RAD51連接蛋白1在惡性腫瘤中的研究進展

陳雨靖 劉東璞

佳木斯大學,黑龍江省佳木斯市 154000

眾所周知,惡性腫瘤是目前人們所面臨的十分具有威脅性的疾病,也是主要死亡原因之一。惡性腫瘤的發生與多種因素相關,包括基因突變、遺傳、生活方式及周圍環境等。RAD51AP1是一種結構特異性DNA結合蛋白,有研究表明其在結直腸癌、肺癌、肝癌、卵巢癌等多種惡性腫瘤中呈高表達,且有著不盡相同的分子通路,本文通過對RAD51AP1在多種惡性腫瘤中的作用進行綜述,希望可以為更多腫瘤性疾病的預防、診斷、靶向治療及相關機制的理論研究提供幫助。

1 RAD51AP1概述

RAD51連接蛋白1(RAD51-Associated Protein 1,RAD51AP1)是RAD51-相互作用蛋白,于1997年通過酵母雙雜交(Y2H)體系發現,最初分別被命名為人蛋白Pir51和小鼠蛋白RAB22[1-2]。人類RAD51AP1轉錄本的組織特異性分布與RAD51相似,在胸腺、骨髓、脾臟和睪丸中最高,這種表達模式與RAD51AP1和同源重組(Homologous recombination,HR)在緩解增殖細胞中自發DNA損傷的關鍵作用一致[3]。編碼RAD51AP1的基因位于人類12號染色體短臂13區段[2]。RAD51AP1具有兩個不同的DNA結合結構域,其中一個位于蛋白質的N端區域,另外一個位于蛋白質的C端附近,這兩個結構域是RAD51AP1保護細胞免受DNA損傷和促進RAD51形成D-環方面的全部活性所必不可少的,RAD51AP1對DNA重組中間體的親和力使其能夠在一些關鍵的機制步驟中控制基因組完整性的保存[4-5]。

RAD51AP1蛋白屬于RAD51連接蛋白家族的蛋白質,在 DNA的同源重組和修復中發揮著十分重要的作用,該蛋白通常與單鏈DNA結合蛋白RPA、RAD51協同作用,在DNA的同源配對及鏈轉移過程中起著不可或缺的作用[6]。RAD51AP1是同源重組修復DNA的關鍵蛋白,作為RAD51重組酶的晚期輔助因子,RAD51AP1的敲除導致DNA損傷劑敏感性的增加和HR的受損,其表達水平的升高能導致癌前病變向癌癥轉變[7]。并且,有研究表明,RAD51AP1在增強腫瘤干性、調節RNA修飾、影響腫瘤免疫微環境等方面的作用可能構成其致癌機制[8]。

2 RAD51AP1與惡性腫瘤

2.1 RAD51AP1與結直腸癌 結直腸癌(Colorectal cancer,CRC)的發病率逐年上升,隨著醫學水平的提升以及早發現、早診斷、早治療理念的普及,顯著降低了CRC的病死率,但許多CRC患者的臨床結果和預后仍然較差。眾所周知,很多腫瘤的發生發展進程均與癌癥干細胞(CSC)的自我更新有關,并在治療過程中逐漸產生獲得性耐藥。Bridges等人[9]研究發現RAD51AP1基因敲除并不影響結腸內穩態的平衡,但會影響干細胞自我更新,通過靶向CSC自我更新從而在化療耐藥中起重要作用,RAD51AP1基因敲除還可以通過抑制CSC自我更新使癌細胞對化療重新敏感;為了研究RAD51AP1基因敲低延緩腫瘤生長的基本分子機制,他們還分離出了野生型和RAD51AP1基因敲除小鼠的結腸上皮細胞,發現RAD51AP1基因敲除的CRC細胞的生長明顯慢于野生型。對參與細胞周期調控和凋亡的基因的分析顯示,與野生型結腸細胞相比,RAD51AP1基因敲除結腸上皮細胞中促生長信號Cyclin D1和C-Myc的表達減少,凋亡基因Caspase 8和Bax的表達增加。另外,其研究表明,RAD51AP1在大多數人類CRC組織中表達顯著增加,包括BRAF/KRAS突變的CRC,并與治療反應降低和預后不良相關。

5-氟尿嘧啶(5-FU)是治療結直腸癌的一線化療藥物,然而由于獲得性耐藥,其抗腫瘤效果有限。Li等人[10]的研究顯示,甲基轉移酶樣3(METTL3)在5-FU耐藥CRC細胞中表達上調,通過調節關鍵同源重組修復蛋白RAD51AP1的表達從而導致耐藥,沉默METTL3可抑制CRC細胞增殖,增強化療反應,克服5-FU耐藥;由此可見,METTL3/RAD51AP1軸在CRC中5-FU耐藥性的獲得中起著重要作用,靶向METTL3/RAD51AP1可能是CRC患者,特別是5-FU耐藥的CRC患者的一種有前途的輔助治療策略。因此,RAD51AP1可以被認為可能是結直腸癌新的預后和診斷標志物,也是抗癌治療的重要靶點。

