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MSH6基因对胶质瘤易感性、耐药性和进展的影响

2020-09-04 2139 上传者：管理员

摘要：MutS同源物6(MutShomolog6,MSH6)基因是一种错配修复(mismatchrepair,MMR)基因,其编码的MSH6蛋白主要参与识别、修复碱基取代和单碱基插入/缺失错配。MSH6基因种系突变增加胶质瘤的肿瘤易感性,体细胞MSH6基因突变可致烷化剂的获得性耐药和胶质瘤复发,MSH6突变可导致基因组的超突变从而促进胶质瘤的进展。最新研究亦发现MSH6基因存在致癌作用,其上调将导致预后不佳。

关键词：
MSH6
突变
耐药
胶质瘤
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胶质瘤是成人常见的颅内恶性肿瘤,我国发病率为5～8人/(10万人·年)[1],具有侵袭性强、异质性高、复发率高以及预后差等特点[2,3]。胶质瘤的病因尚未明确,目前主要认为遗传易感性、接触电离辐射或电磁场、脑外伤以及摄入亚硝基化合物是重要的危险因素[1,2]。世界卫生组织2016年胶质瘤分类标准提出将胶质瘤分为与异柠檬酸脱氢酶基因突变相关的弥漫性星形细胞瘤和少突细胞瘤以及与IDH突变无关的其他星形细胞瘤两大类[4],是基于组织表型和基因型水平的分类标准,启示我们在研究中应重视基因对于胶质瘤发生、发展的影响。本研究组在研究中关注并总结了MMR系统中MSH6基因的突变和表达水平对于胶质瘤的发生、发展和耐药性的影响。

1、MSH6的基因位置和功能

人体MSH6基因是一种MMR基因,位于2号染色体,长度23806bp,包含外显子10个、非翻译区83个,编码在DNA修复中起重要作用的MSH6蛋白。MSH6基因可从管家基因启动子启动转录,其启动子活性受Sp1、Sp3等转录因子调控[5]。

MSH6蛋白也称为G/T结合蛋白或p160,含1358个氨基酸残基[6],通过识别错配、修复体装配、错配DNA链降解以及修复合成完成错配修复。MSH6蛋白与MutS同源物2(错配修复蛋白,MutShomolog2,MSH2)结合形成蛋白质复合物MSH2·MSH6(MutSα)识别单碱基插入/缺失和碱基取代错配,并与MSH2·MutS同源物3(MutSβ)一起检测基因的完整性和错配[7]。MSH6基因在人有丝分裂G1晚期/S早期转录增加2.5倍[8],但MSH6蛋白只能以与MSH2结合状态存在,不能游离存在,因而在整个细胞周期中的水平与MSH2表达水平保持一致,即整个周期中几乎保持稳定[5]。MutSα通过修复复制过程中发生的错配维持基因组的完整性并抑制肿瘤的产生[8],而MutSβ只能识别并修复插入/缺失错配,且主要修复较大的错配。因此,如果MSH6基因是突变体,MutSβ不能完全代偿MutSα的功能[6],即MSH6基因突变可能增加肿瘤的发生风险。

2、MSH6种系突变与胶质瘤易感性

MSH6种系突变导致MMR系统的失活,细胞DNA错配修复能力减弱,胶质瘤的发生率和易感性增加[9]。关于MSH6突变导致胶质瘤发生的机制有两种理论:其一是,MSH6等MMR系统功能丧失使抑癌基因和原癌基因突变不断积累而发生胶质瘤[10];其二是,因MMR系统功能丧失可致DNA损伤后细胞凋亡反应缺失,这可能使胶质瘤对化疗(如烷化剂)产生耐受,胶质瘤生长不受抑制而发生进展[11,12]。

Edelmann等[6]研究了MSH6种系突变小鼠的肿瘤易感性,MSH6在携带纯合突变的小鼠细胞中无表达,不能修复单核苷酸错配,小鼠寿命缩短,出现多发肿瘤,可见MSH6种系突变可增加肿瘤易感性。

