崔美玲，布日古德，馬金柱

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院甲狀腺乳腺外科，呼和浩特010050)

近年來惡性腫瘤的發(fā)病率和死亡率逐年升高，已嚴(yán)重威脅人類的健康。目前惡性腫瘤主要采用手術(shù)、放療、化療及免疫等治療手段，但因惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是一個錯綜復(fù)雜的過程，由于部分惡性腫瘤患者存在原發(fā)性或獲得性耐藥和放療抵抗，傳統(tǒng)方法的治療效果往往不佳，其主要原因之一是癌細(xì)胞中DNA 修復(fù)能力增強(qiáng)［1］。因此，闡明化療、放療抵抗機(jī)制并尋找新的有效增敏劑十分迫切。在真核生物體內(nèi)，細(xì)胞連續(xù)受到電離輻射、化療藥物以及氧化應(yīng)激等多種內(nèi)源性或外源性因素的損傷時(shí)出現(xiàn)DNA 單鏈斷裂(single-strand breaks，SSBs)或DNA雙鏈斷裂(double-strand breaks，DSBs)［2］。機(jī)體細(xì)胞為維持基因組的穩(wěn)定性而激活DNA 損傷修復(fù)應(yīng)答(DNA damage response，DDR)用于識別和修復(fù)DNA 損傷。DSBs 是一種嚴(yán)重的損傷，無法修復(fù)或修復(fù)不當(dāng)會導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或基因組重排，最終有極大可能導(dǎo)致惡性腫瘤形成［3］。共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變(ataxia telangiectasia mutated，ATM)基因是DSBs 反應(yīng)的主要換能器，能識別DNA 損傷位點(diǎn)，啟動DDR 及招募下游修復(fù)蛋白，修復(fù)損傷的DNA［4］。已有研究證實(shí)，ATM 會導(dǎo)致共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥(ataxia-telangiectasia，A-T)，這是一種神經(jīng)退行性疾病，主要特征是對電離輻射高度敏感和惡性腫瘤易感性，其可能的原因是ATM 缺乏導(dǎo)致了受損的DNA 修復(fù)不準(zhǔn)確和基因組不穩(wěn)定［5］。

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的成熟，學(xué)者們對相關(guān)基因的表達(dá)水平與腫瘤關(guān)聯(lián)性的研究不斷深入，抗腫瘤研究已逐漸從傳統(tǒng)治療觀念轉(zhuǎn)向靶向治療［6］。ATM 維護(hù)基因組穩(wěn)定性的關(guān)鍵地位和A-T 患者癥狀的多樣性引起了眾多學(xué)者的關(guān)注，并試圖找到有力證據(jù)證明ATM 對于諸多惡性腫瘤的作用，并實(shí)現(xiàn)可靠的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測和靶向治療?，F(xiàn)對ATM 與部分惡性腫瘤相關(guān)性的研究進(jìn)展予以綜述。

1 ATM 基因概述

ATM 是A-T 的致病基因，定位于人類染色體11q22 ～23，含66 個外顯子，編碼3 056 個氨基酸，產(chǎn)物為分子量370 000 的大分子蛋白［7］。

ATM 與DNA 依賴蛋白激酶、ATM 與Rad3 相關(guān)蛋白激酶同屬于磷脂酰肌醇-3-激酶相關(guān)激酶家族［4］，廣泛存在于機(jī)體的組織細(xì)胞中。ATM 是一種頂端激酶，負(fù)責(zé)全面調(diào)控細(xì)胞對DSBs 的反應(yīng)，包括DNA 修復(fù)，檢查點(diǎn)激活，細(xì)胞凋亡、衰老，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)錄和前信使RNA 剪接改變［8］。通常情況下，ATM 以無活性的二聚體或多聚體形式存在［9］。

