乳腺癌中BRCA通路相关基因的研究进展

刘伟玲 郭永军(郑州大学附属肿瘤医院 分子病理科 河南 郑州 450003)

乳腺癌中BRCA通路相关基因的研究进展

刘伟玲 郭永军
(郑州大学附属肿瘤医院 分子病理科 河南 郑州 450003)

BRCA；乳腺癌；FANCD2；PTEN；CHEK2

近年来乳腺癌是女性癌症中最常见和死亡率最高的恶性肿瘤[1]。乳腺癌易感基因BRCA1和BRCA2是与乳腺癌发生有关的重要的抑癌基因，虽然散发性乳腺癌中BRCA1和BRCA2基因突变率不高，但携带BRCA1和BRCA2基因突变的女性发生乳腺癌的概率却较高。BRCA基因已成为遗传性乳腺癌的筛查基因，此外也存在其他易感基因与乳腺癌的发生相关。二代测序的发展使多基因检测成为可能，本文就BRCA基因及其相互作用的乳腺癌易感基因的最新研究进展做相关综述，为乳腺癌的预防与治疗提供理论依据。

BRCA1基因由1990年Hall等[2]发现，定位于17 q21，由24个外显子组成，编码1 863个氨基酸。BRCA1具有转录调控活性及DNA损伤修复功能，参与细胞周期调控，DNA 双链损伤修复，基因的转录调节，细胞凋亡和泛素化等重要的细胞活动。在BRCA1基因中与DNA修复有关的结构域有3个，主要包括：①N-端的锌指结构域；②中间段Rad51结合区；③C端BRCT基序，3个区域任一区域出现突变均可使其基因产生功能，即产生BRCA1基因突变(见图1)。BRCA2基因在1994年由Wooster等[3]发现，定位于13号染色体q12～q13，由27个外显子组成，编码3 418个氨基酸，其基因序列与BRCA1无明显关系。BRCA2基因中与DNA修复有关的结构域主要为Rad51结合区(见图1)。BRCA2的功能主要是通过同源重组和同源重组为基础的DNA断链修复，并且还在细胞生长和DNA损伤监测点控制起作用。

图1 BRCA1和BRCA2基因的结构

研究发现，BRCA1和BRCA2基因突变携带者有很高的乳腺癌发病风险。国内数据显示，BRCA1和BRCA2基因突变携带者70岁时单侧乳腺癌的累积发病风险分别为67.2%和76.8%。与BRCA1不同的是，BRCA2基因突变70岁后乳腺癌的发病率继续增加，到80岁时达93.1%。此外，BRCA1和BRCA2基因突变携带者对侧乳腺癌10 a和20 a的累积发病率分别为19.4%和50.3%[4]。而在西方人口中BRCA1和BRCA2基因携带者70岁时乳腺癌发病风险也明显增加，分别为35%和44%[5]。BRCA基因突变携带的高致癌风险，使得BRCA基因突变的研究更有意义。

1 BRCA通路相关基因

BRCA基因突变的乳腺癌中，除了BRCA1和BRCA2基因突变外，也有其他基因参与，不仅影响BRCA蛋白的表达，而且也影响了乳腺癌的预后。这里主要对乳腺癌FA/BRCA通路和PI3K/AKT通路对BRCA相互作用的基因及其作用机制加以阐述。

1.1 FA/BRCA通路 范可尼贫血(Fanconi anemia，FA)是一种常染色体或X染色体连锁隐性遗传病，表现为骨髓造血功能障碍，常伴发较高的癌症易感性，主要为急性髓性白血病及各种实体性肿瘤。目前发现FA家族有15个基因亚型(FANCA、FANCB、FANCC、FANCD1/BRCA2、FANCD2、FANCE、FANCF、FANCG、FANCI、FANCJ/BRIP1、FANCL、FANCM、FANCN/PALB2、FANCO/RAD51C、FANCP/SLX42)，而这15个基因所编码的蛋白均参与同一条细胞信号转导通路，此通路被命名为“范可尼贫血症信号通路”(见图2)。正常细胞中FA/BRCA通路处于休眠状态，而在发生DNA 损伤时该通路被激活。DNA损伤后，由8种基因蛋白产物(FANC-A、B、C、E、F、G、L、M)组成FA复合体单泛素化FANCD2和FANCI构成的ID复合物，ID复合物激活后又被招募到DNA损伤位点，与下游蛋白PLAB2、BRCA2、BRIP1以及BRCA1、RAD51等多种DNA损伤反应蛋白相互作用，从而通过FA途径修复DNA损伤。

