APE1/Ref-1在卵巢癌中的功能研究进展

吕小慧，郭　欣，李　佳，葛俊丽，刘淑娟，陈必良

(1.第四军医大学西京医院妇产科，陕西 西安 710032；2 解放军第451医院腔镜外科，陕西 西安 710032)



APE1/Ref-1在卵巢癌中的功能研究进展

吕小慧1，郭欣2，李佳1，葛俊丽1，刘淑娟1，陈必良1

(1.第四军医大学西京医院妇产科，陕西 西安 710032；2 解放军第451医院腔镜外科，陕西 西安 710032)

脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1( APE1)，又称为氧化还原因子1(Ref-1)，是一种具有双功能酶活性的生物大分子，不仅具有核酸内切酶活性，能修复DNA的损伤，而且具有氧化还原功能，可通过调控多种转录因子的转录活性实现对基因表达的干预。研究发现APE1/Ref-1在卵巢癌中呈高表达状态，并与肿瘤的发生、发展及预后有关。APE1/Ref-1因其与卵巢癌的密切关系，而成为极具潜力的肿瘤基因治疗的新靶点。该文就APE1/Ref-1的定位、分子结构、生物学功能及其在卵巢癌发生发展研究方面的进展作了一系列的回顾与总结。

脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶；卵巢癌；氧化还原；核酸内切酶

[Abstract]Apurinic/apuriminidic endonuclease 1(APE1), also named redox factor-1 (Ref-1), is a biomacromolecule with bifunctional enzyme. APE1 not only has the endonuclease activity to repair DNA injury, but also has a redox function, which interferes the gene expression by regulating the activity of a variety of important transcription factors. Recent studies have suggested that the expression of APE1/Ref-1 in ovarian cancer is high and it is correlated with tumor occurrence, progression and prognosis. Thus, APE1/Ref-1 becomes a new target for cancer gene therapy because of its correlation with ovarian cancer. In this paper, we made a series of review and summary concerning the allocation, structure and functions of APE1/Ref-1 as well as the research progress in ovarian cancer.

[Key words]apurinic/apuriminidic endonuclease 1 (APE1); ovarian cancer; redox; endonuclease

脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1(apurinic/apuriminidic endonuclease, APE1)又称为氧化还原因子1(redox factor-1, Ref-1)，是典型的生物大分子功能复合体[1]。APE1功能广泛，参与细胞内多种生物学过程，包括DNA损伤修复、氧化应激和多种转录因子的调控[2]。近年，越来越多的研究表明，APE1/Ref-1与多种肿瘤的发生发展及放化疗敏感性相关，被认为是未来癌症治疗中最具潜力的明星分子之一[3-4]，包括卵巢癌、胃肠道肿瘤、非小细胞肺癌、前列腺癌和食管癌等。现将对APE1在卵巢癌诊治方面的研究进展做一综述。

1 脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1的结构

APE1/Ref-1基因定位于人14号染色体长臂，转录区长约216kb，可编码包含318个氨基酸、分子量为35 423 kD的APE1/Ref-1蛋白[5]。APE1/Ref-1蛋白在生物进化过程中高度保守，在人类和哺乳动物中均可发现同源蛋白[6]。APE1/Ref-1主要有2个结构功能域，即N端的氧化还原调控区和C端的DNA修复内切酶活性区[7]。

2 脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1的功能

2.1 脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1的DNA修复功能

DNA最常见的损伤模式为脱嘌呤/脱嘧啶(apurinic/apyrinidinic, AP)位点损伤，常常由氧化应激或自发性水解导致连接碱基和核糖的糖苷键水解造成。AP位点的产生会对细胞造成严重的损害，首先会阻碍DNA的复制，导致遗传的不稳定性，其次对细胞本身有很强的毒性，最后，甚至会诱发细胞本身发生转变[8]。AP位点的产生需要机体内的碱基切除修复(base excision repair, BER)，而APE1/Ref-1则是BER途径的主要限速酶，即APE1的存在可以有效地修复DNA的AP位点损伤[9]。部分学者认为BER途径很可能在肿瘤的发生发展中扮演抑癌角色，而APE1就是启动抑癌功能的起始分子，因此利用外界干预的策略通过作用于APE1/Ref-1蛋白来提高BER活性很可能是一种新的肿瘤治疗方式[10]。

2.2 脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1的氧化还原功能

APE1/Ref-1作为氧化还原活性蛋白，是细胞内氧化应激反应的重要媒介分子。研究表明，处于氧化应激状态的细胞其APE1/Ref-1的表达水平显著上调。由于参与氧化应激的多数转录因子需要半胱氨酸残基处于还原状态，这样才能激活DNA的转录活性，从而调控基因表达[5,10]。APE1/Ref-1可以改变半胱氨酸的氧化还原状态，从而起到类似“基因开关”的作用，即APE1/Ref-1可以通过调控转录因子的活性来影响细胞的增殖、凋亡、分化等细胞生命活动。受APE1/Ref-1调控的转录因子包括c-Fos和c-Jun家族相关成员，这些转录因子与DNA的结合能力都取决于半胱氨酸残基的氧化还原状态[11]。因此，APE1/Ref-1很可能是细胞内氧化应激状态下多种基因表达调控的关键节点。

