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结直肠癌是常见的恶性肿瘤,近年来我国结直肠癌的发病率和死亡率均呈上升趋势,对其发病机制研究的重要性渐为人们认识涉及了多基因改变,微卫星不稳定性,细胞凋亡机能受限,端粒酶活化以及多条信号传导通路异常等。近期分子学研究发现,DNA修复基因突变引起DNA错配修复系统的功能降低或丧失,从而引起遗传物质不稳定,主要表现为微卫星的不稳定性(microsatellite instability,MSI),进而导致肿瘤的发生。研究表明,微卫星不稳定性可能是结直肠癌发生过程中一个新发现的重要机制。现就微卫星不稳定性与遗传性非息肉性结直肠癌关系的研究进展作一综述[1]。
1 微卫星不稳定(MSI)
1980年Wyman等[2]首先发现了DNA分子中的一个高度多态性位点,其后人们不断发现这一类由一段核苷酸序列多次串连重复所形成的高变区,称为VNTR。VNTR又进一步分为小卫星和微卫星。小卫星的特点是重复单位长度为8到数10个核苷酸,不同的基因座位有不同的结构,但一般都拥有一段共同的核心序列。1981年Miesfeldd等[3]首次发现微卫星DNA,微卫星DNA由2～6个核苷酸组成,常见的有2、3、4核苷酸重复序列,尤以二核苷酸的重复序列(CA/GT)n最为常见。微卫星广泛存在于原核及真核基因组中,约占真核基因组的5% ,多位于编码区附近,也可以位于内含子、启动子、Alu序列中。微卫星DNA数目巨大,人类基因组中约有5×104 个(CA)n重复序列,重复次数一般15～60次,重复单位结构相同,其长度一般小于200 bp。每个特定位点的微卫星DNA均由中间的核心区和外围的侧翼区2部分构成。核心区含有1个以上称为“重复”的短序列,一般该重复单位的碱基对数目不变,而串连在一起的重复单位数目是随机改变的,如果用一种不切重复单位的限制性内切酶把DNA分子切割成限制性酶,该限制性酶中位于核心区的外围即是侧翼区[4] 。
近来分子细胞生物学的研究表明,基因的不稳定性是人类癌症多步骤发生过程中最重要的环节,被认为能增加正常突变速率与导致癌基因及抑癌基因的突变。MSI是指在一些遗传性疾病、炎性疾病和恶性肿瘤中,微卫星的串连序列的重复数目常与正常微卫星DNA不同[5]。微卫星DNA序列的改变使其不能正常地发挥调控作用,使细胞的增殖及分化发生异常,由此导致了肿瘤的发生。MSI指基因组中简单重复序列次数的增加或减少,可表现在多种不同的肿瘤中,且仅在肿瘤中出现。说明MSI与细胞的恶性转化有关。目前,微卫星DNA不稳定性作为肿瘤细胞的基因标志物,在肿瘤研究中愈来愈被人们重视。随着对MSI与肿瘤关系研究的深入,表明很多肿瘤的发生与MSI相关。MSI是继癌基因、抑癌基因发现之后的又一肿瘤发生的新途径,在肿瘤预防、诊断和治疗上有重大意义[6]。MSI在肺癌、食管癌、膀胱癌早期诊断方面具有很高的特异性。研究基因组MSI的发生也助于发现新的抑癌基因(易感基因或疾病基因)。事实上,MSI是遗传性非息肉性结直肠癌(Heredi.Tary nonpolysis colorectal cancer,HNPCC)的特点,并由4种MMR如hMSH2、hMLH1、hPMS1、hPMS2突变所致。
2 结直肠癌与微卫星不稳定
结直肠癌的发生分遗传性和非遗传性2类,遗传因素引起的结肠癌包括家族性大肠腺瘤息肉病(familia1adenomatouspolypo8is,FAP)和HNPCC,非遗传性结肠癌即散发性结直肠癌。近年来研究发现FAP、HNPCC及散发性结直肠癌的发生、发展的分子生物学途径不同。FAP和一些散发性结直肠癌的发生主要由APC基因突变引起,该类肿瘤的发生是按杂合丢失途径进行的,而HNPCC和另外一些散发性结直肠癌的发生主要是MMR基因起决定作用。肿瘤的发生、发展是按照复制错误途径进行的。
2.1 分型 1997年1月,在美国国立癌症研究所组织的“微卫星不稳定和RER表型在肿瘤检测和肿瘤家族性预测中的应用研究会”上决定将结直肠癌按微卫星不稳定发生频率分为3型 [7]。在分析的5个微卫星DNA标记中有2个或2个以上发生微卫星不稳定现象称为MSIH;如1个发生微卫星不稳定现象称为MSIL;如没有发生微卫星不稳定现象称为Mss。在当前的许多研究中,也常将结肠癌统分为微卫星不稳定阳性(MSI+)、微卫星不稳定阴性(MSI)2类。
