MCM3和MCM7基因在惡性腫瘤中的研究進(jìn)展*

陳 昶

廣西梧州市紅十字會(huì)醫(yī)院病理科 543002

惡性腫瘤屬于綜合性疾病,發(fā)生發(fā)展機(jī)制復(fù)雜,受到多種因素影響。在當(dāng)前研究中,惡性腫瘤具體發(fā)生發(fā)展機(jī)制尚不明確。通過研究惡性腫瘤中MCM3和MCM7的影響,分析其作用機(jī)制,可為惡性腫瘤診療和預(yù)后評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。

1 MCM3、MCM7基因的主要特點(diǎn)

MCM3、MCM7是微小染色體維持蛋白(Mini chromosome maintenance proteins,MCMs)中的因子。MCMs屬于多功能蛋白,最初是從酵母中被發(fā)現(xiàn),因?yàn)镸CMs可進(jìn)行質(zhì)粒復(fù)制,并且對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)展可產(chǎn)生一定作用,因此引起臨床關(guān)注。除MCM3、MCM7外,MCMs家族中還有MCM2、MCM4/Cdc21、MCM5/Cdc-46、MCM6/Miss5,亞單位數(shù)量不低于6個(gè),真核細(xì)胞中均可檢出MCMs[1]。

在復(fù)制開始階段,MCMs利用其解螺旋酶活性參與細(xì)胞周期復(fù)制過程。惡性細(xì)胞、異型增生基礎(chǔ)特征之一是DNA無限復(fù)制。DNA復(fù)制許可中,MCMs具有重要影響,細(xì)胞生存周期中,從細(xì)胞周期過渡至靜止期,然后進(jìn)行細(xì)胞分化或者衰老凋亡,在此過程中MCM活性逐漸降低[2]。基于上述背景,在潛在增殖評(píng)價(jià)中可重點(diǎn)觀察是否存在MCM激活。MCMs參與DNA復(fù)制與延伸,并且可預(yù)測(cè)細(xì)胞異常增殖,輔助惡性腫瘤診斷。多種惡性腫瘤可檢出MCMs表達(dá)強(qiáng)度異常增高。在MCMs家族中,MCM3、MCM7是與惡性腫瘤具有較高相關(guān)性的因子[3]。

2 MCM3、MCM7基因主要作用機(jī)制

2.1 參與DNA復(fù)制過程 MCM3和MCM7基因均屬于MCMs家族,該家族均屬于復(fù)制準(zhǔn)許因子。MCM3和MCM7在ATP支持下具有激活DNA復(fù)制作用,屬于DNA解螺旋酶活性基因。正常情況下,DNA復(fù)制活動(dòng)中MCMs可保證細(xì)胞周期內(nèi)單次DNA復(fù)制,對(duì)細(xì)胞增殖過程具有調(diào)控作用。DNA合成啟動(dòng)后,MCM7促使染色質(zhì)結(jié)合MCM,表現(xiàn)為弱旋酶活性,但是在G2期復(fù)制完成后,染色體結(jié)合的MCM脫離。因此,通常認(rèn)為MCM7為S期授權(quán)、檢查點(diǎn)位[4]。

2.2 增加惡性腫瘤風(fēng)險(xiǎn) 當(dāng)MCM3和MCM7異常激活時(shí),引起DNA異常復(fù)制和細(xì)胞異常增殖,誘發(fā)惡性腫瘤。MCM3基因敲除作用引起G1期阻滯,cyclinA活性降低,G2/M期發(fā)生MCM2、MCM7敲低細(xì)胞阻滯,激活細(xì)胞周期蛋白A。簡(jiǎn)而言之,MCM2、MCM7紊亂將增加髓母細(xì)胞瘤風(fēng)險(xiǎn)[5]。