3 脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1的表达调控

APE1/Ref-1基因的调控包括转录水平和转录后水平调控。在转录水平上，APE1/Ref-1是目前已知的唯一的具有自我调控的DNA修复酶。在APE1/Ref-1基因的启动子区域包括阴性钙反应原件和阳性钙反应原件，APE1/Ref-1可以与阴性钙反应原件协同与阳性钙反应原件结合，负性调节自身基因的表达[5-6]。

APE1/Ref-1的转录后调控主要涉及磷酸化作用和氧化还原修饰。研究表明，细胞内产生的活性氧自由基(reactive oxygen species, ROS)可诱导DNA发生水解、断裂等一系列有害事件，但同时也会使得APE1/Ref-1的表达增加[8]。ROS主要通过两方面增加APE1/Ref-1的表达，一是APE1/Ref-1的亚细胞内定位改变，即细胞质向细胞核的转移；二是激活转录因子增加基因表达。另有研究表明，蛋白激酶C(protein kinase C, PKC)可以对APE1/Ref-1的特定位点进行磷酸化[12]。在甲磺酸甲酯的作用下，白血病细胞内APE1/Ref-1的磷酸化和PKC的活性均增加，但是氧化还原活性并未增加，即APE1/Ref-1的氧化还原活性依赖于PKC的磷酸化。此外，也有研究表明，APE1/Ref-1的磷酸化在其亚细胞内的转运过程中也发挥重要作用[13]。

4 脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1与肿瘤

4.1肿瘤组织中脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1的表达水平

大量研究发现，肿瘤组织中APE1/Ref-1的表达水平发生明显改变。在非小细胞肺癌、胰腺癌、肝癌、大肠癌等肿瘤组织中均已发现APE1/Ref-1的表达增加。在大肠癌组织中，正常的大肠黏膜APE1/Ref-1的表达水平显著低于肿瘤组织，并与临床分期和预后结局相关[14]。研究发现在骨肉瘤中APE1/Ref-1表达水平增高，并与放化疗抵抗和预后相关[15]。在非小细胞肺癌中，高表达APE1/Ref-1组的无病生存期明显短于低表达组[4]。这些结果表明APE1/Ref-1是恶性肿瘤放化疗效果和预后生存的重要影响因素。

4.2肿瘤组织中脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1的亚细胞定位

在肿瘤组织中，APE1/Ref-1的表达水平不仅增加，还会发生亚细胞内定位的改变。以大肠癌为例，在正常的大肠黏膜中APE1/Ref-1主要定位于细胞质中，而在肠上皮中则主要定位于细胞核中，在腺癌中则表现为核浆共存[16]。在肝癌和乳腺癌中也发现类似的现象。这种特殊的分布模式多认为与肿瘤的侵袭能力和预后相关，细胞核内分布型大多有较好的预后，而细胞质分布型则预后较差[17]。

5 脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1与卵巢癌

5.1脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1在卵巢癌中的表达与定位

在卵巢癌的细胞质和细胞核中，APE1/Ref-1均有表达，但是绝对表达量有所不同。有研究通过对135例卵巢癌的组织标本染色发现，APE1/Ref-1在细胞核中的阳性染色更为普遍(97例细胞核阳性，细胞质阳性仅为40例)[3]。张颖等(2008年)研究发现，在卵巢癌组织中，APE1/Ref-1的表达主要有3种形式，即单纯细胞核表达、单纯细胞质表达和核浆共表达。对于卵巢癌不同的病理类型，APE1/Ref-1的表达亦不相同，相比于子宫内膜样癌和透明细胞癌，在浆液性和粘液性癌中APE1/Ref-1的细胞核表达更为明显。研究表明，APE1/Ref-1在细胞核中的表达越多，肿瘤的恶性程度越大，患者能够接受手术治疗的概率也越小。同时，APE1/Ref-1高表达的患者生存期短于低表达患者，然而，与患者的临床分期和组织学分级没有明显的相关性[18]。

5.2 脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1基因多态性与卵巢癌风险

在一般人群中，DNA修复基因的多态性会显著影响自身的修复能力。有研究通过对128个种族的分析发现，APE1/Ref-1基因的编码区有至少13个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)位点，其中6个SNP会引起蛋白质翻译后的氨基酸替换，分别为L44C(CTG→TGT)，D148E(GAT→GAG)，G231C(GGC→TGC)，W267A(TGG→GGG)，Y171I(TAT→ATT)，R237A(CGC→GCC)。Hadi等进一步研究发现，仅L44C(CTG→TGT)，D148E(GAT→GAG)会影响蛋白质的结构[19]。尽管APE1基因的SNP位点较多，但是目前研究最多的为rs1130409，已有多项研究发现rs1130409与多种肿瘤的易感性关系，包括肺癌、乳腺癌、结肠癌、胰腺癌等[20-21]。

