APOBEC在婦科惡性腫瘤中的研究進(jìn)展*

胡瀟瀟,馬婧蘭,殷 霞

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院婦產(chǎn)科,上海市婦科腫瘤重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200127)

載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽(Apolipoprotein B mRNA-editing catalytic polypeptide-like,APOBEC)是一組胞苷脫氨酶,在限制病毒復(fù)制、促進(jìn)抗體親和力成熟和調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝中發(fā)揮重要的作用。研究表明,APOBEC家族蛋白酶可能引起體細(xì)胞基因組突變,破壞基因組的穩(wěn)定性,進(jìn)而誘導(dǎo)癌癥的發(fā)生與發(fā)展,且與多種癌癥的免疫治療、臨床預(yù)后等密切相關(guān)。近年來(lái)APOBEC在婦科惡性腫瘤中的研究進(jìn)展較快,現(xiàn)將研究進(jìn)展綜述如下。

1 胞苷脫氨酶APOBEC家族結(jié)構(gòu)和功能

人類APOBEC家族共有11個(gè)成員,包括APOBEC1,激活誘導(dǎo)的胞苷脫氨酶(activation-induced cytidine deaminase,AID),APOBEC2,APOBEC3A,APOBEC3B,APOBEC3C,APOBEC3D,APOBEC3F,APOBEC3G,APOBEC3H和APOBEC4,主要以蛋白酶的形式在細(xì)胞水平發(fā)揮作用,與RNA或單鏈DNA結(jié)合,使底物中的胞嘧啶脫氨基轉(zhuǎn)化為尿嘧啶[1]。編碼APOBEC蛋白的基因分別位于1、6、12、22染色體。APOBEC家族結(jié)構(gòu)的共同核心是胞苷脫氨酶催化結(jié)構(gòu)域,該家族的成員均存在一個(gè)或兩個(gè)保守的胞苷脫氨酶催化結(jié)構(gòu)域。催化結(jié)構(gòu)域主要由6個(gè)α-螺旋穩(wěn)定的5股混合β-片層構(gòu)成,并且在其核心催化位點(diǎn)的α-β-α超二級(jí)結(jié)構(gòu)元件內(nèi)共享一個(gè)保守的鋅依賴性脫氨酶序列基序[2]。

目前有關(guān)APOBEC功能的研究主要聚焦于抗病毒免疫,尤其是人類免疫缺陷病毒1型(human immunodeficiency virus-1,HIV-1)。研究發(fā)現(xiàn),APOBEC3可通過(guò)脫氨依賴和非脫氨依賴途徑限制HIV-1感染[3]。此外,APOBEC家族在促進(jìn)抗體親和力成熟[4]和調(diào)節(jié)機(jī)體脂質(zhì)代謝[5]方面發(fā)揮重要的作用。APOBEC的胞苷脫氨酶活性也可誘導(dǎo)細(xì)胞基因突變,從而導(dǎo)致癌癥的發(fā)生和發(fā)展。APOBEC導(dǎo)致突變的機(jī)制為尿嘧啶糖基化酶(uracil DNA glycosylase,UNG)切除APOBEC介導(dǎo)生成的尿嘧啶后形成無(wú)堿基位點(diǎn),跨損傷修復(fù)導(dǎo)致C>T或C>G突變,而無(wú)UNG作用時(shí)尿嘧啶直接參與DNA復(fù)制,導(dǎo)致C>T突變[6]。泛癌分析顯示,在約75%的癌癥類型和超過(guò)50%的癌癥基因組中檢測(cè)到了APOBEC相關(guān)突變特征,提示APOBEC可能是引起這些癌癥中DNA突變的內(nèi)源性來(lái)源之一[7]。與APOBEC相關(guān)的突變特征主要包括單堿基替換(single-base substitution,SBS)特征SBS2和SBS13[8],它們的增加不僅與腫瘤突變負(fù)荷的增加相關(guān),而且與多種癌癥的基因組不穩(wěn)定性相關(guān)[9]。Kataegis是一種局灶型超突變現(xiàn)象,76.1%的Kataegis事件表現(xiàn)出與AID和APOBEC3脫氨酶家族相關(guān)的突變模式[10],已在多種類型的癌癥中被觀察到。胞苷脫氨酶家族中的APOBEC3A和APOBEC3B通常被認(rèn)為是多種類型癌癥中的主要突變因素。最近研究發(fā)現(xiàn),APOBEC3A基因缺失導(dǎo)致APOBEC3相關(guān)的突變特征SBS2和SBS13減少,而APOBEC3B基因缺失并沒(méi)有明顯影響SBS2和SBS13,表明內(nèi)源性APOBEC3A是癌癥中普遍突變特征的主要驅(qū)動(dòng)者[11]。同時(shí)大量研究表明,APOBEC與肺癌、膀胱癌、乳腺癌等多種腫瘤的免疫治療效果和臨床預(yù)后密切相關(guān)[12]。