2.3 影響AKT1、mTOR磷酸化反應(yīng) AKT屬于絲氨酸/蘇氨酸激酶,細(xì)胞增殖、發(fā)育、代謝過程均可見AKT。MCM7失功時(shí),食管癌細(xì)胞系A(chǔ)KT1、mTOR磷酸化反應(yīng)減弱,因此在癌癥臨床干預(yù)中可考慮提高AKT1/mTOR信號(hào)通路活性,促進(jìn)惡性腫瘤患者預(yù)后。MCMs可作用于部分凋亡蛋白,例如三陰性乳腺癌患者體內(nèi)高突變p53-染色質(zhì)信號(hào)通道中MCM2-7復(fù)合體發(fā)揮了作用[6]。

3 惡性腫瘤MCM3、MCM7基因表達(dá)

3.1 惡性腫瘤中常見MCM3、MCM7高表達(dá) DNA復(fù)制過程需要MCMs參與,研究MCM3、MCM7對(duì)惡性腫瘤的影響具有重要意義[7]。乳腺癌、淋巴瘤宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌等婦科惡性腫瘤以及胃癌、結(jié)腸癌等消化系統(tǒng)腫瘤、腎細(xì)胞癌等多種惡性腫瘤中可見MCM3激活,此外白血病患者也常見MCM3過表達(dá)[8]。甲狀腺腫瘤研究顯示,在臨床診斷時(shí),機(jī)體MCM3蛋白活性與惡性腫瘤風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)[9]。DNA復(fù)制許可中MCM7也是重要的參與因子[10]。在消化系統(tǒng)癌癥、呼吸系統(tǒng)癌癥、內(nèi)分泌系統(tǒng)惡性腫瘤和部分婦科惡性腫瘤中常見MCM7過表達(dá),影響惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展[11]。

3.2 MCM3、MCM7減弱誘發(fā)DNA復(fù)制應(yīng)激 常規(guī)情況下,MCM導(dǎo)致DNA復(fù)制持續(xù)激活,但是MCM活性減弱可能導(dǎo)致復(fù)制應(yīng)激,表現(xiàn)為DNA合成活性減弱或者停止合成,或者發(fā)生復(fù)制分叉進(jìn)程[12]。MCM蛋白活性減弱時(shí),初級(jí)起始區(qū)域單位時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)次數(shù)減少,抑制復(fù)制分叉,然而在此過程中DNA損傷持續(xù)發(fā)生,無法順利分叉前進(jìn)改變基因組結(jié)構(gòu)[13]。進(jìn)而引起復(fù)制叉崩潰,造成基因組缺損,此種情況細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化風(fēng)險(xiǎn)較高[14]。

3.3 MCMs低表達(dá)和高表達(dá)潛在機(jī)制不同 小鼠試驗(yàn)顯示,當(dāng)小鼠MCM3基因異常時(shí),血液腫瘤風(fēng)險(xiǎn)較高。當(dāng)MCMs低表達(dá)時(shí)誘發(fā)復(fù)制應(yīng)激反應(yīng),導(dǎo)致小鼠胎兒造血干細(xì)胞功能抑制,以及降低紅細(xì)胞生成活性。MCMs表達(dá)紊亂在癌癥中具有不同潛在機(jī)制。觀察MCM3、MCM7活性,可對(duì)健康組織、腫瘤組織以及不典型增生組織進(jìn)行鑒別。MCM3、MCM7是腫瘤診斷和預(yù)后評(píng)估的可靠依據(jù)之一,可輔助醫(yī)師進(jìn)行癌癥診療[15]。

4 惡性腫瘤預(yù)后評(píng)估中MCM3、MCM7的應(yīng)用

4.1 輔助預(yù)后評(píng)估 MCM3、MCM7是腫瘤預(yù)后標(biāo)志物之一。MCM3、MCM7可抑制細(xì)胞復(fù)制,加劇基因組不穩(wěn)定,進(jìn)而導(dǎo)致預(yù)后不良。乳腺癌患者常見MCM3激活,尤其是在預(yù)后評(píng)估侵襲性導(dǎo)管性乳腺癌中有重要作用,可替代Ki-67作為癌細(xì)胞增殖、預(yù)后預(yù)測(cè)的檢測(cè)手段。口腔鱗狀細(xì)胞癌檢測(cè)中也可使用MCM3和Ki-67標(biāo)記細(xì)胞增殖情況,同時(shí)MCM3不易受到外因干擾,可提示腫瘤細(xì)胞異常增殖。