ATM 主要通過兩種途徑激活。一種是DSBs發(fā)生后，減數(shù)分裂重組蛋白11(meiotic recombination 11，Mre11)/Rad50/Nijmegen 斷裂綜合征1(Nijmegen breakage syndrome 1，Nbs1)復(fù)合物通過與Nbs1 和Mre11/Rad50 相互作用，將ATM 募集到雙鏈斷裂位點(diǎn)處［10］，通過ser-1981 等位點(diǎn)的自磷酸化和Lys3016 處的乙?；せ顭o活性的ATM 并解聚為活性單體形式［11］，啟動一系列ATM 依賴的級聯(lián)反應(yīng)［9］。作為DDR 的關(guān)鍵應(yīng)答元件，ATM 的底物多為細(xì)胞修復(fù)蛋白，活化的ATM 單體結(jié)合底物并將其磷酸化從而使細(xì)胞周期停滯［6］，如活化后的ATM 在Thr68 處磷酸化檢查點(diǎn)激酶2(checkpoint kinase 2，CHK2)，后者進(jìn)一步磷酸化使細(xì)胞分裂周期蛋白25A失活，進(jìn)而持久抑制磷酸化的周期蛋白依賴性激酶2(cyclin dependent kinase 2，CDK2)，導(dǎo)致無法形成CDK-cycline 復(fù)合物，阻滯細(xì)胞G1/S 期［11-12］。ATM還可通過CHK2 間接磷酸化p53 并控制其穩(wěn)定性［8］，活化后的p53 誘導(dǎo)p21(CDK 抑制劑)過表達(dá)，進(jìn)而抑制CDK2，從而產(chǎn)生周期阻滯［13］。類似的基因還有乳腺癌相關(guān)蛋白1、p53 結(jié)合蛋白1 等。ATM參與DNA 雙鏈修復(fù)信號通路，如ATM 將組蛋白變異體和DNA 損傷檢查點(diǎn)蛋白1 的介質(zhì)磷酸化并募集至DNA 損傷位點(diǎn)進(jìn)行DNA 修復(fù)［14］。此外，C-ab1-Rad51/Rad52 通路也是ATM 依賴的DNA 修復(fù)通路［15］。經(jīng)ATM 磷酸化的p53 可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，這一過程是利用其下游的效應(yīng)因子Bcl-2 實(shí)現(xiàn)的［16］。ATM 還通過胱天蛋白酶3 調(diào)節(jié)細(xì)胞的凋亡過程［17］。

第二種，無活性的ATM 可通過氧化應(yīng)激(如活性氧)激活，稱為氧化型ATM，此途徑是獨(dú)立于Mre11/Rad50/Nbs1/DSB 而存在的［18］。在該途徑中，多個二硫鍵在ATM 二聚體內(nèi)形成，從而誘導(dǎo)形成活性構(gòu)象，通過多種途徑調(diào)控氧化應(yīng)激、維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)［10］。如ATM 與胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2 共同激活c-Jun 氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinases，JNK)，后者磷酸化Ser63 和Ser73 殘基，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)［19］。ATM 抑制胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2-p16 通路，導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞正常生長、增殖和成熟，以支持氧化應(yīng)激下的神經(jīng)元［20］。在應(yīng)激條件下，ATM 還通過改變碳代謝途徑通過促進(jìn)熱激蛋白27 的磷酸化，以將糖酵解產(chǎn)生的代謝通量重新轉(zhuǎn)移到戊糖磷酸途徑，該途徑所產(chǎn)生的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸有助于增強(qiáng)的細(xì)胞抗氧化反應(yīng)和核苷酸合成，從而在應(yīng)激條件下修復(fù)DNA［21］。氧化型ATM 通過激活肝激酶B1/促分裂原活化的蛋白激酶通路抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)，進(jìn)而抑制線粒體的活性和活性氧族的水平，從而保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激［22］。近年來研究發(fā)現(xiàn)，不但體細(xì)胞的重編程過程受ATM 及其下游p53 和組蛋白變異體等蛋白的調(diào)控，重編程后多能干細(xì)胞染色質(zhì)的完整性也受其調(diào)控［7］。綜上，ATM 是機(jī)體重要的促修復(fù)基因，其能維護(hù)整個基因組的穩(wěn)定性，而基因組不穩(wěn)定是惡性表型的標(biāo)志，也是腫瘤發(fā)生的驅(qū)動力。ATM 依賴的眾多底物如p53、乳腺癌相關(guān)蛋白1、CHK2 等均是腫瘤抑制因子。

2 ATM 基因與惡性腫瘤

下一代測序工作表明，ATM 是散發(fā)性惡性腫瘤中最常見的異?；蛑唬珻OSMIC 數(shù)據(jù)庫列出了ATM 中167 種不同的體細(xì)胞突變(不包括未知來源的變異)，這些突變存在于大部分腫瘤中［11］。研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌、胃癌、膀胱癌、胰腺癌、肺癌以及卵巢癌等的腫瘤細(xì)胞中均存在ATM 突變［8］，且通常與預(yù)后不良相關(guān)，其失活顯著提高了患者對輻射的敏感性，增加基因組的不穩(wěn)定性，加速細(xì)胞凋亡［15］。此類突變也可導(dǎo)致化療耐藥和預(yù)后不良，但也可能被新興靶向療法所利用。放化療是治療惡性腫瘤的重要手段，其目的是消除腫瘤細(xì)胞，ATM 可感知輻射誘導(dǎo)的DSBs，因此抑制ATM 的表達(dá)可適當(dāng)提高細(xì)胞對放射線的敏感性，最終達(dá)到放療增敏的目的［11］。