2 APOBEC與婦科惡性腫瘤

在婦科惡性腫瘤中,廣泛的APOBEC相關(guān)突變特征被人們所關(guān)注。對(duì)3種主要婦科惡性腫瘤——宮頸癌、卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌相關(guān)的1231個(gè)外顯子組和268個(gè)全基因組進(jìn)行測(cè)序分析,發(fā)現(xiàn)宮頸癌以APOBEC相關(guān)突變特征為主,且在部分卵巢癌和子宮內(nèi)膜癌中也觀察到了此類突變特征,表明APOBEC可能在不同程度上參與了婦科惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展[13]。越來(lái)越多的研究表明,APOBEC與婦科腫瘤的鉑類化療耐藥、免疫治療、臨床預(yù)后等密切相關(guān)。

2.1 APOBEC與宮頸癌 宮頸癌是最常見(jiàn)的婦科惡性腫瘤,高危型人乳頭瘤病毒(human papillomavirus,HPV)持續(xù)感染是誘發(fā)宮頸癌的關(guān)鍵因素之一。研究發(fā)現(xiàn),APOBEC3B mRNA水平隨著從正常宮頸上皮到宮頸上皮內(nèi)瘤變(cervical intraepithelial neoplasia,CIN)再到鱗狀細(xì)胞癌的惡性轉(zhuǎn)化而逐漸增加[14],表明APOBEC可能也是宮頸癌發(fā)生的潛在貢獻(xiàn)者。測(cè)序分析顯示,不同組織學(xué)類型的宮頸癌中均存在與APOBEC相關(guān)的突變特征[15-16],表明APOBEC可能參與介導(dǎo)宮頸癌體細(xì)胞突變。早期研究提出,APOBEC可能通過(guò)介導(dǎo)癌癥驅(qū)動(dòng)基因PIK3CA螺旋結(jié)構(gòu)域突變導(dǎo)致宮頸癌的發(fā)生[17]。公共數(shù)據(jù)庫(kù)分析顯示,HPV(+)鱗狀細(xì)胞癌中的APOBEC3B mRNA表達(dá)水平遠(yuǎn)高于HPV(-)鱗狀細(xì)胞癌[14],提示APOBEC、HPV感染和宮頸癌之間可能存在某種關(guān)聯(lián)。APOBEC是機(jī)體抗病毒免疫反應(yīng)的重要參與者,HPV感染宿主后誘導(dǎo)APOBEC3表達(dá)上調(diào)[18],上調(diào)的APOBEC可反作用于HPV基因組并驅(qū)動(dòng)突變[19],或作用于宿主基因組引起突變。目前APOBEC的病毒限制作用與癌癥發(fā)生之間的關(guān)系尚不清楚。一方面,APOBEC3可通過(guò)編輯HPV基因組發(fā)揮抗病毒作用,促進(jìn)病毒從體細(xì)胞中清除[20],降低病毒致癌的可能性;另一方面,APOBEC可誘導(dǎo)病毒或宿主基因組的突變,促進(jìn)體細(xì)胞突變的積累,進(jìn)而誘導(dǎo)癌癥發(fā)生。

APOBEC可能也在宮頸癌的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮一定的作用。體外實(shí)驗(yàn)證明,APOBEC3B過(guò)表達(dá)可通過(guò)影響細(xì)胞周期促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞增殖,抑制細(xì)胞的凋亡,同時(shí)對(duì)細(xì)胞的遷移能力有積極的影響[21]。Fan等[14]也發(fā)現(xiàn),APOBEC3B表達(dá)與宮頸鱗狀細(xì)胞癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移顯著相關(guān)。然而基因測(cè)序分析發(fā)現(xiàn),宮頸癌患者復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移灶中的APOBEC3A轉(zhuǎn)錄表達(dá)相對(duì)于原發(fā)腫瘤組織下調(diào),APOBEC相關(guān)突變特征缺失,提示APOBEC3A下調(diào)可能作為復(fù)發(fā)或者轉(zhuǎn)移性宮頸癌的預(yù)測(cè)生物標(biāo)志物[22]。目前不同APOBEC家族成員是否在宮頸癌轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮不同的作用尚不清楚,還需更多體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