醫(yī)學(xué)研究顯示,MCM7可對(duì)細(xì)胞正常復(fù)制周期進(jìn)行干擾,以及提高基因組不穩(wěn)定性,通過此種機(jī)制導(dǎo)致不良預(yù)后。該類物質(zhì)屬于新興腫瘤預(yù)后標(biāo)志物。在惡性腫瘤發(fā)展中,病理分期、分級(jí)逐漸升高后,G1期細(xì)胞占比顯著升高。尿路上皮癌發(fā)展過程中,MCM7表達(dá)可見明顯差異。高級(jí)別非侵襲性癌中MCM7高表達(dá),與其相比,低級(jí)別非侵襲性癌MCM7活性較低,該結(jié)果表明MCM7可能影響腫瘤細(xì)胞增殖過程。

不僅如此,MCM7、Ki-67表達(dá)量平行,導(dǎo)致腫瘤侵襲浸潤加速,因此MCM7、Ki-67可作為潛在預(yù)后標(biāo)志物。MCM7還可作為預(yù)測(cè)膀胱癌發(fā)展的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,MCM7表達(dá)量較高時(shí),患者特征與進(jìn)展期臨床、組織病理學(xué)表現(xiàn)相近。腫瘤直徑、腫瘤分期規(guī)格較高時(shí),患者通常生存期顯著縮短。MCM7可促進(jìn)驅(qū)動(dòng)肺癌基因表達(dá),提升其活性,進(jìn)而誘發(fā)腫瘤。分析MCM7在非小細(xì)胞肺癌預(yù)后中的應(yīng)用價(jià)值,可見MCM7低表達(dá)量早期肺癌病例,生存時(shí)間可見明顯延長。消化系統(tǒng)惡性腫瘤預(yù)后中,MCM7具有較高預(yù)后價(jià)值。胃黏膜上皮內(nèi)瘤變中MCM7活性與胃癌相比顯著降低,腫瘤分級(jí)越高,MCM7活性越高,二者呈正相關(guān),同時(shí)MCM7活性與Ki-67活性具有平行表現(xiàn),可見生存期顯著縮短,由此可知其良好預(yù)后標(biāo)志物潛力較大。MCM7肝細(xì)胞癌中可見激活,MCM7高表達(dá)通常伴隨高等級(jí)腫瘤侵襲力,例如,常見分化度降低、脈管侵犯風(fēng)險(xiǎn)增高,并且影響癌癥進(jìn)展臨床評(píng)分。患者中位生存期顯著縮短,應(yīng)用前景較好。

MCM7可聯(lián)合細(xì)胞周期蛋白D1診斷和預(yù)后預(yù)測(cè),是應(yīng)用價(jià)值較高的標(biāo)志物。食管鱗狀細(xì)胞癌中MCM7常見高表達(dá),中低分化癌中MCM7通常為高表達(dá),MCM7高表達(dá)時(shí)通常可見腫瘤浸潤程度加深、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)加重以及腫瘤分期升高。MCM7與癌癥分期密切相關(guān),進(jìn)而影響生存期,預(yù)后預(yù)測(cè)應(yīng)用準(zhǔn)確性較好。結(jié)腸癌、唾液腺癌也常見MCM7異常表達(dá)。MCM7可用于判斷細(xì)胞增殖和影響腫瘤進(jìn)展,對(duì)預(yù)后判斷具有指導(dǎo)價(jià)值。