林奇综合征,也称作遗传性非息肉病性直肠癌(hereditarynon-polyposiscolorectalcancer,HNPCC),病因是MMR基因(MLH1、MSH2、MSH6和PMS2)种系突变[13],为常染色体显性遗传,此类患者可发生包括结直肠癌、子宫内膜癌和胶质瘤在内的多器官肿瘤[13,14,15,16]。Heath等[13]报道了一例15岁男性病例,表现为MSH2和MSH6蛋白表达缺失,早期即出现间变性少突胶质瘤。也有研究发现尽管MSH2、MutL同源物1(MutLhomolog1,MLH1)突变与PMS2、MSH6突变的HNPCC患者均在10岁前即出现脑肿瘤或血液系统恶性肿瘤,但相比PMS2和MSH6突变,MSH2和MLH1突变的患者HNPCC相关肿瘤出现更早[17]。

Hegde等[18]报道了两名患有Turcot综合征(HNPCC患者并发中枢神经系统恶性肿瘤时称为Turcot综合征)的巴基斯坦兄妹(父母非近亲)均患1型神经纤维瘤病,男患5岁时出现淋巴瘤,8岁时出现结直肠癌,女患8岁时出现多形性胶质母细胞瘤(glioblastomamultiforme,GBM)。对女孩血液样品测序发现新的纯合单碱基插入突变(3634insT)致外显子7中的密码子1223过早停止,其父母携带杂合MSH6基因3634insT突变但未患癌症。

结构性错配修复缺陷综合征(constitutionalmismatchrepair-deficiency,CMMR-D),由MMR基因(MLH1、MSH2、MSH6和PMS2)双等位基因种系突变所致[19],遗传方式与HNPCC不同,为常染色体隐性遗传疾病。CMMR-D患者常表现为儿童期皮肤色素异常沉着、血液系统恶性肿瘤、大肠肿瘤以及包括星形细胞瘤、GBM和少突神经胶质瘤在内的多种胶质瘤[17,19,20]。Ilencikova等[16]报道了一例CMMR-D,患者存在新型MSH6纯合突变,11岁女患者患有脑胶质瘤和急性T淋巴细胞白血病,其10岁的弟弟患有GBM且进展迅速。

Forsström等[21]报道了一名在54岁和64岁时分别发生2个独立GBM的患者,右额GBM已通过手术和放疗治疗,十年后左额叶又出现了GBM。TP53和PTEN突变不一致表明第二个GBM不是复发而是独立发生。全外显子测序结果显示两个GBM都是IDH野生型,排除了星形胶质瘤细胞前体发展为继发性胶质瘤的可能性。进一步测序发现患者除携带MSH6种系突变外,第一个GBM存在MSH6野生型等位基因缺失,第二个GBM存在体细胞MSH6突变,可见MSH6功能丧失是这两个独立原发性GBM发病的关键事件。

因此,以MSH6为代表的MMR基因种系突变可致多种类型的胶质瘤易感性增加,识别MSH6基因在胶质瘤病变中的突变状态有助于寻找胶质瘤病因、指导治疗方案的制定和评估预后。

3、体细胞MSH6突变与胶质瘤的复发和耐药性

高级别胶质瘤(highgradeglioma,HGG)分为间变性星形细胞瘤和GBM,多为原发,也可由低级别胶质瘤转化形成继发性HGG[1,22]。目前以手术切除结合术后辅助放疗(X-raytherapy,XRT)和替莫唑胺(temozolomide,TMZ)等烷化剂化疗为主要治疗方案[1]。此方案对胶质瘤患者的总体生存期(overallsurvival,OS)和无进展生存期(progression-freesurvival,PFS)有所改善,但胶质瘤患者预后仍不理想,几乎所有HGG患者都会复发并对TMZ耐药[1,23]。