2.2 RAD51AP1與非小細胞肺癌 非小細胞肺癌(NSCLC)是肺癌中的一大類型,其數量遠遠超過小細胞肺癌,非小細胞肺癌主要有腺癌、鱗狀細胞癌及大細胞癌等,在治療方面,除了手術治療及放、化療外,靶向治療也受到了廣泛關注,因此了解及研究更多非小細胞肺癌發病的分子機制對更加精準的靶向治療很有幫助。Wu等人[11]通過觀察RAD51AP1敲低后轉移相關因子(MMP-2、OPN、CD62、TMP-2)的表達降低證實了RAD51AP1沉默治療導致NSCLC細胞轉移率顯著下降,下調的RAD51AP1是通過減弱NSCLC細胞的上皮—間充質轉化(EMT)和轉移來阻止NSCLC的發展進程的;并且,通過對91例NSCLC患者(鱗狀細胞癌49例,肺腺癌35例,其余7例合并其他類型癌癥)及其癌旁正常組織進行免疫組織化學實驗,結果顯示RAD51AP1蛋白在NSCLC組織中的陽性表達比例顯著高于鄰近正常肺組織,低分化患者組織中RAD51AP1蛋白的陽性表達率明顯高于中分化和高分化患者組織;此外,他們進行的裸鼠異種移植瘤的實驗也表明沉默RAD51AP1可以抑制非小細胞肺癌腫瘤的形成和生長。

Wang等人[12]的實驗結果也得出了相似結論,即RAD51AP1蛋白在NSCLC組織中的表達率明顯高于癌旁組織,且在腫瘤的發展進程中起促進作用;并進一步探討了miR-320a/ZEB1/RAD51AP1在體內對NSCLC的影響,結果顯示ZEB1可通過miR-320a/RAD51AP1軸在體內促進NSCLC細胞的發展和轉移,ZEB1和RAD51AP1在NSCLC中起到腫瘤刺激作用,而miR-320a起到腫瘤抑制作用。總之,RAD51AP1下調對NSCLC細胞的增殖、遷移和侵襲均具有抑制作用,并可能作為癌癥治療的靶點。

2.3 RAD51AP1與肝癌 我國肝癌的發病率與死亡率均持高不下,其發病隱匿、死亡率高,因此尋找參與肝癌發生發展的分子標志物并研究其分子機制顯得尤為重要,以期為肝癌的靶向治療提供有效幫助。Zhuang等人[13]為了比較不同階段肝臟疾病患者和健康候選者血清和組織中RAD51AP1的表達水平,選用GEO(GSE84044、GSE17548、GSE45436、GSE55092、GSE101685、GSE49515和GSE36376)和TCGA數據集進行分析,并對納入TCGA和GSE3637626數據集中的HCC患者進行生存分析,其中在TCGA數據集中,匹配腫瘤病理類型和基因表達數據后,361例肝細胞肝癌(Hepatocellular carcinoma,HCC)患者被納入分析,在GSE36376數據集中,240例HCC患者被納入該分析,得出以下結論,即與肝硬化組織相比,RAD51AP1在腫瘤組織中顯著過表達,且肝癌患者腫瘤組織中RAD51AP1 mRNA的表達明顯高于癌旁組織,在HCC患者中,RAD51AP1的上調與總生存期和無病生存期顯著相關,且高水平的RAD51AP1與腫瘤晚期、肝內轉移、血管侵襲和AFP水平升高有關,單因素和多因素Logistic回歸模型顯示,病理分級可能導致RAD51AP1表達升高。因此RAD51AP1表達水平升高與肝細胞癌患者的不良預后相關。

肝內膽管癌(Intrahepatic cholangiocarcinoma,ICC)是我國第二常見的肝臟原發惡性腫瘤,Obama 等人[3,14]首先在包含27 648個基因的cDNA微陣列中分析出了25個ICCs的表達譜,并鑒定了52個常見的上調基因,其中RAD51AP1的表達升高了5倍以上,隨后使用用于微陣列分析的RNA樣本檢測了RAD51AP1的表達水平,結果顯示21個腫瘤中有17個腫瘤的RAD51AP1表達升高(>5倍),表明了ICC中RAD51AP1表達增強;石蠟包埋組織抗RAD51AP1多克隆抗體免疫組化染色顯示,與相應的膽管上皮和周圍結締組織相比,23例中有14例(61%)的癌細胞核中主要觀察到積累的RAD51AP1,即與正常膽管上皮組織相比,RAD51AP1在大多數膽管癌組織中的表達增強;同時強調了RAD51AP1表達升高在膽管癌發生中的重要性,因為RAD51AP1的敲低顯示了ICC細胞的生長遲緩。雖然RAD51AP1在細胞增殖和存活中的作用機制還需要進一步的研究,但RAD51AP1可能為抗癌藥物的開發提供新的分子靶點。

