脱氧核糖核酸拓扑异构酶Ⅱβ结合蛋白1与肿瘤的研究进展

茅静贤,王佳欣,严雪冰,王 颖

(扬州大学附属医院 肿瘤科,江苏 扬州,225000)

基因组不稳定性是促进恶性肿瘤发生发展的重要因素之一,其与脱氧核糖核酸(DNA)损伤应答(DDR)缺陷密切相关[1]。既往研究[2]表明,DDR主要受磷酸肌醇3激酶(PI3K)蛋白家族、共济失调毛细血管扩张突变基因(ATM)、ATM及Rad3相关蛋白(ATR)信号、DNA依赖蛋白激酶(DNA-PK)等因素调控。DNA拓扑异构酶Ⅱβ结合蛋白1(TopBP1)是调控ATR信号的关键分子,其在DNA复制及损伤修复中发挥重要作用[3-4]。最新研究发现,TopBP1在乳腺癌、肺癌、胃癌等多种恶性肿瘤中表达异常升高,且促进肿瘤细胞恶性潜能及耐药抵抗[5-7]。本文现对TopBP1在恶性肿瘤中的生物学作用及促癌分子机制进行综述,以期丰富肿瘤分子理论体系,进而为肿瘤的精准诊疗提供新的潜在生物标志物。

1 TopBP1概述

分子结构上,TopBP1包含9个BRCA1的C端结构域,这些结构域可以和靶蛋白磷酸化残基结合,进而在有丝分裂期调控基因组稳定性[8]。例如,TopBP1可以和癌源性磷酸酶2A抑制因子(CIP2A)作用形成复合物,促进有丝分裂期染色质的稳定[9]。TopBP1也可以通过识别DNA损伤检查点调节器1(MDC1)的表面蛋白作用区域与其结合,进而调控细胞在有丝分裂期的放射敏感性及染色质稳定性[10]。ATR是调控DDR的关键酶之一,TopBP1可通过自身ATR激活结构域与ATR/ATR作用蛋白(ATRIP)进行互作,进而在DNA双链断裂时刺激ATR活性[11]。然而,有研究[12]发现,当DNA双链断裂时,TopBP1半衰期小于10 min,其招募受MRE11-RAD50-NBS1复合物及ATM酶活性影响。此外,最新研究发现,TopBP1生物学作用可能受表观遗传相关分子机制调控。例如,应激环境下植物同源结构域指蛋白8(PHF8)介导TopBP1去甲基化,并促进TopBP1与细胞周期检查点控制蛋白RAD9形成复合物,最终刺激ATR活性[13]。泛素特异性蛋白酶13(USP13)可以与TopBP1结合,并通过去泛素化机制稳定TopBP1表达水平,进而激活TopBP1-ATR信号轴[14]。在肿瘤研究领域,ATR在调控肿瘤细胞周期、凋亡及药物敏感性等方面发挥着重要作用,且已有多个临床药物试验评估ATR拮抗剂治疗肿瘤的临床效果及安全性[15]。TopBP1作为调控ATR的关键分子之一,对其在肿瘤发生发展中作用机制的深入研究将有助于为基于ATR的肿瘤诊疗策略提供新思路。

