控因子[1]。APE1自1991年两个不同的研究机构发现其DNA修复活性和氧化功能以后，目前关于其文献有300多篇，发现其在不同的生物研究领域都有重要作用。在过去的研究中，半数的研究集中于其生化功能，作用机制及其蛋白水平的转录调控功能。近来研究发现其在不同肿瘤组织中表达水平及细胞内定位不同，并参与肿瘤的发生发展，有可能成为肿瘤治疗的一个新的分子靶点，因此对APE1与肿瘤关系的深入研究对提高肿瘤的诊治水平有着重大意义。

1 APE1/Ref-1的基本结构和功能

1.1 APE1/Ref-1的基本结构 APE1基因定位于人第14号染色体长臂11.2-12区，包括4个内含子和5个外显子。蛋白约由318个氨基酸残基组成，包含2个不同的功能域，C端区域为DNA修复功能域，赋予APE1脱嘌呤/嘧啶核酸内切酶的活性；N端区域为氧化还原功能域，负责对多个转录因子的氧化还原激活功能。APE1的两个功能域相互独立，互不影响，大量研究已经证实了以上APE1蛋白功能分布特点[2-3]。

1.2 APE1/Ref-1的基本功能 目前多数研究认为APE1最重要的功能是参与DNA损害的碱基切除修复，是BER途径的关键酶和限速酶，对维持基因组稳定性起着重要作用[3]。内源性或外源性应激产生的ROS可引起多种氧化性DNA损伤，如单链断裂、碱基丢失和碱基修饰，而几乎全部DNA氧化性损伤由BER途径修复。在BER途径中AP位点可以由多个不同的特异性DNA糖基化酶参与发生，但只能由APE1进行修复，所以APE1对DNA损伤修复具有重要意义。如果DNA损伤不能被修复，则这些没有被修复的AP位点可以阻止DNA正常复制，产生细胞毒作用导致基因变异,扰乱细胞正常增殖和凋亡，启动癌变的发生[2,4]。APE1的氧化还原功能也非常重要，可以激活多个转录因子，对这些转录因子进行调控。这些转录因子包括AP-1、NFKappaB、CREB、ATF、myb、Pax、HIF-1α、HLF、Egr-1、NF-Y、p53和PEBP2等。APE1维持这些转录因子在胞内的还原活性状态，从而调控细胞周期的增殖和凋亡[5]。APE1的存在对维持细胞生存有着重要作用，APE1缺陷的小鼠胚胎纤维母细胞系无法进行正常传代繁殖，APE1缺陷可以导致小鼠胚胎早期致死，不能正常发育[6]。但造成这种情况的原因尚有争议，近来一些研究发现APE1氧化还原活性参与了胚胎造血过程和CD40介导的B细胞分化并由此调节免疫反应，提示在胚胎发育中APE1氧化还原功能也同样发挥重要作用[7-8]。

2 APE1/Ref-1在肿瘤中的组织分布及与预后的关系

2.1 APE1/Ref-1在正常组织中的表达与分布 研究发现APE1在正常组织细胞中胞内定位有差异性，多数定位于胞核。但近来研究证实在一些高代谢和高生殖率细胞类型，如生殖细胞、淋巴细胞、肝细胞等APE1呈现为胞浆定位。在甲状腺、骨骼肌、部分胃细胞、肾上腺细胞和脑细胞中表现为胞浆和胞核共同定位[9]。目前认为其复杂的定位方式并不是随机发生的，其定位有着重要意义，但机制尚不十分清楚。APE1在不同细胞中定位差异的原因可能与其多功能性有关，其修复功能和转录功能使我们很容易理解胞核定位意义，但胞核外定位的原因尚不清楚。有研究发现胞浆定位可能是APE1参与了线粒体DNA损伤修复。进一步超微结构和生化分析证明APE1胞浆定位与内质网膜有关，并推测在胞浆中维持核转录因子的还原状态，以便这些转录因子进入胞核发挥作用[10]。因此，APE1在胞核外的定位机制尚需进一步研究。此外，有研究证实APE1细胞亚群分布异源性和细胞周期有关，受到细胞内严密调控[11]。

