拓扑异构酶Ⅱ在神经胶质瘤中的研究进展

陈 洋 汪东亮 孙雯雯 阴鲁鑫 徐伟文

1）宿迁市第一人民医院，江苏 宿迁 223800 2）徐州医科大学附属医院，江苏 徐州 221000

胶质瘤是神经上皮中最常见的脑恶性肿瘤，约占原始成人脑癌的70%，全世界每年将近10 万人确诊［1-4］。与其他类型的脑肿瘤相比，高级别胶质瘤一般预后不良，具有高致残率、高病死率等特点，患者5 a 生存率不足10%，严重影响人们生活水平［5-10］。在诊断和积极治疗后，高级别胶质瘤生存期平均也仅14个月［11-14］。高级别胶质瘤易侵犯其他组织，细胞生长潜能高，近50%的患者在1～2 a 内死亡［15-17］。胶质瘤主要包括外科治疗以及辅助放化疗，由于胶质瘤易侵犯相邻组织，全切难度高，易再发，且化疗不良反应大，因此胶质瘤治疗始终是医学史上的重大挑战［18-21］。目前，胶质瘤发展及侵袭机制尚不清楚，但研究发现，其过程极其繁杂，涉及多种途径及因素，其中包含细胞因子及癌症基因的共同作用，由于这些异常表达，肿瘤增殖潜能和疾病预后也相应发生变化，因此，探究胶质瘤进展的分子靶点对早期判断疾病预后和精准治疗有重要指导意义［22］。近年来随着分子学发展及分子诊断、免疫组化等技术的兴起，有关肿瘤增殖、诊断和预后的分子标志物逐渐被发现，其中DNA 拓扑异构酶Ⅱ被发现可能与肿瘤细胞增生密切相关。研究表明DNA 拓扑异构酶Ⅱ（topoisomerase Ⅱ，TOPⅡ）可体现肿瘤细胞的增殖水平，其主要位于细胞核中，是与人体组织关系密切的重要酶类之一，且在不同类型胶质瘤中表达差异较大，常提示与胶质瘤预后有关［23］。

1 TOPⅡ的生物学特性

拓扑异构酶是一种核酶，通过促进DNA 的临时断裂和连接循环来调节DNA的拓扑结构。TOP根据其作用方式分为两类，即TOPI 和TOPⅡ［24］。TOPⅡ又称回旋酶，进一步可分为α、β 两种亚型。迄今为止，国内外针对TOPⅡ的探究大多在TOPⅡα 上，其主要存在于增生活跃细胞的细胞核浆中，蛋白表达在细胞周期具有显著的特异性，提示与增殖能力有关。TOPⅡ本质上是仅次于组蛋白的第二丰富的染色质蛋白。其中TOPⅡ是通过催化DNA链断裂和结合以控制DNA拓扑状态的一类酶，其生物学功能有：调控DNA 超螺旋状态及打结或解结DNA 的环连体状态；参与需中断并重新连接DNA链的细胞过程，如DNA复制、转录、修复［25］。目前TOPⅡ在人体细胞内是普遍存在的酶，由于在复制和转录等过程中改变DNA 的超螺旋性和解开双链DNA 片段，因此在许多基本的DNA过程中起至关重要的作用［26］。TOPⅡ可调节DNA 卷曲，并通过使完整的双螺旋穿过在单独的DNA片段中产生的瞬时双链断裂来解决遗传物质中的结。此外，可通过断开DNA 双链，促使DNA 与酶共同组成复合物，空间结构发生变化后再重新连接［15］。由于TOPⅡ会在其催化过程中产生DNA链断裂作为必需的中间产物，因此每次运作时都有可能使基因组断裂，所以这些酶对于增殖细胞的生存必不可少。

2 TOPⅡ在各种类型胶质瘤中的具体分布

有学者研究脑胶质瘤手术标本中TOPⅡ的表达情况，在WHO 分级为1/2 的肿瘤中，TOPⅡ标记指数的中位值为11.6%，而在WHO 分级为3/4 的肿瘤中，TOPⅡ标记指数的中位值为25.1%，表明TOPⅡ表达在高级别胶质瘤中明显升高［27］。TOPⅡ的表达与肿瘤病理分级有关，其表达强度在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级胶质瘤中逐渐升高，相关性分析显示TOPⅡ表达与恶性程度呈正相关，提示TOPⅡ表达可能通过某种未知的机制促使胶质瘤进一步恶性转化，其表达可能与胶质瘤患者病情及预后呈正相关［23］。由此可见，随着胶质瘤恶性程度的逐步加深，TOPⅡ表达阳性率也呈现出递增趋势，其中高级别胶质瘤中阳性率整体上显著高于低级别瘤，提示TOPⅡ表达可能与肿瘤恶性程度和高细胞增殖率有关。

