错配修复基因与结直肠癌

李皖云

（安徽省宿州市第一人民医院病理科，宿州 234000）

结直肠癌（colorectal cancer, CRC）是普遍性影响公众健康的一种致命性疾病[1]，它属于世界第三大类癌症，也是继男性肺癌和前列腺癌之后的第三类癌症，并且紧位于女性乳腺癌之后排在第二位[2]。据统计[3]全世界每年大约有60万人死于CRC，占所有癌症死亡的8%，因此居于所有恶性肿瘤死因中第四位。2015年在美国发现的132,700例CRC患者中近5万人死亡[4]。这种现象是主要归为内外因素相互作用的结果，例如化学制剂、吸烟、饮酒和脂肪代谢均可引起DNA损伤，从而增加罹患CRC的几率。其中高达35%的CRC是由遗传因素引起的，但目前只有5%到10%的CRC主要由MMR基因和腺瘤性息肉病基因的高危突变所致[1]。

1 错配修复系统的组成成员

1993年，Fishel等第一次发现人类MMR基因hMSH2，随后 hMSH3、hMSH4、hMSH5、hMSH6、hMLH1、hMLH2、hPMS1和hPMS2 等 8种MMR基因被陆续发现，它们组成DNA错配修复系统（mismatch repair system, MMRs）。其中hMLH1、hMSH2和hMSH6是MMRs中研究最多且与CRC的发生发展密切相关的3个基因，均对DNA复制错误中出现的错配碱基进行识别和修复。正常机体内存在一套完整的DNA修复系统，可以确保复制准确进行，由于理化因素、肠内细菌或毒素等使DNA受损致使机体修复机制出现异常，导致基因突变甚至组织细胞癌变。细胞内DNA复制过程中不可避免地发生碱基错配，MMR基因对错配修复位点的识别、切除并修复，为保护人类基因组的稳定性发挥至关重要的作用。

2 错配修复系统的修复机制

首先，hMSH2与hMSH6形成异二聚体复合物hMutS-α，在非甲基化子链的DNA碱基错配区结合，同时在异二聚体hMutL-α（hMLH1/hPMS2）的协助下特异性识别、修复DNA复制过程中出现的单个插入/缺失的错配碱基；然后，以上两个二聚体可以激活与MUTH（一种用来校正新合成DNA链中一个配对错误碱基的蛋白）蛋白相关的GATC核酸内切酶并切除未经修饰的甲基化GATC序列；最后hMutS和hMutL在DNA解旋酶的协同作用下，切除新生链错配区的碱基对，从而启动整个修复反应过程；此外，hMutS-β（hMSH2/hMSH3）异二聚体可以在hMutL-α和hMutL-β（hMLH1/hPMS1）异二聚体的协助下特异性识别和修复大片段的碱基对的插入/缺失[3]。这些蛋白二聚体一旦检测到错配的碱基，就能够与相关的酶结合，切除含有错配的基因片段，然后重新合成新的DNA片段完成基因错配修复的整个过程[5]。DNA复制过程中有时候会出现DNA聚合酶的滑移，而不能有效切除这些错误的重复序列就会导致基因错义突变，其中微卫星（microsatellite）区域最容易受到核苷酸多态性的影响。有研究发现，在130多个已知的DNA修复基因中，很多多态性单核苷酸链 (SNP)被识别[6]。微卫星又称短串联重复序列，一般由1～6个核苷酸串联并重复排列组成的DNA小序列，微卫星不稳定（microsatellite instability, MSI）是由于复制错误造成的微卫星重复的数目改变，导致MMR基因缺陷。MMR蛋白能提高与错配碱基结合的效率，并可以识别、切除含有错配碱基对的重复序列，避免MSI发生导致肿瘤形成。