APOBEC可作為宮頸癌鉑類藥物化療和免疫治療效果的生物標(biāo)志物,并與癌癥的臨床預(yù)后密切相關(guān)。高表達(dá)APOBEC3B的宮頸癌細(xì)胞系對(duì)順鉑的敏感性較低,提示APOBEC可能是化療耐藥宮頸癌的潛在診斷生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)[21]。另有研究顯示,APOBEC突變特征在PD-L1(+)的宮頸鱗狀細(xì)胞癌中富集,表明APOBEC突變特征也可作為部分宮頸癌患者對(duì)免疫檢查點(diǎn)抑制劑反應(yīng)敏感的生物標(biāo)志物[23]。Chen等[24]發(fā)現(xiàn),APOBEC3B表達(dá)水平更高的患者有更長(zhǎng)的總生存期(overall survival,OS)和無(wú)病生存期(disease-free survival,DFS),提示APOBEC3B可能通過(guò)調(diào)節(jié)某個(gè)基因或通路在宮頸癌臨床預(yù)后中起積極作用,其具體作用機(jī)制需進(jìn)一步研究。

2.2 APOBEC與卵巢癌 卵巢癌死亡率高居?jì)D科腫瘤首位,因?yàn)槠淙狈μ禺愋园Y狀,早期診斷較困難,患者就診時(shí)多已處于晚期。Brachova等[25]通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)證實(shí),正常輸卵管上皮細(xì)胞暴露于卵泡液后DNA損傷積累增多,并提出這可能是由于細(xì)胞內(nèi)的APOBEC3A表達(dá)增加誘導(dǎo)雙鏈DNA斷裂而造成的,表明APOBEC3A可能在卵巢癌的發(fā)生過(guò)程中發(fā)揮一定的作用。基于133例卵巢癌患者的基因組測(cè)序分析顯示,26%的卵巢透明細(xì)胞癌病例表現(xiàn)出與APOBEC相關(guān)的突變特征,提示APOBEC可能參與介導(dǎo)卵巢透明細(xì)胞癌體細(xì)胞突變[26]。

大部分卵巢癌經(jīng)含鉑化療后逐漸出現(xiàn)化療耐藥和腫瘤復(fù)發(fā),降低耐藥性是提高晚期卵巢癌患者生存率必須解決的問(wèn)題?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn),在體外培養(yǎng)的卵巢透明細(xì)胞癌細(xì)胞和動(dòng)物模型中,較高的APOBEC3B表達(dá)水平與較好的鉑類藥物治療效果相關(guān)?？赡艿慕忉屖茿POBEC3B引起的DNA損傷使腫瘤細(xì)胞對(duì)鉑類藥物引起的DNA交聯(lián)更為敏感,提示APOBEC3B可能是預(yù)測(cè)卵巢透明細(xì)胞癌鉑類化療反應(yīng)的生物標(biāo)志物,并可能成為鉑耐藥卵巢癌的潛在治療靶點(diǎn)[27]。APOBEC在卵巢癌的免疫治療中也顯現(xiàn)出一定的應(yīng)用價(jià)值。Yin等[28]發(fā)現(xiàn),87例表達(dá)APOBEC3B的卵巢透明細(xì)胞癌組織標(biāo)本中,51.7%顯示出CD8陽(yáng)性表達(dá),提示表達(dá)APOBEC3B的卵巢透明細(xì)胞癌在一定程度上具有免疫原性,可能適用于癌癥免疫治療。Leonard等[29]發(fā)現(xiàn),高級(jí)別漿液性卵巢癌中APOBEC3G mRNA表達(dá)水平與T細(xì)胞標(biāo)志物的mRNA表達(dá)呈正相關(guān),并通過(guò)免疫組化和免疫熒光染色證實(shí)APOBEC3G蛋白與T細(xì)胞標(biāo)志物共定位,表明APOBEC3G主要在腫瘤浸潤(rùn)性T細(xì)胞內(nèi)表達(dá),提示APOBEC3G可作為T細(xì)胞浸潤(rùn)和抗腫瘤免疫反應(yīng)的生物標(biāo)志物,為高級(jí)別漿液性卵巢癌的免疫療法提供了新的方向。

APOBEC3B也可作為預(yù)測(cè)卵巢癌患者臨床預(yù)后的候選標(biāo)志物。一項(xiàng)回顧性隊(duì)列研究顯示,APOBEC3B過(guò)表達(dá)與卵巢癌患者較短的OS和DFS顯著相關(guān),該隊(duì)列共包含88例卵巢癌患者,其中67%的病例患漿液性卵巢癌[30]。然而在卵巢透明細(xì)胞癌中,APOBEC3B可作為較長(zhǎng)無(wú)進(jìn)展生存期的指示性生物標(biāo)志物,這可能是因APOBEC驅(qū)動(dòng)的癌癥基因組突變導(dǎo)致腫瘤新抗原的產(chǎn)生,從而激發(fā)抗腫瘤免疫反應(yīng),減緩腫瘤進(jìn)展[28]。兩種截然相反的結(jié)論提示APOBEC3B與卵巢癌預(yù)后的關(guān)系可能與卵巢癌的組織學(xué)類型有關(guān)。