2.2 APE1/Ref-1在肿瘤组织中的表达分布及与预后的关系 近年来众多研究表明APE1基因是一种肿瘤相关基因，在多种恶性肿瘤如肺癌、卵巢癌、宫颈癌、乳腺癌、前列腺癌、骨肉瘤、横纹肌肉瘤、胰腺癌中表达增强并伴有胞内定位改变，出现胞浆定位或者胞核/胞浆共同定位，与肿瘤细胞的恶性转化、浸润和转移、放化疗抵抗、血管生成、增殖凋亡及预后密切相关。通常表达水平低、胞核定位者预后较好，细胞分化程度较好，肿瘤新生血管较少，较少发生淋巴结及远隔部位的脏器转移[3,10,12]。

Yang等[13]发现与正常皮肤和其它皮肤病变（黑痣，发育不良痣）比较，恶性黑色素瘤中APE1表达增高。和正常黑色素细胞比较，不同恶性黑色素瘤细胞系APE1蛋白水平呈倍数增加。在黑痣患者切片中比较黑痣与周边正常皮肤的APE1表达，前者呈现高表达，提示APE1与黑色素细胞转化和生长有关。Puglisi等[14]认为乳腺癌患者中APE1胞核胞浆定位改变与预后不良有关，且是不依赖其他主要预后预测因子如组织学分级、淋巴结有无转移和肿瘤大小的独立因素。在正常卵巢上皮和非肿瘤疾患中APE1表现为胞核表达，而卵巢癌患者中APE1呈胞浆胞核共表达并表达增高，晚期患者中胞浆表达增高更为明显，是肿瘤恶性程度高的标志，和预后不良关系密切[15]。在肝癌中，APE1胞浆定位者预后较差，生存期缩短，作者认为在肝癌活检组织中检测APE1定位情况对判断患者预后有价值。在前列腺癌中，APE1胞核染色强度增加，并部分呈现胞浆染色，提示检测APE1可作为前列腺癌的早期诊断指标[16]。在结肠癌中，APE1呈单独胞核表达和胞浆、胞核共表达，多因素分析发现APE1的胞浆定位提示患者预后不良[17]。Puglisi等[18]发现在非小细胞肺癌中APE1以胞核表达为主，偶有胞浆表达，表达水平高低与组织学类型无关。但在腺癌和伴有淋巴结转移的病例中，APE1胞浆表达者预后不佳。Yoo等[19]的研究非小细胞肺癌组织标本发现，在肿瘤部位APE1定位于胞核和胞浆，而在周围非肿瘤组织APE1定位于胞核。Wang等[20]研究显示，APE1在骨肉瘤中呈高表达，主要定位于胞核，并与良性骨肿瘤有显著差异，而且高表达组患者生存期较短，提示APE1与骨肉瘤恶性生物学行为以及肿瘤的分化不良相关，其在骨肉瘤的发生和演进过程中可能起着重要的作用