APE1/Ref-1的rs1130409位于第5外显子区域，是天冬氨酸到谷氨酸的非同义突变，rs2307486则位于启动子区域。张晓红等(2013年)发现rs1130409和rs2307486位点的SNP与卵巢癌的易感性相关。有研究发现，rs1130409位点的多态性并不会影响APE1/Ref-1的内切酶活性，进而不会影响DNA修复功能，但是其多态性可能会影响与其他基因的相互作用[22]。因此，APE1/Ref-1基因多态性与卵巢癌风险关系仍需进一步研究。

5.3脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1在卵巢癌中的肿瘤耐药性研究

卵巢癌是女性恶性肿瘤中的第4位死因。现阶段化疗药物包括顺铂及其衍生物的化疗方案已经明显改善了患者的生存时间，然而，部分患者也表现出对化疗药物的不敏感。顺铂的抗肿瘤机制为破坏DNA合成和RNA转录，而DNA修复机制是肿瘤细胞产生耐药的主要原因，即APE1/Ref-1很可能与卵巢癌化疗耐药相关。研究发现，APE1/Ref-1的表达强度和定位与化疗敏感性密切相关，APE1/Ref-1在细胞质中表达越多，化疗的敏感性越差，故APE1/Ref-1的表达及定位可作为临床卵巢癌治疗的重要评估手段[23]。另有研究表明，APE1/Ref-1氧化还原区的重组质粒转染的A2780细胞，可以显著降低对顺铂的敏感性，表明APE1/Ref-1的氧化还原功能在卵巢癌化疗耐药中也发挥重要作用[24]。所以，APE1/Ref-1参与卵巢癌的化疗耐药过程，其时空定位的改变可能是产生耐药的基础，但是具体机制仍有待进一步研究，现有的研究推测APE1/Ref-1在化疗耐药中的机制为：APE1/Ref-1的表达水平上调，使得细胞的DNA修复能力增强，从而对抗铂类药物引起的DNA损伤[24]。

5.4 脱嘌呤/脱氧嘧啶核酸内切酶1/氧化还原因子1与卵巢癌生物学行为的研究

APE1/Ref-1是具有DNA修复功能和氧化还原功能的双功能蛋白，故其在细胞的生命活动中具有重要意义。因此近年来对APE1/Ref-1功能的研究成为热点。Ying等[21]从细胞水平探讨了APE1/Ref-1对卵巢癌增殖、凋亡和侵袭的影响，发现下调APE1/Ref-1的表达可以通过Akt信号通路减弱卵巢癌细胞的侵袭潜能和增殖能力。目前关于APE1/Ref-1在卵巢癌中的生物学功能研究不多，但是在其他肿瘤中已有部分研究。Wei等[4]发现在非小细胞肺癌中APE1/Ref-1可以调控上皮间质转换(epithelial-mesenchymal transition，EMT)过程。在骨肉瘤中，APE1/Ref-1可以通过转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)途径调控肿瘤的血管生成[14]。在肝细胞肝癌中，下调APE1/Ref-1可以减弱细胞的增殖和运动能力[25]。APE1/Ref-1与卵巢癌的关系密切，但研究尚不充分，因此，加强对APE1/Ref-1在卵巢癌的研究可能会为科研工作者进一步明确卵巢癌的恶性生物学行为提供新的理论基础。

综上所述，APE1/Ref-1与卵巢癌有着密切的关系，其时空定位的改变与卵巢癌细胞的恶性程度相关，同时还与化疗耐药相关，APE1/Ref-1基因的多态性与卵巢癌的易感性相关。如果能够特异性地调控肿瘤细胞内APE1/Ref-1的表达，将能有效杀伤肿瘤细胞。虽然现有的研究仍十分有限，但是基于APE1/Ref-1的研发将为未来卵巢癌的诊治带来曙光。

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[专业责任编辑：杨筱凤]

Research progress on function of APE1/Ref-1 in ovarian cancer

LYU Xiao-hui1, GUO Xin2, LI Jia1, GE Jun-li1, LIU Shu-juan1, CHEN Bi-liang1

(1.Department of Gynecology and Obstetrics, Xijing Hospital of the Fourth Military Medical University, Shaanxi Xi’an 710032, China;2. People’s Liberation Army 451st Hospital, Shaanxi Xi’an 710032, China)

2016-03-23

国家自然科学基金资助项目(编号：81402133)。

吕小慧(1986-)，女，主治医师，主要从事妇科肿瘤的诊治工作。

陈必良，主任医师。

10.3969/j.issn.1673-5293.2016.08.042

R737.31

A

1673-5293(2016)08-1027-03