4.2 指導(dǎo)靶向治療 MCM7屬于增殖因子,參與多種惡性腫瘤發(fā)育過程,導(dǎo)致預(yù)后不良風(fēng)險(xiǎn)升高。在臨床治療非小細(xì)胞癌時(shí),治療靶點(diǎn)可選擇MCM7,促進(jìn)患者預(yù)后。此外,微小肺腺癌預(yù)后評(píng)估中可將MCM7作為獨(dú)立因子。在喉部和口腔鱗癌、結(jié)直腸癌、乳頭狀尿路上皮癌以及彌漫性胃腺癌中,可采用MCM7作為預(yù)后預(yù)測(cè)因子。腦膜瘤復(fù)發(fā)預(yù)測(cè)中,可將MCM7作為標(biāo)志物。應(yīng)用MCM7預(yù)測(cè)腦膜瘤復(fù)發(fā)時(shí),采用傳統(tǒng)MIB-1標(biāo)志物較易出現(xiàn)假陰性,與之相比MCM7漏診率較低,由此可知MCM7是診斷價(jià)值較高的生存預(yù)測(cè)指標(biāo)。神經(jīng)膠質(zhì)瘤預(yù)后預(yù)測(cè)中,可將MCM2、MCM3、MCM7作為預(yù)測(cè)因子[16]。

腫瘤細(xì)胞DNA無限復(fù)制時(shí),MCM7可加速細(xì)胞增殖、促進(jìn)細(xì)胞發(fā)育。MCM7為惡性腫瘤靶向治療中,MCM7可作為新位點(diǎn)[17]。MCM7可在體內(nèi)外激活MAPK/cyclinD1,加速肝癌細(xì)胞增殖,在此種作用下肝癌細(xì)胞體外增殖、體內(nèi)致瘤性顯著升高。MCM7基因敲除后,可見HCC細(xì)胞周期停滯,有效抑制了腫瘤發(fā)育。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明,三氧化二砷可對(duì)SRF/MCM7轉(zhuǎn)錄復(fù)合物進(jìn)行誘導(dǎo),促使其發(fā)生構(gòu)象變化,抑制其與MCM7啟動(dòng)子結(jié)合,降低MCM7活性。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示,通過上述處理,肝癌細(xì)胞成瘤率顯著降低,癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移侵襲能力顯著減弱,可考慮針對(duì)肝癌采用新位點(diǎn)靶向治療[18]。

惡性胰腺導(dǎo)管癌與MCM7研究中,抑制MCM7表達(dá)可延緩復(fù)制叉,使吉西他濱與5-氟尿嘧啶具有更高敏感性,促進(jìn)腫瘤生長抑制。在復(fù)制叉阻斷藥物中,奧沙利鉑、依托泊苷為常用藥。通過靶向治療降低MCM7表達(dá)量30%左右,此時(shí)結(jié)腸癌細(xì)胞對(duì)上述藥物具有較高敏感性,顯示靶向MCM7具有較高的治療潛力[19]。

在乳腺癌治療中,他莫昔芬應(yīng)用范圍較廣,該藥效果較好,但是在治療中較易產(chǎn)生耐藥,臨床治療需要解決該問題。乳腺癌細(xì)胞MCM7引導(dǎo)性下調(diào)可對(duì)γH2AX上調(diào)產(chǎn)生誘導(dǎo)作用,通過此種機(jī)制誘發(fā)腫瘤細(xì)胞DNA損傷,進(jìn)而對(duì)乳腺癌細(xì)胞凋亡產(chǎn)生誘導(dǎo)作用。辛伐他汀聯(lián)合使用他莫昔芬時(shí),可采用抑制MCM7方法,從而緩解乳腺癌耐藥問題,此種治療思路是乳腺癌治療未來研究方向之一。惡性腫瘤輔助治療中經(jīng)常需要實(shí)施放療。在放療期間,檢測(cè)MCM7表達(dá)量有利于篩選放療敏感子宮內(nèi)膜癌,從而延長患者生存周期。基于此類研究,醫(yī)師可調(diào)整惡性腫瘤治療方案,緩解副作用,促進(jìn)乳腺癌患者預(yù)后。

