BARD1基因与乳腺癌发病机制相关性研究进展

王江涛 综述;孙 刚，马斌林 审校

(新疆医科大学附属肿瘤医院乳腺头颈外科，新疆乌鲁木齐830011)

BARD1基因与乳腺癌发病机制相关性研究进展

王江涛 综述;孙 刚，马斌林 审校

(新疆医科大学附属肿瘤医院乳腺头颈外科，新疆乌鲁木齐830011)

BARD1;乳腺癌;基因多态性;亚细胞定位

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，发病率逐年上升，并有年轻化趋势，严重威胁着女性生命健康，全球每年约有41万的女性死于该病。在我国，乳腺癌的发病率逐年升高，近20年来以3%～4%的速度快速增长，远远高于0.5%的世界平均水平［1］。在许多大、中城市，乳腺癌已居女性恶性肿瘤发病率的首位，且与西方国家相比，我国妇女乳腺癌发病年龄平均低5～10岁。

与乳腺癌发病相关的基因很多，BRCA1基因是近年来发现的高共显乳腺癌易感基因，其与约80%的遗传性乳腺癌以及部分散发性乳腺癌的发生有密切的关系。有研究表明，女性BRCA1基因突变携带者发展成为乳腺癌的比例高达60%～80%，并且其平均确诊年龄要比一般人群提早20多年［2－4］。BRCA1基因编码的蛋白含有多个重要的功能区域，如氨基端的环指区，以及羧基端的BRCT重复序列等，其结构和功能的异常能改变相应编码蛋白的生物学活性和结合能力，在DNA损伤修复、转录调控、细胞周期调控等多种重要通路中发挥肿瘤抑制作用，维护基因组的稳定性，从而在乳腺癌发生发展的多个阶段发挥重要作用［5］。虽然高共显的BRCA1基因突变能够显著增加乳腺癌的患病风险，与家族遗传性乳腺癌密切相关。但乳腺癌中家族遗传性乳腺癌仅占10%～15%。在一般散发性乳腺癌人群中，高共显的BRCA1基因突变频率较低，这些患者发病的遗传因素仍需阐明［6］。因而，近年来针对乳腺癌相关的新基因不断被识别和发现，其中尤以BARD1基因最受关注。

1 BARD1基因的概念及结构

BARD1基因定位于2q34-35，其编码的蛋白是BRCA1相关环指区蛋白，因其能够与BRCA1蛋白的环指功能区相互作用而得名。BARD1氨基端具有一个环指功能区，由第46至90位氨基酸构成，第427至525位氨基酸构成3个锚蛋白重复序列，而羧基端有2个BRCT重复序列功能区，分别由616～653位氨基酸和743～777位氨基酸残基构成［7］。氨基端的环指区及其侧翼序列(8～142位氨基酸)的功能极其重要，BARD1通过此区域与 BRCA1相互结合，并增强BRCA1的E3连接酶活性。而这种活性在DNA损伤应答和修复相关的多种生物通路中是BRCA1所必须的［8－11］。

BARD1基因是在无BRCA1、BRCA2遗传突变的家族性乳腺癌患者以及散发乳腺癌患者中发现突变的新的乳腺癌候选基因，被认为是乳腺癌的另一个高共显候选基因［12－16］。BARD1的结构和功能比较清楚，发现BARD1基因编码区含有5个稀有等位基因频率高于10%的非同义氨基酸多态性(SNPS)，其中Pro24Ser(rslo48los)、Arg378Ser(rs2229571)和 Valso7Met(rsZo70094)为引起氨基酸改变的非同义多态性改变。由于BARD1在乳腺癌的发生中发挥着重要作用，且绝大多数乳腺癌为散发性，故推测BARD1基因的非同义氨基酸改变可影响BARD1蛋白的功能，从而很可能单独或联合与一般人群的散发性乳腺癌的发病风险有关［17］。