图2 FA/BRCA信号通路作用模式图

1.1.1 FANCD2 FANCD2是组成ID复合物的关键成分，FANCD2的泛素化是FA/BRCA通路的关键步骤，FANCD2泛素化后，在核内靶向与下游蛋白相互作用，促进乳腺癌的形成。FANCF作为一种衔接蛋白，其N端FANCC/FANCE亚单位相互作用，C端与FANCA/FANCG亚单位相互作用，发挥FA复合体的作用，可影响FANCD2的泛素化过程。研究发现，通过沉默FANCF基因，使得FANCD2表达降低，FA/BRCA通路失活，结果显示乳腺癌细胞生长抑制、侵袭力下降，而细胞对化疗药物米托蒽醌、阿霉素、丝裂霉素的敏感性增加[6]。但研究也发现[7]，在家族性乳腺癌中BRCA1蛋白的表达与FANCD2蛋白的表达差异有统计学意义，而散发性乳腺癌中，两种蛋白表达差异无统计学意义。未来FANCD2可作为一种靶点来改变FA/BRCA通路，从而有效治疗BRCA基因突变型乳腺癌。

1.1.2 FANCN(PALB2) FANCN/PALB2(BRCA2的定位和伴随蛋白)是通过与BRCA2的相互作用而被发现的，因其二等位基因的截断突变可导致新型的范可尼贫血(FA-N)。DNA损伤后BRCA1召集PALB2，PALB2再通过与BRCA2的相互作用促进BRCA2以及RAD51在DNA损伤点的积累，促进同源重组修复过程。在遗传性乳腺癌中PALB2基因突变率为5.5%，甚至高于BRCA2基因突变率，而PALB2基因突变携带者发生乳腺癌的风险为33%～58%，提示PALB2可作为BRCA1/2之外的新型筛查基因[8]。研究发现，PALB2基因突变能导致其与BRCA2的结合作用丧失，应用PARP抑制剂能导致合成致死性[9]。

1.1.3 FANCJ(BRIP1) FANCJ/BRIP1定位于17号染色体，紧邻BRCA1(17q21)，基因编码一种新型蛋白BACH1，可以和BRCA1中两个BRCT结构域相互作用。BACH1属于DEAH DNA解螺旋酶家族成员，BACH1和BRCT突变可以抑制BRCA1的DNA断裂修复过程。研究发现，BRIP1突变能导致乳腺癌的发生，BRIP1的高突变率使得BRIP1成为一种新型的靶点，BRIP1抑制剂用于乳腺癌的治疗仍处于研究中[10]。

1.1.4 CHEK2 细胞周期检测点激酶 2(cell cycle checkpoint kinase 2，CHK2或CHEK2)是一种抑癌基因，编码的蛋白为Chk2激酶，其结构特异性区域包含丝氨酸-谷氨酸/丝氨酸-谷氨酰胺氨基酸对(SQ/TQ)富含区，叉头相关结构域(FHA)和靠近C端的蛋白激酶结构域(KD)。DNA损伤诱导ATM基因磷酸化后，进一步激活CHK2，与CHK2激酶N端的SQ/TQ区相互作用，使一系列位点磷酸化，包括BRCA1的Ser988，使细胞周期进程发生阻滞，同时激活修复基因的转录，促进细胞对损伤进行修复。此外，BRCA1能够维持染色体的稳定性，然而只有CHK2介导的BRCA1磷酸化才能保证有丝分裂纺锤体准确的形成。CHK2的缺失会影响BRCA1对微管着丝粒的形成作用，导致染色体不稳定[11]。CHK2在有丝分裂的这种功能为癌症治疗提供了新的观点。研究发现，CHK2抑制剂AZD7762联合顺铂治疗，有效抑制了肿瘤细胞的生长[12]。

1.1.5 BARD1 BARD1是1996年由研究人员发现和BRCA1具有相似的环指功能域，可以和BRCA1蛋白结合，并因此而命名。BARD1通过其环指区和BRCA1氨基末端的环指区相互结合，并增强BRCA1的E3连接酶活性。BARD1和BRCA1在多数组织中共表达，在小鼠中两者基因的敲除有相似的表型，BARD1和BRCA1形成的这种稳定的复合体，由此猜想BARD1在BRCA1基因的表达过程中扮演着辅助角色[13]。此外，BARD1在散发性乳腺癌以及BRCA1突变的家族性肿瘤中突变并过度表达[14]。当BRCA1和BARD1的基因产物数量相称时，诱导细胞存活和DNA的修复，如果BARD1产物超过BRCA1则诱导凋亡[15]。然而在BARD1突变和乳腺癌的风险评估的Meta分析中，并没有发现BARD1突变能增加乳腺癌的风险[16]，具体作用机制需要进一步研究。

