线粒体DNA含量在乳腺癌中的研究进展

张 彤 陈晓杭 魏凤香，*

(1.佳木斯大学临床医学院,黑龙江 佳木斯 154007；2.深圳市龙岗区妇幼保健院，广东 深圳 518174)

1 线粒体DNA含量

线粒体存在于人脑和肌肉中，是一种主要通过氧化磷酸化产生三磷酸腺苷(ATP)的细胞器。线粒体DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)是双链的、母系遗传的环状核苷酸，含有16 569个碱基对(bp)，编码37个RNA(13个信使RNA,22个转运RNA和2个核糖体RNA)[1]。通常不同类型的细胞中每个线粒体的线粒体DNA含量均存在特异性差异，如在心脏、骨骼肌以及大脑这种能量密集型组织中，其线粒体DNA相对丰度值和每个细胞中线粒体含量均比肝脏、肾脏和肺组织高[2]。

近年来，由于活性氧(ROS)过度产生、大分子损伤、能量供应不足以及必需分子(如血红素，核苷酸)产生等多种导致线粒体功能障碍[3]进而引起线粒体DNA含量变化的情况，在乳腺癌研究中备受关注。因此，维持线粒体DNA含量对于维持乳腺癌患者的线粒体功能具有重要意义，也有助于靶向性疾病预防、早期诊断以及实现针对性指导化疗方案的制定。

2 线粒体DNA含量与乳腺癌不同分子亚型

根据2020年全球癌症统计[4]，女性乳腺癌已经超过肺癌成为最常见的癌症。目前，已有超过一半的乳腺癌患者的线粒体DNA含量显著减少，并已有研究证明[5]，乳腺癌细胞系中线粒体DNA含量的降低与向间充质表型的转化有关，其较低的线粒体DNA含量可能会产生更具攻击性的表型和改变的治疗反应。在大量细胞和包括活性自由基、实体肿瘤内的缺氧环境和线粒体DNA转录机制缺陷等(如mtPOLG和mitochondrial transcription factor，TFAM突变/缺失)环境因素的情况下均会导致线粒体DNA含量的丢失。在原发肿瘤中，线粒体DNA含量丢失在高侵袭性三阴性肿瘤中比其他亚型更明显[6]。

据报道，乳腺肿瘤的不同分子亚型，即ER表达(管腔群)：Luminal A、B、HER2富集亚型、三阴性乳腺癌：Triple Negative breast cancer，TNBC，其分子基因特征是不同的：其中，三阴性乳腺癌(ER阴性、PR阴性和HER2阴性)是一种高度侵袭性的肿瘤亚型，患者预后特别差，受体三阴性乳腺癌细胞的线粒体DNA含量低于非TNBC(Luminal A、Luminal B和HER2富集亚型)基底细胞，三阴性乳腺癌的线粒体DNA拷贝数明显低于其匹配的非肿瘤组织，但Luminal A、B或HER2富集亚型肿瘤的线粒体DNA含量与正常匹配组织相比往往更高或保持不变[6]。

3 线粒体DNA含量与乳腺癌相关基因

线粒体DNA的含量受到多种信号通路激活的影响。目前，HER2、RAS、EGFR、ERBB2等癌基因以及磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信号通路的下游成员通过移位到细胞可直接调节线粒体功能[7]，在癌细胞生存和增殖的过程中通过激活特异性HER2相关信号通路控制线粒体功能,从而介导其作用[8]。其中，ERBB2基因扩增和/或过表达已被报道在15～30%的人类乳腺癌恶性肿瘤中出现，并已被证明可促进包括DNA合成、细胞增殖和细胞生存，增加复发风险和不良临床结果等许多细胞功能[9]。

4 针对乳腺癌不同治疗方案的线粒体DNA含量变化

目前，乳腺癌的主要治疗方案是综合治疗模式，包括手术治疗、辅助化疗、激素治疗、靶向治疗、放疗等多种方法，并根据患者诊断年龄、肿瘤大小、淋巴结状态、肿瘤分级以及传统的临床病理指标进行划分，对于激素受体阳性的乳腺癌妇女考虑接受包括芳香酶抑制剂(aromatase inhibitor，AI)在内共10年的辅助内分泌治疗[10]；对于单个原发性乳腺癌患者的转移和/或死亡风险进行分类来决定是否建议患者接受围手术期治疗；对于高危的原发性乳腺癌患者接受围手术期化疗和/或内分泌治疗，旨在消除潜在的微转移；对于转移性乳腺癌患者，为了延长生命，化疗是系统性治疗的主要途径，也可以应用内分泌(联合)和/或抗HER2治疗[11,12]。目前，除了传统细胞毒性药物组成的方案，基于环素的蒽环类的化疗方案和基于紫杉类的化疗方案被广泛使用，均适用于转移性肿瘤。