2 BARD1基因产物的生物学功能

2.1 BARD1参与的亚细胞定位与乳腺癌发病机制研究 许多蛋白质的亚细胞定位及生物学功能是通过其在胞核－胞质间穿梭运动来调节的。其中BRCA1和BARD1为我们进一步理解蛋白质二聚化对其在细胞核转运及定位的影响提供了一个新的模式系统。BRCA1主要在细胞核内行使其生物学功能，如在DNA损伤修复、转录调控、细胞周期调控等多种重要通路中发挥肿瘤抑制作用，维护基因组的稳定性，从而在乳腺癌发生发展的多个过程中发挥重要作用。而一旦进入胞质则发生凋亡，丧失其生物学功能。有研究认为，BARD1可以结合到与BRCA1的环指结构区及细胞核出核信号(NES)相重叠的区域，形成BARD1-BRCA1异二聚体复合体，进而掩盖了BRCA1的出核转运信号，有效防止了BRCA1蛋白的出核转运，进而保留了BRCA1的生物学功能［18－20］。BRCA1与BARD1能够通过核定位信号(nuclear localization signal，NLS)－核转运蛋白途径进入细胞核，通过NLS与CRM1相互作用输出细胞核。在 Anti-BRCA1显性失活片段及BRCA1 siRNA共同作用下，形成的稳定 BRCA1-BARD1异二聚体开始解离，形成游离的BARD1，其在NLS与CRM1介导下输出细胞核，进入胞质，发生凋亡。同理，BRCA1-BARD1异二聚体在Anti-BARD1显性失活片段的作用下，分解出的BRCA1在NLS与CRM1介导下输出细胞核，进入胞质，发生凋亡，或与中心体、线粒体形成复合体，丧失其生物学功能［21－22］。

很多肿瘤阻遏蛋白如P53、APC、Smad4等在肿瘤细胞中出现了亚细胞定位改变［23］。在某些情况下，这归因于NLS和NES的肽转运序列活性的改变。如APC基因的肿瘤相关变异引起APC蛋白在胞核－胞质间穿梭运动的增强，反之，P53基因突变则减弱其穿梭运动。因此BARD1除可以与BRCA1结合形成稳定的异二聚体，行使BRCA1的多种生物学功能外，还具有独立于BRCA1的细胞凋亡功能，可以通过胞核输出到胞质的细胞信号转导依赖有活性的P53通过线粒体途径介导的细胞凋亡［24］。

2.2 BARD1在诱导细胞凋亡中的作用 研究发现在增殖和凋亡活跃的细胞中，都发现了 BRCA1和BARD1的存在，而且组织细胞增殖或凋亡越活跃，其BRCA1和BARD1表达越多。然而在一些与凋亡相关的细胞中只发现了BARD1的表达，如减数分裂前的精子细胞中只表达BARD1［25－26］。在正常情况下，中枢神经系统不表达BARD1，但在缺氧引起细胞凋亡时则表达BARD1，进一步说明BARD1在细胞凋亡方面发挥重要作用。Irminger-Finger等［27］研究发现，在离体实验中，BARD1的表达随着遗传压力毒性的增大而上调，而这一机制依赖于P53的稳定性及半胱氨酸酶3的活性。在此过程中，BARD1依赖于P53，但要受到BRCA1的调控。对于 BARD1与 P53的结构联系，BARD1通过其第510～604氨基酸残基与P53相连，这一狭窄区域位于ANK与BRCT区域之间，在这一区间内容易发生C557S及Q564H两个基因突变，而该突变与肿瘤发生有关。在细胞系中，Q564H基因的突变容易使BARD1丧失诱导凋亡的功能。有研究发现，当BRCA1与BARD1的基因产物数量相称时，诱导细胞存活及DNA修复功能，而BRCA1基因产物超过BARD1时，则容易诱导细胞凋亡［28－29］。此外还研究表明，乳腺上皮细胞的接触抑制和细胞S期均需要BARD1的参与，抑制BARD1可以诱导癌前表型。

2.3 BARD1在参与DNA修复中的作用 BRCA1蛋白氨基端的环指区及羧基端BRCT重复序列被证实为BRCA1靶向与 DNA损伤诱导聚集点的关键序列［30－31］。该聚集点是由BRCA1蛋白全长中具有相同电离辐射调控点模型的终止域组成的一种融合蛋白标记物。体外研究发现，BRCA1的BRCT区域序列在DNA片段的末端积累并形成聚集点(大约每个聚集点有10个单体)，然而，BRCT区域本身却很少在DNA损伤聚集点染色。BRCA1氨基末端的环指区可以与BARD1聚集结合形成一个由12个单体组成的大分子环状结构，该二聚体作用表现在增强泛素化，并为其提供支架［32］。该二聚体在 DNA修复整合中还需要BRCT与多重的包含磷酸丝氨酸的蛋白靶点，如MDC1，解螺旋酶，BACH1等相互作用［33－34］。BRCA1的BRCT区域中5382insC基因的突变与HCC1937乳腺癌细胞中电离辐射诱导的BRCA1聚集点形成缺失有关。当在 MCF-7细胞中过度表达突变基因5382insC时，也会导致DNA损伤聚集点形成缺失［35］。BRCA1特殊的核内定位模型在DNA修复信号系统中具有广泛的一致性。BRCA1被发现在细胞S期成不连续簇状分布，并且与 RARD1及 RAD51共区域化［36－37］。BRCA1与复制蛋白增殖细胞核抗原共区域化只能在用复制抑制剂－羟基脲治疗的细胞S期观察到。这说明，其复合体可以在DNA损伤点聚集，在DNA修复中起到重要作用［38］。实验用电离辐射把DNA双链断开，将每个成簇的BRCA1在1 h内分成10～40个不同的聚集点，这些不同的聚集点比在S期观察到的体积更小，数目更多，电离辐射通过激活ChK1活性诱导细胞G2～M期停止及BRCA1在该检测点的功能［39］。电离辐射诱导DNA损伤引起PI－3－激酶ATM及ATR激活，引起BRCA1磷酸化和DNA修复蛋白在电离辐射诱导下聚集。参与DNA修复位点形成涉及ATM依赖的H2AX的磷酸化，H2AX是在DNA双链断裂点发现的第1个蛋白，另1组蛋白(作为DNA损伤检测蛋白的介导)MDC1在电离辐射诱导的聚集点中发现，并且这两者在形成磷酸化及核聚集过程中相互作用。BRCA1-BARD1异二聚体可以调节H2AX组蛋白的遍在蛋白化作用，从而诱导H2AX在DNA损伤聚集点中的作用［40－42］。