3 APE1/Ref-1与肿瘤靶向治疗

既往研究已证实APE1蛋白水平在很多肿瘤组织中过表达，并有胞内分布的异常改变，部分肿瘤中APE1升高还是预后不佳的标志，可见APE1与肿瘤关系十分密切。APE1表达增高与肿瘤对放化疗抵抗有关，所以降低APE1水平可能会调高肿瘤对放化疗治疗的敏感性，从而提高治愈率，达到控制肿瘤进展和改善患者预后的目的。Zhang等[21]将卵巢癌患者分为顺铂化疗有效组和无效组，发现两组间的APE1表达水平及胞内分布均有不同，顺铂化疗有效组APE1表达偏低且多位于胞核，而无效组患者APE1表达较高且胞浆定位者增多。进一步细胞系研究发现APE1高表达的细胞系对顺铂药物抵抗性增加。同样其他学者证实在非小细胞肺癌患者中，顺铂化疗敏感组APE1蛋白水平表达较低，在肺腺癌细胞系实验研究中发现顺铂的药物敏感性与APE1蛋白水平存在剂量依赖性关系。使用腺病毒载体抑制APE1表达后可以提高肺癌细胞对顺铂的药物敏感性[22]。敲除APE1基因以后骨肉瘤细胞对Co60射线以及MMS等DNA损伤剂敏感性显著增加[20]。此外，一些其它研究也证实APE1和许多细胞系放化疗抵抗有关，通过siRNA技术或反义核苷酸技术靶向降低APE1以后可以诱导肿瘤细胞凋亡，提高肿瘤对放化疗的治疗敏感性[12,23]。

APE1是涉及放疗抗性和烷化剂诱导的细胞毒性的重要DNA修复因子。其DNA修复活性可以修复放射线、烷化剂类化疗药物引起的DNA损伤，通过其磷酸二酯酶活性进行BER修复。不难理解，过表达会对放射线和烷化剂产生抵抗。对其修复活性进行抑制可以提高放化疗敏感性。APE1也具有3′-5′的核酸外切酶活性，可以去除DNA脱氧核苷酸的类似物，所以抑制其核酸外切酶活性可以调高化疗药物如吉西他滨的治疗效果[24]。Silber等[25]探讨了APE1基因表达受抑制时肿瘤细胞对烷化剂的敏感性变化，发现APE1内切酶活性上调增强了脑胶质瘤细胞对烷化剂卡氮芥的抵抗性，同时APE1内切酶活性可被活性氧分子激活。Luo等[26]分析了乳腺癌中抑制APE1内切酶修复活性和乳腺癌细胞对烷化剂敏感性的关系，发现APE1活性下降使乳腺癌细胞对烷化剂的敏感性显著增加。

随着APE1基因结构和功能的完全解析，APE1/Ref-1的DNA损伤修复活性可以采用小分子抑制物进行抑制，人为改变APE1的表达水平和修复活性，而后观察细胞对DNA损伤药物敏感性的变化。甲氧胺(methoxyamine，MX)，一种 APE1修复活性的间接抑制剂，本身没有细胞毒性，它可以通过竞争机制和AP位点结合从而阻碍APE1发挥修复作用，实验研究证实MX和卡氮芥、替莫唑胺联合应用可以提高这两个药物的细胞毒作用[27]。硫蒽酮（lucanthone）同样可以抑制APE1修复活性，阻断BER早期修复。硫蒽酮与放疗合用治疗脑转移癌患者较单独放疗者，治疗后可以使肿瘤体积明显缩小。在乳腺癌细胞系中硫蒽酮可以提高替莫唑胺的细胞毒作用[26]。因此，使用APE1修复活性靶向抑制剂和传统治疗相结合，可以提高化疗有效性。

此外，APE1可以通过其氧化还原依赖途径和非依赖途径，介导多个转录因子（如AP-1，NF-B，p53）的转录调控，进而调控细胞生存、增殖和凋亡。近来越来越多研究表明氧化还原功能对细胞增殖也很重要。一项研究证实小分子抑制物E3330可以特异性抑制APE1氧化还原功能，在体外可以抑制卵巢癌细胞和小鼠视网膜血管内皮细胞的增殖[28]。这说明APE1的两个功能都很重要，到底是哪一个功能起到关键作用还不明确，可能在不同的细胞有着不同的作用。这需要发现新的特异性抑制药物来进一步研究证实。

4 展望

APE1基因进一步需要在不同的肿瘤进行更多的基础和临床实验研究，可以作为临床早期诊断和评价治疗效果的潜在标志物，可以提高肿瘤放化疗敏感性，可能会成为多个肿瘤治疗的新的靶点，在临床应用方面有广泛的前景。

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