4.1 基于蒽环类药物的辅助化疗

蒽环类药物阿霉素(doxorubicin)和表柔比星(epirubicin,EPI)是目前乳腺癌治疗中最常用的药物，其可诱导线粒体发生严重氧化应激以及损伤线粒体DNA，如在心脏毒性方面的脱靶效应。在原发肿瘤中，线粒体DNA含量低的乳腺癌患者接受含蒽环类药物的化疗具有更好的疗效，并且在晚期疾病的辅助化疗中，肿瘤中低线粒体DNA含量的患者从蒽环类药物为主的化疗(5-氟尿嘧啶/蒽环类/环磷酰胺，FAC/FEC)中获益增加[13]。现把包括ERBB2(HER2)[14]和TIMP1[15]在内的几种标志物描述为预测辅助蒽环类药物化疗的益处。因此，乳腺肿瘤中常见的线粒体DNA含量下降可能被用于指导化疗方案的制定并加以利用。

4.2 基于紫杉类药物的辅助化疗

白蛋白结合紫杉醇(Nab-paclitaxel)是一种白蛋白结合的紫杉醇纳米颗粒，可以在不用药前安全输注，是新一代的紫杉类药物。根据转移性乳腺癌报告的数据表明，纳米颗粒、白蛋白结合紫杉醇比溶质型紫杉醇具有更好的抗肿瘤活性[16]。在ERBB2/HER2阴性乳腺癌患者的最新辅助化疗方案中，蒽环类药物与紫杉类药物联合使用后的临床完全缓解率(pathological completeremissions,pCR)比单独使用蒽环类药物的方案增加一倍[17]。因此，手术治疗和多种药物按顺序联合使用的辅助化疗的乳腺癌治疗方案有助于提供更好的疗效优势以确定各种个体化治疗的靶点。

4.3 基于铂类药物的辅助化疗

在治疗转移性乳腺癌妇女时，含铂治疗方案的肿瘤反应率很高。最常用的两种治疗转移性乳腺癌的铂类药物是卡铂和顺铂，卡铂通常比顺铂的毒性更小。有初步的低质量证据表明，以铂为基础的治疗方案对转移性三阴性乳腺癌女性患者有中度的生存益处[18]。因此，进一步的以铂为基础的治疗方案在这一转移性乳腺癌妇女亚群体中的随机试验是十分必要的。

5 乳腺癌患者线粒体DNA含量与预后的关系

5.1 线粒体DNA含量与生存期

肿瘤细胞线粒体DNA含量与生存期的关系主要采用定量聚合酶链反应(quantitative polymerase chain reaction，qPCR)进行分析。在使用蒽环类药物为基础的治疗方案中，线粒体DNA含量较高的乳腺癌患者的无病生存期(disease-free survival，DFS)明显低于线粒体DNA含量较低的乳腺癌患者。但在未接受辅助化疗的患者中，线粒体DNA含量差异对无病生存期无影响[19]。因此，乳腺癌线粒体DNA拷贝数水平可能被认为是预测乳腺癌患者对含蒽环类药物治疗反应的潜在生物标志物。

5.2 线粒体DNA含量与癌症相关疲劳

在接受蒽环类或紫杉类化疗的早期乳腺癌患者的研究中，首次表明外周血线粒体DNA含量降低与化疗患者癌症相关疲劳(Cancer-related fatigue，CRF)的发生有关[20]。癌症相关疲劳被定义为一种衰弱和持续的身体、情绪或认知疲劳感，可能与癌症或其治疗有关。引起该病的一个原因主要是由于缺乏能量导致线粒体功能障碍[21]。因此，线粒体功能是减轻癌症相关疲劳的重要靶点。据报道，乳腺癌患者化疗过程中线粒体DNA含量与包括年龄、焦虑、失眠、血红蛋白水平和体重指数在内的身体疲劳[22]呈负相关,进一步评估线粒体DNA含量降低和移位环(D-loop)区域核苷酸序列变化[21]可作为潜在癌症相关疲劳生物标志物的价值，有利于提高对癌症相关疲劳生物学通路的理解。

5.3 线粒体DNA含量与化疗相关认知障碍

化疗相关的认知障碍(chemotherapy-related cognitive impairment，CRCI)在乳腺癌患者中也常并发，其发病机制可能与线粒体功能障碍相关。尽管在相关报道[20]的二次分析中可能是由于认知功能调节的生物学机制的复杂性，并没有发现线粒体DNA含量减少与CRCI恶化之间的任何关联，但乳腺癌中线粒体DNA含量的降低也可能与化疗相关的认知障碍恶化有关，进一步的研究有助于阐明癌症相关疲劳的类似机制。

6 结语

综上所述，线粒体DNA含量有可能成为乳腺癌早期诊断及治疗的新靶点。其常见的线粒体DNA含量下降、线粒体DNA的潜在表达、以及非肿瘤组织中线粒体DNA表达、含量的降低均有助于识别和检测乳腺癌的形成与转移，为高风险人群的疾病预防和乳腺癌的早期诊治提供新方向。根据乳腺癌的不同分子亚型中采用手术治疗、蒽环类、紫杉类铂类药物的辅助化疗以及多种不同的治疗方案。线粒体DNA含量低还可能诱发对某些治疗的敏感性，对于评估患者的预后情况是具有一定临床意义的，但其药物诱导机制还需进一步研究。