2.1 乳腺癌 Swift 等［23］首先提出，ATM 雜合子可導(dǎo)致患乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)增高。此后，ATM 與乳腺癌的相關(guān)性成為國內(nèi)外學(xué)者研究的一大熱點(diǎn)。近年來，對A-T 流行病學(xué)的調(diào)查證實(shí)，女性A-T 雜合子使乳腺癌的發(fā)病率相對升高。Guo 等［24］對乳腺癌組織進(jìn)行免疫組織化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在雌激素受體陰性的乳腺癌組織中ATM 的表達(dá)異常上調(diào)，放療后局部復(fù)發(fā)率與ATM 的表達(dá)水平呈正相關(guān);在細(xì)胞水平上，雌激素受體α 激活微RNA-18a 和微RNA-106a 以負(fù)調(diào)節(jié)ATM 的表達(dá)。Mangone 等［25］調(diào)查了巴西人群散發(fā)性乳腺癌和對照組中ATM 的突變頻率和頻譜發(fā)現(xiàn)，攜帶低外顯率ATM 等位基因的ATM 雜合子有患乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)，這些雜合子對電離輻射的敏感性也有所增加，并發(fā)現(xiàn)了幾種ATM 變異體，這些變異體大多發(fā)生了錯義突變。Sun 等［26］認(rèn)為，晚期乳腺癌的轉(zhuǎn)移與ATM 過度活化有關(guān)，ATM 介導(dǎo)的鋅指蛋白磷酸化激活促進(jìn)了腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。郎磊等［27］采用短發(fā)夾RNA 重組慢病毒感染的方法構(gòu)建了ATM 基因沉默的人三陰性乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞株發(fā)現(xiàn)，沉默ATM 后腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲能力受到抑制，且效果明顯。這可能是因?yàn)榈脱鯒l件下活化的ATM 可以磷酸化皮層肌動蛋白以實(shí)現(xiàn)對Arp2/3 復(fù)合體介導(dǎo)的肌動蛋白聚合過程的調(diào)控，最終導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞遷移和侵襲能力增強(qiáng)。Rondeau等［28］用實(shí)時(shí)熒光定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)方法測試正常乳腺組織的RNA 和單側(cè)侵襲性原發(fā)性乳腺癌的RNA，也得出上述結(jié)論，同時(shí)認(rèn)為ATM 信使RNA 狀態(tài)和ATM 蛋白水平均是獨(dú)立影響乳腺癌預(yù)后的因素，更高頻率的ATM 信使RNA 失調(diào)出現(xiàn)在年輕乳腺癌患者中，低水平ATM 信使RNA 患者無轉(zhuǎn)移生存期較短。不同基因型對乳腺癌的影響亦有差異。研究發(fā)現(xiàn)，具有ATM rs664677 TC 或CC 基因型的個體患乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加［29］。有學(xué)者將ATM 變異分析擴(kuò)展到超過26 000 例乳腺癌病例，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，5 種ATM 雜合性(S49C、S707P、F858L、P1054R、L1420F)與乳腺癌患病風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)(OR =1.05)［30］。Suh 等［31］發(fā)現(xiàn)，407 例乳腺腫瘤中有126 例(31%)存在ATM 蛋白表達(dá)缺失，在較大的腫瘤中ATM 丟失的發(fā)生率更高，且具有較高的核和組織學(xué)分級，存在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，且雌激素受體和(或)孕激素受體陰性，ATM 的丟失與無病生存率有關(guān)，但可被蒽環(huán)類藥物糾正。乳腺癌的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移及化療抵抗是導(dǎo)致臨床預(yù)后不佳的主要原因，抑制ATM 可有效增強(qiáng)乳腺癌的化療敏感性［32］。