3 TOPⅡ的表达水平与胶质瘤增殖能力的关系

细胞异常增殖是肿瘤发生发展的主要原因之一。上皮细胞以有丝分裂增加为特征，易于数量和结构染色体（多倍体/非整倍体）和特异性基因（缺失、扩增、点突变、易位）的异常积累，从而导致其进行性改变和最终的恶性转化。评估相应组织增殖状态的关键分子包括TOPⅡ，其在每个细胞周期阶段都表现出不同的表达模式，作为核标记指数的表达是一种非常有用的工具，可用于评估检查癌前组织和癌后组织的侵袭性。TOPⅡ可促进DNA双螺旋结构的暂时切割和重新连接，而双链DNA 的缠绕和解绕是染色体结构复制、转录和修复的重要分子机制，因此，TOPⅡ在DNA 复制和转录过程中起关键作用。TOPⅡ是DNA 复制、转录和染色体分离所必需的，在肿瘤增生过程中起关键作用［23］。此外，TOPⅡ在细胞周期的S 期、G2 期、M 期、部分G0 期和G1 期均有表达，且与Ki-67 关联较高，Ki-67 作为增殖抗原，具有体现肿瘤增殖潜能水平，故认为TOPⅡ也可作为胶质瘤的增殖指数［23］。TOPⅡ编码蛋白有TOPⅡα 和TOPⅡβ 两个亚型，其中TOPⅡα 大多位于增殖细胞的细胞核浆中，当肿瘤细胞增生越快，恶性程度就越高，TOPⅡα需求也就越多，故其高蛋白水平提示肿瘤增生能力较强，恶性程度较高。ATHANASIOS等［29］研究也发现拓扑异构酶Ⅱα 与多种肿瘤的增生和生物学效应有关，与Ki-67 一样，可作为一种可靠的增殖标记物。由此可见，拓扑异构酶与肿瘤细胞增殖状态密切相关，提示与活跃的细胞增殖和高度侵袭性有关。

4 TOPⅡ影响脑胶质瘤作用机制的探究

有文献报道，TOPⅡ家族通过调节靶基因和参与能量代谢介导肿瘤细胞缺氧耐受，从而促进靶基因蛋白survivin 表达，进而提高肿瘤侵袭性［30］。其中拓扑异构酶Ⅱα被证实与活跃的增殖能力有关，通过不同方式在肿瘤的发生进展中起关键作用。研究显示，TOPⅡα 产物存在肿瘤组织中，能刺激和促进肿瘤生长，转移和免疫抑制，同时抑制细胞凋亡并引起化疗抵抗［31-32］。另一方面，TOPⅡ可能通过诱导其他细胞因子参与结合的方式来影响肿瘤的发生发展。目前TOPⅡα被认为是细胞增殖的重要刺激物，可能诱导与其他细胞因子的结合过程，如增殖细胞核抗原（proliferating cell nuclear antigen，PCNA）、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）等。ZHAO 等［27］研究显示，脑胶质瘤中TOPⅡα 与PCNA 标记指数之间有显著正相关关系（r=0.9245，P<0.001），且两者表达的一致性足以证实TOPⅡα与PCNA 在胶质瘤增生过程中的相互关系，最终表明TOPⅡα可能是一种PCNA活性的上调因子。据研究报道，PCNA 是DNA 复制过程中的重要调控因子，为DNA pol（polymerase，聚合酶）δ/ε 和其他复制蛋白的功能提供了平台，且只有当复制叉中存在PCNA 时，DNA polα 才能转化为催化DNA 合成的聚合酶［33］。因此，PCNA是DNA合成和参与DNA复制所必需的，它在细胞增殖启动上起重要作用，也是反映细胞增殖活性的客观指标。TOPⅡα可能通过上调PCNA活性的途径，进而影响肿瘤增殖能力与患者总体生存期。另外，VEGF 作为关键的血管生成因子，对血管形成有至关重要意义。VEGF 在多种类型肿瘤中均有所发现，它能特异性加速血管内皮细胞增生，对肿瘤形成、进展和转移有重要意义。VEGF也是重要的促淋巴管生成因子，能促进肿瘤组织淋巴管的生成［34］。同时，BRUSTMANN 等［35］研究发现，在浆液性卵巢癌中VEGF 免疫染色与TOPⅡα 标记指数之间存在显著相关性（P=0.005 5），认为VEGF 可能通过促进浆液性卵巢癌中的有丝分裂活性而作为自分泌生长因子，从而与TOPⅡα 相互关联。有研究指出，TOPⅡ与VEGF在许多实体瘤中表达呈正相关，如宫颈鳞状细胞癌等［30］。因此推测，TOPⅡ在神经胶质瘤中可能通过增加VEGF 的合成，进而促进肿瘤转移，增殖和血管生成。综上所述，TOPⅡ的表达可能在提高肿瘤细胞增殖率，促进肿瘤恶性转化，影响肿瘤细胞对化疗药物敏感性及诱导其他因子参与结合等方面发挥作用，然而具体机制尚需大量的基础研究加以证实。

5 TOPⅡ与胶质瘤恶性程度及患者生存期的关系

TOPⅡ在胶质瘤中表达显著高于正常脑组织，其强度随恶性程度逐渐升高，在低度与高度恶性组之间也有较大差异，提示TOPⅡ表达与病理级别呈正相关，生存曲线得出TOPⅡ表达越高，患者存活率越差，预后往往不良［36-37］。有学者研究指出，TOPⅡ阳性表达患者平均生存时间明显缩短，K-M 生存曲线显示，TOPⅡ低表达患者的生存期较高表达者明显延长，提示TOPⅡ表达可作为评价胶质瘤恶性程度和患者生存期的重要指标之一［23］。国外文献报道TOPⅡ阳性表达者预后相对较差［38-39］。总之，TOPⅡ表达可作为判断胶质瘤恶性程度的分子生物学指标和患者预后评价的重要指标。

DNA 拓扑异构酶Ⅱ作为胶质瘤的标记物，与肿瘤增生密切相关，研究表明TOPⅡ高表达在高级别胶质瘤中占比例较大，表达强度随肿瘤恶性程度的升高而升高，提示该类型肿瘤具有增殖潜能高，容易侵犯相邻组织，病理级别高等特点，肿瘤细胞增殖率与患者生存期限和肿瘤恶性程度密切相关，TOPⅡ可作为评估胶质瘤恶性程度及预后的重要指标，为进一步研究在胶质瘤预后评估及合理选择靶向药物提供了有效指导和科学依据。