4.3 提高檢測(cè)準(zhǔn)確性 MCM多態(tài)、單核苷酸多態(tài)性影響預(yù)后。MCM7內(nèi)含子中,miR-106b-25活性影響中晚期肝癌患者存活期。急性髓系白血病中rs1534309純合子基因型病例與其他基因型相比病死率相對(duì)較低。在惡性腫瘤預(yù)測(cè)中,通常采用增殖細(xì)胞核抗原、Ki67,上述物質(zhì)均為細(xì)胞周期標(biāo)記物,但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)假陰性風(fēng)險(xiǎn)較高,與之相比MCM3、MCM7靈敏度較高,炎癥等外因通常不會(huì)影響MCM3、MCM7檢測(cè)結(jié)果,檢測(cè)可靠性較高[20]。

MCM3在細(xì)胞 DNA 復(fù)制過程中屬于特許因子,可以作為標(biāo)記物直接反映細(xì)胞的增殖狀態(tài),對(duì)于因細(xì)胞周期調(diào)節(jié)失常、失去控制后產(chǎn)生的不典型增生和腫瘤的診斷及預(yù)后都有非常重要的指導(dǎo)意義。MCM3主要生物種為哺乳動(dòng)物和啤酒酵母菌。啤酒酵母菌MCM3處于五號(hào)染色體左臂,與著絲粒相近,處于GeneBank DNA位點(diǎn)X53540。MCM3基因規(guī)格為3 924bp,其中開放閱讀框規(guī)格為3kb,從首個(gè)ATG開始翻譯,MCM3編碼規(guī)格為971個(gè)氨基酸蛋白質(zhì),MCM3分子質(zhì)量為125kDa,氨基末端、碳末端均分布有親水區(qū)域1格。MCM3不僅標(biāo)記旺盛增殖期細(xì)胞,而且可對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記,以及標(biāo)記增生潛能、活性屬性明顯的細(xì)胞,對(duì)處于分化狀態(tài)的細(xì)胞無標(biāo)記作用,上述標(biāo)記作用導(dǎo)致MCM3在研究細(xì)胞增殖中重要因子。

健康組織細(xì)胞中,MCM3中mRNA可見活性較低,在小腸、脾、結(jié)腸中可見此種表現(xiàn)。健康組織細(xì)胞具有基底層細(xì)胞具有增殖潛能,作用機(jī)制與其一致,表達(dá)活性與癌細(xì)胞活性存在顯著差異。但是二者具有完全不同的作用機(jī)制。因?yàn)镸CM家族、DNA復(fù)制具有相關(guān)性,部分研究分析了MCM3等MCMs家族腫瘤組織表達(dá)活性,由此可知,MCM3蛋白可精準(zhǔn)反映細(xì)胞增殖活性。分析MCMs表達(dá)特點(diǎn),明確標(biāo)記指數(shù),可準(zhǔn)確區(qū)分健康組織與不典型增生組織,識(shí)別腫瘤組織。

MCM3可進(jìn)行癌前、腫瘤診斷,還可進(jìn)行預(yù)后標(biāo)記。MCM3基因在多種惡性腫瘤中高表達(dá),其中常見類型包括白血病、淋巴瘤以及宮頸惡性腫瘤、結(jié)腸惡性腫瘤、肺惡性腫瘤、胃惡性腫瘤、腎惡性腫瘤、乳腺惡性腫瘤、惡性黑色素瘤等。Westernblot、免疫組化檢測(cè)顯示,MCM3蛋白通常在癌變組織中高表達(dá)。MCM3影響多種腫瘤發(fā)生發(fā)展,MCM3活性可用于惡性腫瘤臨床診斷。