TMZ在体内代谢产生O6-甲基鸟嘌呤,可在复制过程中与胸腺嘧啶错配,MMR系统识别并激活细胞凋亡,DNA双链断裂、细胞死亡[24]。MMR系统任一基因功能丧失均影响TMZ的化疗效果。DNA修复蛋白O6-me-G-DNA烷基转移酶(O6-methylgua-nine-DNAmethyltransferase,MGMT)在脑胶质瘤中活性可增加约300倍[25],其通过修复烷基化的鸟嘌呤降低TMZ的作用[24],MGMT是TMZ抵抗的主要原因,占烷化剂抵抗病例的70%～80%[26]。MGMT基因启动子甲基化可沉默MGMT的表达,甲基化患者TMZ治疗获益更多[27],且在TMZ治疗期间MGMT的甲基化状态无变化[28],故经TMZ化疗的患者对TMZ由敏感转为抵抗的机制与MGMT无关[29]。Cahill等[10]对治疗前后GBM患者MGMT甲基化、MSH6基因突变和MSH6蛋白表达水平进行了比较,XRT+TMZ治疗前后肿瘤中的MGMT状态不变,但治疗后出现了新的MSH6突变和MSH6蛋白水平下降。此前有研究表明MSH6蛋白表达不受XRT影响,因此可确认MSH6突变是胶质瘤患者TMZ获得性耐药的关键机制,且该研究也提出经TMZ化疗后MSH6蛋白水平的下降可能会引起胶质瘤的复发和进展[10]。此外,有研究统计约30%经TMZ治疗后复发性HGG存在MSH6失活,可见MSH6基因突变和MSH6功能丧失是TMZ获得性耐药和肿瘤复发的关键分子机制[12]。

4、MSH6突变导致胶质瘤基因组超突变

肿瘤源自染色体畸变、核苷酸取代和表观遗传修饰[30]。肿瘤细胞克隆选择产生遗传改变实现优势生长,在肿瘤进展期突变体克服选择因子的作用,获得越来越多的恶性生物学特征。同理,胶质瘤在治疗中可选择性地积累原癌基因和抑癌基因突变[31],最后导致基因组超突变[10]。Hunter等[32]在携带MSH6突变的两名患者(PD1487a和PD1489a)中发现肿瘤基因组存在大量突变(分别在测序的500-kbDNA中有34和30个突变,每15kb约1个突变)。两名患者胶质瘤样本的基因组约有>200000个体细胞点突变,假设突变随机分布,每个肿瘤中约有1500个氨基酸改变,影响约8%的蛋白质编码,这种现象为超突变,促进了具有生长优势的肿瘤细胞快速进化。两例中的突变模式高度相似,都是单碱基取代,大多数取代是C∶G>T∶A突变(63/64;98%),该类型的突变与常见的由5-甲基胞嘧啶脱氨作用引起的C∶G>T∶A突变不同,其主要发生于5'胞嘧啶突变的CpC二核苷酸处[32]。91例胶质瘤基因数据集分析表明,TMZ治疗后胶质瘤MSH6突变可导致G∶C>A∶T在非CpG位点的替换(81%)[30]。

总之,胶质瘤中MSH6突变的出现以及表达水平的上调,不仅能增加胶质瘤的发生率,也会导致胶质瘤患者对TMZ的反应不佳,甚至还可以作为胶质瘤进展的催化剂。此外,最新研究发现MSH6基因亦存在致癌作用[9],该基因上调与预后不佳相关,并认为MSH6可作为预测胶质瘤预后的潜在指标[33],未来MSH6可作为潜在治疗靶点和指导治疗方案制定的潜在指标,最终改善胶质瘤患者的预后。

参考文献：

[1]国家卫生健康委员会医政医管局.脑胶质瘤诊疗规范(2018年版)[J].中华神经外科杂志,2019,35(3):217-239.

石莹,崔英哲,刘鹏飞.MSH6基因对胶质瘤易感性､耐药性和进展的影响[J].现代肿瘤医学,2020,28(20):3617-3619.