2 TopBP1和肿瘤

TopBP1在肿瘤中的生物学功能及临床意义见表1。

2.1 乳腺肿瘤和妇科肿瘤

在基底细胞样乳腺癌中,CIP2A和TopBP1直接互作,进而调控DNA损伤介导的G2-M细胞周期检查点相关信号,最终促进肿瘤发生与发展[16]。MYB作为经典促癌转录因子,在促进雌激素受体阳性乳腺癌生长过程中发挥重要作用,其促癌机制可能为调控下游基因TopBP1进而影响细胞同源重组修复[17]。卵巢肿瘤去泛素化酶6A(OTUD6A)与TopBP1作用并阻断其与E3泛素连接酶N端识别蛋白5(UBR5)结合,减少K48连接多聚泛素化,增加TopBP1稳定性,最终促进乳腺癌细胞的生长、转移及放化疗抵抗[5]。PHF8介导的TopBP1去甲基化促进乳腺肿瘤发生及提示乳腺癌患者不良预后,而阻断PHF8-TopBP1信号轴不仅抑制乳腺肿瘤发生,而且能增强肿瘤对多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶(PARP)抑制剂及铂类药物的敏感性[18]。TopBP1也可与乳腺癌易感基因1(BRCA1)及乳腺癌易感基因相互作用蛋白1(BRIP1)作用,三者形成的复合物能够影响乳腺癌对PARP抑制剂的敏感性[19]。在临床研究[20]中,研究者发现,TopBP1单倍体与携带BRCA1突变女性人群罹患乳腺癌风险显著相关,提示联合TopBP1及传统易感基因突变检测有助于乳腺癌早期诊断。ATR抑制剂VE-821作为新型抗卵巢癌药物用于临床试验,而药敏试验表明TopBP1蛋白表达水平与卵巢癌细胞对VE-821敏感性负相关,提示其可能介导肿瘤细胞对ATR抑制剂耐药,因此TopBP1高表达患者可能不适宜参加VE-821相关临床试验[21]。在宫颈癌中,敲低溴结构域蛋白4(BRD4)表达水平抑制TopBP1转录,进而失活ATR-Chk1信号通路,最终导致肿瘤细胞在S期凋亡及有丝分裂障碍[22]。人类乳头状病毒(HPV)16是宫颈癌高危风险因素,病毒蛋白E2通过丝氨酸23位点的CK2磷酸化与TopBP1结合来促进病毒的复制和存活[23]。另一项相关研究[24]发现,TopBP1在HPV感染的宫颈癌组织中异常高表达,且机制研究发现其通过上调E2F转录因子1(E2F1)和p73表达水平调控HPV病毒的生命周期。由此可见,TopBP1可能通过促进HPV感染间接参与宫颈癌的发生发展,因而靶向TopBP1有望成为未来防治宫颈癌新策略。

2.2 呼吸系统肿瘤

在正常细胞中,AKT磷酸化TopBP1并促进其与E2F1作用,进而终止DNA复制;但在肺癌细胞系H1299中,TopBP1与其相互作用复制刺激蛋白Treslin作用,进而促进细胞中DNA异常复制,提示其在肺癌增殖中发挥重要作用[25]。在非小细胞肺癌(NSCLC)中,尽管无疾病进展生存在TopBP1低表达患者与TopBP1高表达患者间差异无统计学意义,但是前者的总体生存率显著高于后者,提示TopBP1可作为潜在预后标志物[26]。机制研究[6]发现,TopBP1可能通过上调突变P53,促进NSCLC细胞对化疗药物阿霉素的抵抗。后续机制研究[27]进一步发现,钙黄绿素乙酰氧基甲酯可通过抑制TopBP1/突变P53信号级联增强NSCLC细胞对阿霉素的敏感性。TopBP1不仅影响肺癌细胞对化疗药物的敏感性,还可以降低放射治疗的效果。转录组学研究[28]发现,TopBP1在放疗抵抗的肺癌细胞中表达水平显著升高,并且TopBP1敲低可以显著延长肺癌脑转移小鼠的生存。总体而言,TopBP1在呼吸系统肿瘤中相关研究较少,其临床意义及具体促癌机制尚未清楚。此外,近年来免疫检查点抑制剂在肺癌治疗中的地位逐渐上升,TopBP1是否在肿瘤免疫中扮演着重要角色也是未来值得关注的研究方向。