1.1.6 RAD51 DNA修复蛋白Rad51是由1993年首次被Shinohara等[17]克隆，是一种DNA依赖性ATP酶。研究者把Rad51、BRCA1和BRCA2作为一个复合体研究其对乳腺癌的预后和预测的作用，发现在早期乳腺癌中Rad51/BRCA1/BRCA2复合体低表达的乳腺癌预后差，但对放疗敏感。Jakubowska等[18]已证实，Rad51单核苷酸多态135G/C是BRCA1/2突变乳腺癌的重要调节因素。Rad51可通过BRCA1使细胞周期停滞在某一特定阶段，再进行DNA修复。BRCA2则通过与Rad51结合，对Rad51进行功能调控。研究表明，RAD51单核苷酸多态可增加BRCA2突变的携带者的致病率，而对BRCA1突变者或非突变者无影响[19]。具体机制是复杂的，有待进一步研究。

1.2 PI3K/AKT通路

1.2.1 ATM ATM是引起毛细血管扩张性共济失调症(ataxinet-lanigestia，AT)的常染色体隐性突变基因。由Savitsky等[20]在1995年通过原位克隆技术发现。ATM属于磷脂酰肌醇酶(PI3K)相关的蛋白家族的成员。DNA损伤后，ATM受刺激而活化，催化BRCA1基因的磷酸化，进一步激活下游通路，引起一系列的级联反应。研究发现，ATM缺失表达是乳腺上皮细胞恶性转化的一个早期事件，随着乳腺癌进展，ATM缺失也随之进展[21]。ATM抑制剂也能对于BRCA1缺陷的细胞通过累积的DNA双链断裂产生合成致死性，为BRCA1突变型的乳腺癌提供了一种新型疗法[22]。

1.2.2 PTEN PTEN是一种抑癌基因，DNA损伤后，PTEN作用于染色体并上调RAD51基因的表达，减少双链断裂的发生率。PTEN在PI3K/AKT信号通路起着重要作用，PTEN基因突变，能激活PI3K/AKT通路导致细胞增殖及分化的紊乱，促进肿瘤的发生。此外，BRCA1缺陷也能够激活AKT信号通路[23]。BRCA1和PTEN对PI3K/AKT信号通路具有类似的抑制作用，而两者之间的相关作用机制需要我们进一步研究。研究发现，一些带有BRCA1突变的乳腺癌有较高的PTEN突变率[24]。Martins等[25]猜测在BRCA1相关性乳腺癌中，PTEN是促进乳腺癌进展的初始因素。PTEN和BRCA1在PI3K/AKT通路类似的作用，以及乳腺癌中两种基因共突变的发生，未来联合应用BRCA1和PTEN抑制剂将很有可能更有效促进肿瘤的治疗。

1.2.3P53P53是一种抑癌基因，在细胞周期调控和维持基因组稳定性具有重要作用，也被称为“基因管家”。BRCA1可直接与P53结合，激活P21、Gadd45等下游靶基因，增加DNA修复能力。而且P53也可以调控BRCA2转录[26]。研究发现P53基因突变患者对EC(表阿霉素+环磷酰胺)、TC(紫杉醇+环磷酰胺)及TAC(多西他赛+阿霉素+环磷酰胺)方案新辅助化疗并不敏感，未突变患者则对TAC方案新辅助化疗有较高的敏感性，可能为指导实际临床用药提供一定的理论依据[27]。

1.3 其他 研究表明，除了上述基因在乳腺癌的发生中可能对BRCA1和BRCA2基因产生影响，还有其他基因也可能产生影响，如由MRE11、NBS1、RAD50组成的MRN复合物及OGG1基因也会与BRCA1和BRCA2基因发生作用[28-29]。具体机制有待进一步研究。

2 结语

BRCA1和BRCA2在乳腺癌的发生中和多种基因发生关联，共同促进乳腺癌的发生，基因的发展是复杂的，但上述基因和BRCA基因相互作用都是直接或间接通过FA/BRCA通路，或者通过影响PI3K/AKT通路发挥作用，提示我们需更加深入研究上述两个通路的具体作用机制。二代测序、PARP抑制剂及PI3K抑制剂的发展给BRCA突变乳腺癌的治疗带来了新的进展。我们只有深入了解BRCA基因通路各种基因的相互作用，找到更多的基因靶点，才能为BRCA基因突变型乳腺癌的靶向治疗提供更多的研究方向。

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2016-04-22)