3 BARD1基因多态性在乳腺癌发病中的作用

BARD1基因存在的3个稀有等位基因频率大于10%的非同义氨基酸多态性Pro24Ser、Arg378Ser和Val507Met中，Pro24Ser变异体基因型为24Pro/Ser和24Ser/Ser，Arg378Ser变异体基因型为 378Ser/Ser。 Huo等［43］通过507例乳腺癌与539例非乳腺癌的病例对照研究，证实BRAD1基因多态性与乳腺癌的易感性有关。他们测序了BARD1中所有的3个共同的非同义多态性改变，发现BARD1中Pro24Ser变异体基因型及Arg378Ser变异体基因型378Ser/Ser与各自的纯合子相比，能够显著降低乳腺癌的发病风险。此外Pro24Ser与Arg378Ser之间基因的交互作用非常明显。在378Ser变异体等位基因携带者中，24Pro/Pro野生型纯合子能明显增加乳腺癌患病风险。但携带Pro24Ser变异体基因型的受试者患有乳腺癌的风险明显降低。Pro24Ser位点突变基因型降低乳腺癌发病风险的效应在52岁以下年龄组、绝经前妇女、无肿瘤家族史和 Arg378Ser位点突变基因型携带者中更强。Pro24Ser多态性位点位于BARD1增强异二聚体泛素连接酶活性的区域，该多态性改变有可能影响异二聚体泛素连接酶活性，进而影响BRCA1/BARD1异二聚体的细胞周期调控、转录调控、DNA修复等肿瘤抑制功能［44］。近年来，Onay等［45］在398例乳腺癌和372例对照的加拿大人群中进行的研究表明，Pro24Ser位点能够降低乳腺癌的发病风险，与野生型CC相比，CT和TT均能够降低20%的发病风险，但差异无统计学意义，这可能与样本量不足或不同种族人群的差异性有关。Ishitobi等［46］在日本人群中也进行了一项关联研究(73例绝经前和70例绝经后乳腺癌患者和155例对照)，但并未发现Arg378Ser位点与乳腺癌易感性有关，然后日本妇女中378Ser突变等位基因频率仅为0.063，显著低于本研究中国人群的0.368和dbSNP数据库中混合人群的0.442，这种显著的差异可能是由于种族差异、小样本所致的选择误差或不同基因分型方法的系统误差。

4 问题及展望

BARD1的作用已经基本明了，如与BRCA1环指区形成稳定的异二聚体，行使BRCA1的多种生物学功能，在DNA损伤修复、转录调控、细胞周期调控等多种重要通路中发挥肿瘤抑制作用，维护基因组的稳定性，还具有独立于BRCA1的促细胞凋亡功能，乳腺上皮细胞的接触抑制和细胞S期也需要BARD1的参与，另外BARD1的亚细胞定位对于维持BRCA1稳定的生物学功能具有重要的作用，其基因多态性也证实与乳腺癌的发展有关。但BARD1与乳腺癌的发生发展的具体关系及详细作用机制尚需进一步研究。

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R737.9;R730.23

A

1673－5412(2011)01－0077－04

国家自然科学基金(编号:30960376);自治区卫生厅科技人才专项科研项目(编号:2009Y19)

王江涛(1985－)，男，硕士，主要从事头颈、乳腺肿瘤的基础与临床研究。E-mail:byjiangtao@163.com

马斌林(1961－)，男，教授，博士生导师，主要从事头颈、乳腺肿瘤的基础与临床研究。

2010－12－28)