hOGG1基因多态性与肿瘤遗传易感性

殷明伟，蒋 燕，刘 彬

（河南大学 护理学院，河南 开封 475004）

生物体通过有氧代谢或环境因素作用产生活性氧（reactive oxygen species，ROS），机体具有功能完善的抗氧化系统，如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶以及其他抗氧化剂，能及时清除体内的ROS，减少或避免对机体的破坏作用［1］。如果氧化应激超过抗氧化系统所承载的极限，活性氧不能及时被清除，可攻击DNA造成损伤。如果影响到癌基因或抑癌基因，则导致细胞生长周期紊乱［2-3］。氧自由基造成的 DNA损伤被认为是肿瘤发生和发展的重要原因［4］。

1 DNA的损伤与修复

自1984年，Kasai等［5］、Bai等［6］和 Tsuzuki等［7］陆续报道了8－羟基鸟嘌呤（8－hydroxygualline，oh8Gua），由氧自由基攻击DNA或RNA形成，其形成频率高、致突变能力强，是DNA高度突变性损伤产物［5-7］。这种异常碱基不能阻止 DNA 链延伸，在复制时由于空间构象改变能优先与腺嘌呤配对，造成G∶C－T∶A转变（图1），这种碱基颠换是在肿瘤中被发现最早的变异［8］。因此，有人认为oh8Gua是导致细胞转化的一种内源性变异源和氧化损伤的敏感标志物［9-11］。

图1 DNA的氧化损伤及碱基颠换

20世纪60年代发现，细菌和酵母菌有可识别和修复DNA损伤的修复系统，由 MutM、MutY和MutT组成。MutM、MutY的协同作用可修复G∶C到T∶A的碱基颠换。MutT可将oh8Gua或oh8GuaGTP水解成oh8GuaGMP，避免产生G∶T碱基颠换［12-13］。同一时期发现大肠杆菌中有2个编码DNA 糖苷酶的基因fgp（mutM）和 mu2tY（micA），其表达产物可防止oh8Gua的致突变作用，两者中任一基因失活都会导致以G∶C→T∶A颠换为特征的突变。1996年，在酵母中得到了与fgp功能相同的基因yOGG1［14］。虽然fgp和yOGG蛋白之间缺乏结构同源性，但yOGG1缺陷的酵母菌株表现突变表型并特异聚集G∶C→T∶A颠换突变，可认为二者为功能类似物。近来，类似的DNA损伤修复机制也在人体中发现。人类MutM的功能类似物为8－羟基鸟嘌呤糖苷酶1（human 8－oxoguanine DNA glycosylase1，hOGGl），1997 年由 Rosenquist等根据酵母与人类基因的同源性，在人细胞中克隆并命名，并发现其基因产物涉及DNA氧化损伤的修复过程［12，15］。hOGG1 基因可编码切除 oh8Gua 的DNA糖苷酶，虽然MutM和hOGGl在切除oh8Gua时的功能相似，但其空间结构有很大的不同［2，16］。

生物体DNA损伤的修复系统，包括碱基损伤的碱基切除修复 （base excisioll repair，BER）；大段DNA损伤的核苷酸切除修复（nucleotide excisioll repair，NER）；错配和复制叉结构异常的错配修复（mismatch repair，MMR）和双链断裂修复的重组修复（recombination repairing，RR）［17-19］。 参 与 DNA修复的基因多达l00多种，每个修复基因可以参与多条修复途径，每个修复途经也可以由多个修复基因共同参与，这些修复基因的表达降低或功能障碍可影响DNA修复能力。hOGG1基因编码的蛋白通过BER途径特异性识别并切除DNA链中的oh8Gua，参与DNA损伤修复。

2 hOGG1基因的结构与功能

hOGG1基因编码的蛋白能够特异性识别并切除DNA链中的oh8Gua，具有较强的底物特异性［8，10，20］。hOGG1基因 切 除 oh8Gua 使 DNA 骨 架中因丢失碱基形成缺口，称之为AP位点（apurinic site，即无嘌呤或无嘧啶位点），hOGG1蛋白具有AP裂解酶活性，可在糖基化产生的AP位点将DNA链切除，以修复自发碱基丢失或因DNA糖苷酶作用后产生的、可阻断DNA复制的AP位点［15］。hOGG1基因位于人染色体3p25区域内，整个基因由7个外显子和6个内含子组成，起始子ATG和终止子TAG序列分别位于第1和第7外显子中［21］。hOGG1基因主要编码2种蛋白，即hOGG1－1a型，又称αhOGG1蛋白，是由hOGG1基因的1～7的外显子所表达，主要存在于细胞核，修复细胞核染色体的DNA 损伤；hOGG1－2a型，又称βhOGG1蛋白，由hOGG1基因的1～6和第8外显子表达，主要定位于线粒体内［22-23］。由于线粒体内的DNA与氧化还原体系非常接近，更容易受到氧化损伤，如果线粒体DNA修复功能缺失，就会导致线粒体功能失调和一些退 行性病 变［24-25］。hOGG1 对 氧 化 应 激 造 成 的DNA损伤和细胞死亡有保护作用，与oh8Gua结合并将其切除而恢复基因组中正常的G∶C配对［26-27］。此外，hOGG1蛋白可在糖基化产生的 AP位点将DNA链切除，修复自发碱基丢失或因DNA糖苷酶作用后产生的脱嘌呤或脱嘧啶（AP）位点［28］。若hOGG1失活或被人工敲除，细胞修复oh8Gua能力降低或丧失，细胞内遗传物质的突变率比野生型高50倍［29］。