例如,在甲狀腺癌治療中,甲狀腺細(xì)針穿刺活檢術(shù)是診斷良惡性結(jié)節(jié)的主要方法,準(zhǔn)確度較高。甲狀腺細(xì)針穿刺活檢術(shù)后,針對(duì)患者實(shí)施細(xì)胞病理學(xué)診斷,可明確腫瘤良性和惡性分布情況。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)不確定患者、可疑惡性患者實(shí)施術(shù)后病理檢查,可見其甲狀腺癌占比較低,部分患者無須實(shí)施手術(shù)。在診斷治療中,甲狀腺細(xì)針穿刺活檢術(shù)在部分患者診斷中應(yīng)用效果低于預(yù)期,無法做出精準(zhǔn)診斷。MCM3蛋白可作為甲狀腺癌診斷、治療、預(yù)后評(píng)估的重要依據(jù)。

MCM3可作為預(yù)后分析的重要依據(jù)。MCM3蛋白可揭示甲狀腺癌疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制,作為甲狀腺癌早期診斷方法,鑒別甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性,以此為依據(jù)制定治療方案,以及在治療干預(yù)中監(jiān)測(cè)復(fù)發(fā)情況,對(duì)患者預(yù)后情況進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè),應(yīng)用價(jià)值顯著。MCM3可作為甲狀腺腫瘤良惡性診斷的敏感標(biāo)志物,其缺陷是缺少特異性,需要聯(lián)合其他方法進(jìn)行綜合診斷。應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)性分析,篩選出應(yīng)用效果更好的高特異性標(biāo)志物,輔助甲狀腺細(xì)針穿刺活檢,采用多個(gè)特異性因子進(jìn)行活檢組織聯(lián)合檢測(cè),通過多元基因譜檢測(cè),合理診斷甲狀腺疾病的病理狀態(tài),采取科學(xué)治療手段,輔助預(yù)后評(píng)價(jià),尤其是在早期甲狀腺癌診斷中具有積極意義。

5 結(jié)論

MCM3、MCM7基因具有特殊的作用機(jī)制和因子特點(diǎn),MCM3、MCM7基因是DNA復(fù)制過程的重要參與因子,MCM3、MCM7高表達(dá)將導(dǎo)致惡性腫瘤風(fēng)險(xiǎn)升高,MCM3、MCM7可對(duì)AKT1、mTOR磷酸化反應(yīng)產(chǎn)生作用。MCM3、MCM7減弱將引起DNA復(fù)制應(yīng)激反應(yīng),增加細(xì)胞惡化風(fēng)險(xiǎn),在MCM3、MCM7變化中,其低表達(dá)和高表達(dá)潛在機(jī)制存在顯著差異。MCM3、MCM7指標(biāo)可作為惡性腫瘤預(yù)后評(píng)估的重要參考依據(jù),診斷靈敏度較高,不易出現(xiàn)假陰性結(jié)果。在惡性腫瘤診斷中,可將MCM3、MCM7作為重要診斷標(biāo)志物,輔助惡性腫瘤分期和預(yù)測(cè)預(yù)后,指導(dǎo)醫(yī)師科學(xué)開展靶向治療,促進(jìn)患者預(yù)后。

綜上所述,MCM3、MCM7可影響惡性腫瘤增殖,加劇惡性腫瘤基因組不穩(wěn)定性,從而對(duì)其發(fā)生發(fā)展過程產(chǎn)生影響。通過MCM3和MCM7活性檢測(cè)可預(yù)測(cè)腫瘤發(fā)展趨勢(shì),可應(yīng)用于惡性腫瘤診斷、療效評(píng)估和預(yù)后,可作為靶向治療靶點(diǎn)。當(dāng)前醫(yī)學(xué)研究對(duì)MCM3和MCM7的認(rèn)知有限,并且腫瘤具有進(jìn)行性特點(diǎn),在不同階段和受到不同因素影響時(shí)具有不同特點(diǎn),因此未來應(yīng)進(jìn)行更深層次的MCM3和MCM7分子作用機(jī)制研究,為惡性腫瘤診斷和治療提供依據(jù),促進(jìn)患者預(yù)后。