2.3 消化系统肿瘤

在胰腺导管腺癌中,糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)抑制剂可以降解TopBP1,进而在单链DAN损伤时抑制ATR活性,最终促进肿瘤细胞对吉西他滨的敏感性[29]。TopBP1(3257-A >G)基因多态性能够增加吸烟相关胰腺癌的发病风险,提示其可能协同吸烟促进早期胰腺正常组织的恶性转化[30]。一项基于TCGA的生物信息学研究[31]表明,TopBP1在胃癌组织中过表达且提示患者不良预后。另一项生物信息学研究[32]提示,含BRCA1/BRCA2复合体3亚基(BRCC3)可能调控TopBP1激活同源重组信号通路促胃癌发生发展。体外实验[7]发现,TopBP1在奥沙利铂耐药的胃癌细胞中表达水平异常升高,机制研究表明AKT信号介导TopBP1在丝氨酸1 159位点磷酸化,进而上调PARP1表达水平,最终促进肿瘤细胞耐药。研究还发现,锌指蛋白860可能在转录水平调控TopBP1表达水平促进I/II期胃癌的术后复发,提示TopBP1可作为预测早期胃癌术后临床结局的潜在标志物[33]。拉帕替尼用于治疗Her-2阳性的胃癌患者,但耐药影响其实际临床效果。研究[34]发现,TopBP1可促进检查点激酶1(Chk1)磷酸化,进而诱导Her-2阳性胃癌细胞对拉帕替尼的抵抗,因此靶向抑制TopBP1有望成为增强拉帕替尼抗肿瘤效果的新方法。一项多中心回顾性临床研究[35]发现,TopBP1(rs1444601)基因多态性与结直肠癌发病风险成正相关,提示其可作为结直肠癌早期预警标志物。在腺瘤性结肠息肉病(APC)基因突变小鼠中,磷脂酶D1(PLD1)通过调控AKT/TopBP1信号通路抑制肠道肿瘤细胞的凋亡[36]。另一项研究[37]发现,PLD1/AKT/TopBP1也可激活 Wnt/β-catenin信号,促进APC合并 PI3K催化亚基α基因突变的结直肠癌细胞的侵袭及克隆形成能力。在BRCA1/2突变的结肠腺癌细胞系中,CIP2A和TopBP1作用形成复合物提高细胞的生长能力[38]。因此,上述研究提示,TopBP1在结直肠癌中的促癌效应及分子机制可能因肿瘤细胞遗传分子背景不同而改变。

综上所述,首先,在消化道肿瘤中TopBP1相关研究在胃肠道肿瘤较多,其在肝胆胰肿瘤发生发展中的生物学作用尚未明确。其次,尽管部分研究证实TopBP1与肿瘤耐药存在相关性,但是缺乏多中心大样本的回顾性研究来确证其预后价值。最后,TopBP1促癌效应及关联分子机制是否依赖于其基因多态性或肿瘤分子遗传背景也是未来值得探究的方向。

2.4 其他肿瘤

在前列腺癌中,TopBP1表达水平与Gleason 评分、病理分期及肿瘤转移成正相关,且机制研究[39]表明,其通过激活ATR-Chk1信号通路促进肿瘤细胞的增殖及迁移能力。TopBP1也可以通过调控DDR相关通路,促进神经内分泌前列腺癌的生长[40]。一项基础研究[41]表明,TopBP1可通过上述机制影响角化细胞分化,推测其可能在皮肤、鼻咽、口腔及食管鳞状细胞肿瘤的早期发生过程中扮演着重要角色。在喉癌中,TopBP1(rs115160714)基因多态性与淋巴结转移及肿瘤病理分级显著相关,而生存分析提示TopBP1mRNA及其蛋白表达水平均与患者总体生存呈显著负相关[42]。笔者团队前期发现,TopBP1在骨肉瘤、粘液纤维肉瘤、脂肪肉瘤及平滑肌肉瘤中表达异常升高,其高表达与骨肉瘤患者局部复发及低肿瘤坏死率呈正相关,进一步体外功能实验表明,TopBP1促进骨肉瘤细胞对阿霉素及顺铂的抵抗能力[43]。总体而言,TopPBP1相关研究在泌尿系、头颈部肿瘤及肉瘤中尚处于起步阶段,其具体临床意义及生物学作用仍需未来更多研究来明确。

3 问题和展望

综上所述,DDR在维持生理内稳态及恶性肿瘤发生发展过程中均发挥着重要作用。TopBP1作为DDR关键调控因子之一,参与不同肿瘤的生长、转移及耐药,但相关研究仍面临诸多挑战。首先,TopBP1在多数肿瘤中的表达情况、临床价值及生物学作用仍未清楚,其是否有望作为可靠的泛癌标志物有待确证。其次,TopBP1促癌效应是否依赖于基因多态性及肿瘤遗传分子背景等因素尚未明确。最后,鉴于TopBP1在维持正常生理发育中也扮演着重要角色,如何精准靶向肿瘤组织中TopBP1,而不影响其在正常组织中表达水平显得尤为重要。相信随着生物技术的发展及对TopBP1了解的不断深入,其有望转化为肿瘤精准诊疗的潜在分子标志物或药物干预靶点。