3 hOGG1基因多态性

hOGG1基因具有单核苷酸多态性的特征，基因的突变可能导致DNA修复缺陷，增加肿瘤疾病的发病风险［30-32］。hOGG1基因序列第730、591、1032 处发生G∶C→T∶A、T∶A→A∶T颠换及G∶C→A∶T转换，产生hOGG1蛋白在密码子131、85、232处的变异［33］。hOGG1基因第98密码子处以及在非编码区内存在遗传多态性；第7外显子第1245位碱基C∶G多态性，使326位密码子可编码丝氨酸（Ser）或半胱氨酸（Cys）［10］。资料显示，hOGG1基因第7外显子多态性位点有Ser326Cys、Ser320Arg、Ala334Val和Pro343Leu。第7外显子的第1245位碱基具有C∶G多态性，使第326位密码子产生Ser326→Cys326氨基酸替代［15］。有报道［34-36］hOGG1变异基因型编码的蛋白，清除oh8Gua和修复DNA的能力显著低于hOGG1野生基因型编码的蛋白，体外实验发现Cys326Cys的修复能力比Ser326Ser约低7倍。单一hOGG1基因表位缺失，即可增加细胞变异的机会，如果全部缺失，则hOGG1活性丧失，细胞可能成为恶性转化的危险状态［37-38］。与野生型hOGG1基因相比，hOGG1Ser326Cys基因多态性对DNA的氧化损伤修复有功能缺陷［39］。hOGG1 Ser326Cys基因多态性的功能缺陷可能和线粒体的功能紊乱相互作用，导致肿瘤疾病的发生。在hOGG1第7外显子多态性和肿瘤之间的关联性的研究中，多数学者认为hOGG1多态性的表达可能和肿瘤发病相关。该基因多态性与肿瘤遗传易感性的关系，与人体内oh8Gua含量、hOGG1基因表达及多态性、环境因素、生活习惯以及其他相关基因可能存在着相关的关系。

4 hOGG1基因多态性与肿瘤遗传易感性

肿瘤是直接或间接与基因相关的遗传性疾病，环境危险因素通过一定途径使相关易感基因发生改变并由此导致机体代谢和功能的变化，进而导致肿瘤的发病。对电离辐射敏感的人造血干细胞的线粒体，受电离辐射6h即可产生ROS［40］。ROS的增加可造成DNA的氧化损伤而产生oh8Gua。携带Cys326Cys基因型的健康个体尿中oh8Gua的含量显著增高，hOGG1基因对DNA氧化损伤产物oh8Gua的修复能力明显降低［41］。丙烯醛等致癌物通过诱导修复蛋白的降解抑制DNA的修复作用，使个体罹患肿瘤疾病的风险增加［42］。Bravard等［43］把携带 Cys326Cys基因型的成母淋巴细胞设为实验组，携带Ser326Ser基因型为对照组，用电离辐射诱导嘌呤氧化损伤。产生oh8Gua，细胞经孵育后，用含有类似hOGG1功能的Fpg蛋白碱性溶液洗脱细胞，通过检测洗脱率计算氧化损伤位点数。结果显示，携带Cys326Cys基因型细胞氧化损伤的位点显著高于Ser326Ser基因型细胞，即Cys326Cys基因型增加基因的不稳定性，降低细胞的修复能力。为验证这一观点，研究者分别检测Cys326Cys基因型细胞和Ser326Ser基因型细胞的hOGG1糖苷酶活性，发现携带326Cys等位基因细胞中hOGG1的酶活性低于携带326Ser等位基因的细胞。我们的课题组通过对河南地区汉族人群的研究显示，Cys326Cys基因型是胃癌、肝癌、结肠癌和直肠癌发病的危险基因型。

肿瘤的发病因素与种族、地域、生活环境及肿瘤类型等 有 关。资料［44-47］显示，hOGG1Ser326Cys基因多态性没有增加高加索人患食管癌、Barrett食管和反流性食管炎的发病风险，也不增加前列腺癌的发病风险，但增加土耳其妇女子宫内膜癌及北印度人头颈部鳞状细胞癌的发病风险。hOGG1Ser326Cys等位基因及基因型频率的分布具有地域性，该3种基因型在中国的回族、苗族、壮族、水族与汉族相比分布频率具有显著性差异，苗族326Cys等位基因频率较高，水族326Ser等位基因频率较高［41］。

环境与基因间及基因之间的交互作用在肿瘤的发病过程中不容忽视。香烟刺激机体产生过多的过氧化物和超氧离子，作用于DNA引起其单链断裂和碱基损伤，导致基因突变或细胞癌变。Cys326Cys基因型与吸烟存在交互作用，对肿瘤的发病有显著的相关性［41，48-50］。酒精也是某些致癌物的溶剂，能增加细胞暴露于致癌物的机会而增加DNA损伤的危险性，通过增加致癌物的吸收，影响肝脏生物转化作用，参与致癌过程。我们的课题组通过对河南地区汉族人群的研究显示，Cys326Cys基因型与饮酒的交互作用，增加了胃癌和肝癌的发病风险。

5 展望

oh8Gua是DNA氧化损伤的代表性产物，DNA氧化损伤的修复对维持细胞的完整性至关重要，hOGG1基因的表达产物是特异性识别oh8Gua并将其切除的糖苷酶，对oh8Gua的修复能力可能与肿瘤发病有相关性。hOGG1Ser326Cys基因表达的组织特异性、表达量、酶活性与氧化损伤的程度之间的关系的研究，有助于了解氧化应激与DNA损伤修复酶在肿瘤发生、发展中的作用，为肿瘤的发病预测、早期诊断及治疗开辟一条新的途径。

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