3 错配修复功能缺陷与CRC发生发展

在CRC的发生发展过程中，90%的MMR基因突变主要因MLH1和MSH2的失活引起[7]，而且MLH1启动子甲基化主要导致MSI高表达[8]，同时，MSI可以引起MMR基因突变/失活；此外，hMSH6单独突变仅仅能导致MMR功能的部分缺失，但是hMSH2的错义突变却导致hMSH2/hMSH6依赖的MMR基因失活。此两种情况致使MMR系统功能缺失，不能及时修复DNA复制时出现的错误配对的碱基，进而使癌基因激活、抑癌基因突变失活累积致CRC发生。

据报道[9]，CRC中3%的遗传性非息肉病性大肠癌（hereditarynonpolyposis colorectal cancer, HNPCC）构成了最常见的遗传性结直癌综合征[10]，携带胚系基因突变的人群更易患CRC；相关资料研究表明[11]，在HNPCC患者中，hMLH1和hMSH2蛋白表达缺失与CRC的浸润深度相关，与预后无关。最近有研究发现[12]肿瘤的分化程度影响hLMH1和hMSH2的表达缺失，肿瘤分化程度越低，它们的表达缺失现象加重，也有人发现[13]此二种蛋白与肿瘤分化程度和发生部位密切相关，MMR基因表达缺失在低分化的近端CRC组织中较多并加重肿瘤的恶化程度。此外，谭学贤等[14]发现hMSH6蛋白缺失也与浸润深度有关，癌组织浸润深度越大，其表达缺失越多。因此，诱发结直肠癌的重要原因可能是hMLH1、hMSH2、hMSH6和（或）hPMS2表达缺失，通过检测它们在结直肠癌中的表达缺失情况，可以为临床药物治疗与预后评估提供更有价值的参考依据。目前，hMLH1、hMSH2和hMSH6三种蛋白表达缺失被公认为HNPCC的诊断依据。

另外，相关研究表明[15]，超过50%的林奇综合征患者会罹患CRC或子宫内膜癌，主要由MLH1和MSH2基因功能缺陷引起。Lynch 综合征（Lynch syndrome, LS）既有临床家族史表型又具有MMR基因种系突变的病例，是一种常染色体显性遗传病，由MLH1、MSH2、MSH6、PMS2和EPCAM等错配修复基因中的任何一种基因突变引起[16]。到目前为止，在MLH1、MSH2、MSH6和PMS2基因中已经发现超过3000个核苷酸变异序列。其它研究表明[17]MMR基因多态性可能影响CRC患者的治疗结果。由于年龄不同和基因突变的不完全外显性，所以并非所有携带这些基因突变的患者都罹患癌症，约70%的早期CRC患者是从腺瘤发展成癌[18]。据报道[19]，发生基因突变的76%瑞典LS家族中绝大多数为MLH1和MSH2基因突变，其中发生在女性的等位基因中更常见。

对CRC患者的筛查中其实主要针对HNPCC患者，检测MLH1、MSH2的MSI状态和免疫组织化学表型，若二者均阴性，则无需进行MMR基因突变检测，若其中之一为阳性，则检测MLH1和MSH2是否发生基因突变。调查发现，在HNPCC患者中年龄主要分布在50 岁以下[20]，因此年龄可以作为筛查HNPCC的一个重要指标。大规模筛查HNPCC可以很大程度减少CRC的发病率和死亡率[21]，结合对CRC患者进行宣传教育才能满足公众的需求并使患者受益。

4 展望

在以后的临床实践中，联合RAS和RAF基因的特异性突变与MMR基因缺陷的检测，能够为CRC患者风险分期提供更有价值的信息并选择精准的靶向药物治疗，并且使它们成为指导临床治疗和预后评估的重要生物学标志物。为了克服肿瘤异质性的问题和现实中对肿瘤组织获取的障碍，实现对疾病的及时发现和治疗效果的很好监测，探索并检测体液中CRC相对应的肿瘤标志物是一项值得尝试的新技术。将来对识别非侵入性生物标志物的研究可能会为临床诊断、风险预测和精准治疗迎来崭新的时期。