2.2 MSI与结直肠癌临床病理学意义 错配修复基因bMLH1和hMSH2在结直肠癌病因学中的作用已得到证实。复制期间微卫星不稳定性的特征结果,复制错误表型可见于大多数HNPCC中,而在ScRc中仅占少数[8]。MSI在ScRc中占l2%～15%。目前MSI被认为是错配修复缺乏所致。Aaltonen等[9]研究结直肠癌MSI与临床病理参数的关系发现,MSI与DNA二倍体低分化的肿瘤表型有关,涉及2个以上微卫星标记的MSI的存活期显著长于无MSI肿瘤。Mori等[10]采用PCR技术检测54例结直肠癌,MS1检出率为22%,在MSI阳性病例中42%的患者为结肠多发癌。伴有MSI的结直肠癌预后较好,大量文献报道,MSIH结肠癌与MSS型结肠癌相比具有独特的临床病理学和分子生物学特征,前者预后较好,较多炎症细胞浸润,在Ⅱ、Ⅲ期结肠癌中,MSIH型肿瘤患者5年生存期高于后者;MSIH型肿瘤细胞分化程度低、浸润组织更深、较少淋巴结转移、原发病灶多位于右结肠。
2.3 MSI与癌前病变的关系 在慢性炎性疾病患者中发现MSI可能是发展成癌的早期表现征象。Cravo[11]对26例病史在10年以上的溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)患者进行临床研究,结果发现DNA修复缺陷与低叶酸状态有关,是造成UC的又一病因。他认为这种DNA缺乏与低叶酸状态,促使大范围基因突变,而且不能及时得到矫正,进而向恶性方向转化。
2.4 MSI与HNPCC的关系 近年研究表明,遗传性非息肉病性结直肠癌是由于DNA错配修复基因突变所致,而错配修复(MMR)基因突变则表现为微卫星不稳定,与癌基因和抑癌基因的杂合丢失途径不同。微卫星不稳定的发生系按复制错误(RER)途径进行的[12],是一种新的致癌机制,并且目前MSI不稳定检测作为筛选错配基因突变肿瘤的1个重要方法。从MSI到肿瘤的发生是HNPCC的l条特殊的发生途径,即MSI是错配修复基因突变的1种重要的表型,更准确讲是错配修复基因失活的1个标志,目前发现主要与遗传因素和基因的表型遗传学有关,而且在HNPCC变化过程中,MSI状态存在1个“微卫星稳定(microsatellite stability,MSS)微卫星低度不稳定(microsatellite low stability,MSIL)微卫星高度不稳定(microsatellite high stability,MSIH)”的序列[13]。遗传性非息肉病性结直肠癌是一种常染色体显性遗传性疾病,约占所有结直肠癌(colorectal cancer,CRC)的5%～10%。已知至少有5种错配修复(MMR)基因(hMSH2;hMLH1,hPMS1,hPSM2和hMSH6/GTBP)与其有关。超过90%的HN.PCC家系是由hMSH2和hMLH1基因突变所致[14]。MSI是错配修复系统异常的表现,存在于90%以上的HNPCC患者和少部分散发性大肠癌患者,因此检测微卫星不稳成为国际上筛选HNPCC患者的金标准,对不符合Amsterdam标准但怀疑为HNPCC的患者,MSI检测可以帮患者仰基因突变的可能性。已发现高度微卫星不稳肿瘤与低度微卫星不稳肿瘤的临床、病理特征有明显差异,高度微卫星不稳肿瘤好发于近侧结肠、多为低分化、双倍体、生存率高等;分子生物学方面,高度微卫星不稳肿瘤与hMLH1和hMSFE突变关系密切,而低度微卫星不稳肿瘤则与hMLH1和hMSH2突变无关。因此,多数学者将低度微卫星不稳与微卫星稳定归于一类(MSI阴性),仅将高度微卫星不稳肿瘤定义为MSI阳性[15]。
综上所述,MSI为大肠癌发生的分子生物学及分子遗传学研究开辟了新途径,有关MSI确切的致癌机制,错配修复基因突变导致结直肠癌MSI的发生,低频率MSI的原因值得进一步深入研究。在MSI基础上,通过查找潜在多态重复基因序列寻找肿瘤的特异性标记,研究各类肿瘤的生物学特征,将有利于推动肿瘤预防和早期诊断以及肿瘤患者的个体化治疗,提高肿瘤患者的生存率。但是也存在不少争议,如在MSIL判定及其临床病理特征是否与MMS存在差异问题上尚没有一致认识,因此有待于进一步深入研究。
参 考 文 献
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