2.3 APOBEC與子宮內(nèi)膜癌 APOBEC在子宮內(nèi)膜癌中的研究相對(duì)較少。測(cè)序分析顯示子宮內(nèi)膜癌以錯(cuò)配修復(fù)缺陷突變特征為主,但其中的一部分表現(xiàn)出同源重組修復(fù)缺陷突變特征和APOBEC突變特征,且APOBEC突變特征與同源重組修復(fù)缺陷突變特征可同時(shí)出現(xiàn),但與錯(cuò)配修復(fù)缺陷突變特征互斥[13]。探索APOBEC與DNA修復(fù)系統(tǒng)的相互作用可能有助于闡明子宮內(nèi)膜癌的發(fā)生機(jī)制,進(jìn)而改進(jìn)臨床決策。Lin等[31]發(fā)現(xiàn),超突變子宮內(nèi)膜癌與非超突變子宮內(nèi)膜癌相比存在不同的突變特征,而APOBEC相關(guān)突變特征僅出現(xiàn)在超突變子宮內(nèi)膜癌中,APOBEC可能參與超突變子宮內(nèi)膜癌的發(fā)生,提示超突變和非超突變癌癥患者之間存在不同的突變過(guò)程,并可能針對(duì)不同的突變過(guò)程采用不同的治療策略。APOBEC3基因位點(diǎn)的變異可能影響APOBEC3的表達(dá)和癌癥風(fēng)險(xiǎn),Sofiyeva等[32]統(tǒng)計(jì)了1470例挪威子宮內(nèi)膜癌病例樣本中APOBEC3A/B基因型的頻率,并與1918例健康對(duì)照進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)APOBEC3A/B缺失變異與子宮內(nèi)膜癌風(fēng)險(xiǎn)降低顯著相關(guān),但兩者之間的關(guān)聯(lián)還需在更多種族和人群中進(jìn)行驗(yàn)證。基于癌癥基因組圖譜(The Cancer Genome Atlas,TCGA)數(shù)據(jù)庫(kù)的泛癌分析發(fā)現(xiàn),子宮內(nèi)膜癌中APOBEC3B表達(dá)水平高于正常組織,且子宮內(nèi)膜癌是APOBEC3B基因改變頻率最高的腫瘤類型,主要表現(xiàn)為“突變”,但尚未發(fā)現(xiàn)APOBEC3B基因改變對(duì)子宮內(nèi)膜癌患者預(yù)后和生存的影響[33]。

3 小結(jié)與展望

APOBEC是癌癥體細(xì)胞突變的重要來(lái)源,在多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。宮頸癌、卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌中均存在APOBEC相關(guān)的突變特征,表明APOBEC可能參與介導(dǎo)了婦科惡性腫瘤的體細(xì)胞突變,誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生。APOBEC在不同婦科腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用有所不同。較為特殊的是APOBEC在宮頸癌發(fā)生過(guò)程中的作用具有兩面性,其介導(dǎo)HPV與宿主基因組之間的復(fù)雜相互作用,可能作為HPV(+)宮頸癌治療的切入點(diǎn)。在化療耐藥性方面,APOBEC3B過(guò)表達(dá)增加了宮頸癌細(xì)胞對(duì)鉑類藥物化療的耐藥性,然而高表達(dá)APOBEC3B的卵巢透明細(xì)胞癌細(xì)胞系鉑類藥物治療效果較好。闡明APOBEC導(dǎo)致鉑敏感或鉑耐藥的機(jī)制可能為解決婦科惡性腫瘤化療耐藥問(wèn)題提供新的助力。APOBEC在婦科惡性腫瘤的免疫治療方面也具有一定的應(yīng)用前景。一方面,APOBEC驅(qū)動(dòng)的突變有助于腫瘤新抗原的產(chǎn)生,增加免疫原性,激發(fā)抗腫瘤免疫反應(yīng)。另一方面,APOBEC突變特征可能作為癌癥患者免疫檢查點(diǎn)療法治療有效性的預(yù)測(cè)標(biāo)志物。靶向APOBEC可能使癌癥患者從免疫治療中獲益。APOBEC與婦科惡性腫瘤患者臨床預(yù)后的關(guān)系還有待進(jìn)一步探討,因其在不同腫瘤類型之間甚至同種癌癥不同的病理組織學(xué)類型之間均可能存在差異。

綜上所述,深入了解APOBEC在三大婦科惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的不同作用及相關(guān)機(jī)制至關(guān)重要,其可能作為婦科腫瘤治療的關(guān)鍵靶點(diǎn)之一,為腫瘤治療提供新的思路和方向。