2.4 RAD51AP1與卵巢癌 卵巢癌(Ovarian cancer,OC)是女性生殖系統高致死率的腫瘤之一,近年來發病率不斷上升,因此,了解腫瘤發生、增殖、侵襲的分子機制,進一步開發有效的腫瘤診斷和治療方法至關重要。Zhao 等人[15]利用Oncomine數據庫中分析了RAD51AP1在OC組和對照組中的表達水平,發現與對照組相比,RAD51AP1在OC組中較高,并且使用Kaplan-Meier繪圖儀提取了1 435例OC患者的RAD51AP1的隨訪數據,發現RAD51AP1的上調與較差的總生存期(OS)和無進展生存期(PFS)相關,RAD51AP1較高的患者表現為較差的生存率。為了探索其相關機制,他們又研究了RAD51AP1與GEPIA中TGF-β/Smad信號通路相關基因的關系,散點圖顯示SMAD2、SMAD3、SMAD4和TGFBR1與RAD51AP1呈顯著正相關。RT-qPCR和Western blotting結果與散點圖一致,表明RAD51AP1可能通過TGF-β/Smad信號通路加速OC的進展;體外實驗表明,RAD51AP1能促進OC細胞增殖;并且腫瘤微環境(TME)在腫瘤細胞的進展中起著重要作用,TME可直接侵入周圍組織或經血管和淋巴管轉移,RAD51AP1水平高的卵巢癌患者可能具有普遍協調的免疫抑制性TME,可能加速卵巢癌的進展。同時在宮頸癌中,也有相似發現,即RAD51AP1在宮頸癌中表達升高,抑制RAD51AP1表達會通過抑制TGF-β/Smad通路進而抑制宮頸癌生長[16]。RAD51AP1不僅在卵巢癌組織中過表達,而且在這些患者的外周血中也很容易被識別出來,這與正常健康對照組不同[17]。因此,它具有成為生物標志物的潛力。

2.5 RAD51AP1與其他腫瘤 食管癌(Esophageal cancer,EC)是消化道常見惡性腫瘤,而食管鱗狀細胞癌(Esophageal squamous cell carcinoma,ESCC)是其常見組織學亞型,由于其早期不易發現且晚期易轉移,故食管鱗狀細胞癌患者往往預后不良。Li等人[18]通過生物信息學分析發現,RAD51AP1與EC患者預后不良相關,并可能參與EC的侵襲;并且,RAD51AP1在ESCC中的表達水平高于食管腺癌,提示EC亞型特異性表達模式。Hu等人[19]的研究表明,RAD51AP1的高表達與ESCC患者較差的生存率相關,RAD51AP1的下調可誘導ESCC細胞周期阻滯和凋亡,RAD51AP1的表達下調可抑制ESCC細胞的遷移和侵襲。因此,RAD51AP1可能是未來ESCC潛在的治療靶點。

乳腺癌是女性常見的惡性腫瘤,雖然手術和化療等方案帶來一定療效,但其復發率和死亡率仍很高。有研究表明RAD51AP1基因轉錄在雌激素受體陽性乳腺癌和三陰性乳腺癌中均升高,并與預后不良相關,相反,RAD51AP1 的敲除會降低腫瘤的生長;在體內,限制性稀釋研究證明RAD51AP1在乳腺癌干細胞(BCSC)自我更新中發揮重要作用,RAD51AP1 基因敲除通過抑制乳腺癌干細胞的自我更新和相關的多能性來改善放療和化療的功效[20]。總之,RAD51AP1通過增加BCSC干細胞自我更新對腫瘤發展和侵襲至關重要,并有望成為對化療和放療耐藥乳腺癌的治療新靶點。

3 小結與展望

目前,惡性腫瘤的發病率和死亡率仍較高,嚴重威脅生命健康,故對于惡性腫瘤的早期發現、診斷及治療的研究永不過時。我們已得知RAD51AP1參與多種惡性腫瘤的發生發展,其過表達嚴重影響惡性腫瘤的發展進程,故深入研究RAD51AP1與其相關惡性腫瘤之間的機制和作用,并深入破譯其內在的細胞信號轉導通路,將有助于未來RAD51AP1相關疾病的臨床診斷、預防和治療。同時,通過更多的實驗研究并比較RAD51AP1在匹配的患者腫瘤和對照樣本中的表達,以確定其作為腫瘤生物標志物的潛力尤其值得,同時也將增強RAD51AP1的靶向治療前景。