2.2 胰腺腫瘤 在部分家族性和8%的散發(fā)性遺傳性胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC)中發(fā)現(xiàn)了有害的ATM 突變，ATM 被確定為PDAC 新型易感基因［33］。Kim 等［34］在12%(67/555)的原發(fā)性PDAC 中觀察到ATM 蛋白的喪失，與無胰腺癌家族史患者相比，ATM 蛋白的喪失在有胰腺癌家族史患者中更常見，在p53 蛋白正常腫瘤患者中，丟失ATM 患者總體存活率顯著降低。Kamphues 等［35］對133 例PDAC 患者的ATM 表達(dá)水平和核磷酸受體Ser1981-ATM 的水平進(jìn)行評估發(fā)現(xiàn)，Ser1981-ATM 完全喪失患者預(yù)后最差，認(rèn)為ATM 的表達(dá)和激活是判斷PDAC 預(yù)后的標(biāo)志物［36］。中晚期胰腺癌的預(yù)后較差，主要依靠放療聯(lián)合靶向治療改善預(yù)后，使用ATM靶向短發(fā)夾RNA 在胰腺癌細(xì)胞系中敲除ATM 發(fā)現(xiàn)，胰腺癌細(xì)胞ATM 的缺失并未顯著改變癌細(xì)胞對幾種化療藥物的敏感性，但卻使胰腺癌細(xì)胞對輻射更加敏感，胰腺癌ATM 狀態(tài)可能有助于預(yù)測腫瘤對放療的反應(yīng)［37］。

2.3 肺癌 ATM 單核苷酸多態(tài)性增加了肺癌的發(fā)病率［5］。同時(shí)，ATM 及其編碼的蛋白可預(yù)測肺癌對放化療的反應(yīng)以及預(yù)后，提示ATM 基因可作為肺癌診斷和治療的新的潛在靶點(diǎn)［38］。彭華等［39］發(fā)現(xiàn)，ATMrs227060 單核苷酸多態(tài)位點(diǎn)與肺癌的易感性可能存在相關(guān)性。也有學(xué)者對ATM rs189307 基因型與肺癌易感性進(jìn)行了回顧性研究發(fā)現(xiàn)，ATM rs189307 AA 基因型是亞洲非吸煙人群肺癌易感性增加的危險(xiǎn)因素，與先前的研究一致［40］。Yan 等［41］發(fā)現(xiàn)，ATM rs189037、rs664677 和rs664143 基因多態(tài)性是肺癌的危險(xiǎn)因素，而ATM rs189037 變異與放射性肺炎風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)。治療肺癌的主要化療藥物是鉑類，而順鉑耐藥是非小細(xì)胞肺癌治療的一大障礙，在順鉑耐藥細(xì)胞中檢測到磷酸化ATM 增加，使用ATM 特異性抑制劑抑制ATM 的表達(dá)或活動狀態(tài)后，順鉑的細(xì)胞毒性顯著增強(qiáng)，且順鉑耐藥癌細(xì)胞凋亡增加［42］。Villaruz 等［43］對ATM 抗體細(xì)胞系進(jìn)行了臨床前研究發(fā)現(xiàn)，41%(47/61)的肺腺癌為ATM 陰性，提示ATM 可能是ATM 與Rad3 相關(guān)蛋白激酶抑制劑與標(biāo)準(zhǔn)治療順鉑協(xié)同作用的預(yù)測標(biāo)志物，這一發(fā)現(xiàn)改善了每年10 萬例無ATM 肺腺癌患者的臨床結(jié)果。在非小細(xì)胞肺癌的治療中，放療具有不可或缺的地位，但往往癌細(xì)胞對放射線存在抵抗性。Weber 等［44］的研究證實(shí)，ATM 缺失的癌細(xì)胞對電離輻射的敏感性增高，同時(shí)發(fā)現(xiàn)兩個含有ATM 錯義突變(H1395 和H23)的非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系中ATM 蛋白的水平顯著降低、ATM信號轉(zhuǎn)導(dǎo)損害以及顯著的放射敏感性。

2.4 其他腫瘤 ATM 突變或缺失存在于許多腫瘤類型中。在63.9%(205/321)的胃癌患者中可觀察到ATM 低表達(dá)，并且與年齡較大、分期較晚、無病存活率以及總體存活率相關(guān)［31］。表皮生長因子受體靶向治療是RAS 野生型轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌的重要治療方法，但大部分患者表現(xiàn)為表皮生長因子受體治療抗性，ATM 可作為表皮生長因子受體靶向治療的支持性預(yù)測標(biāo)志物［45］。ETP46464 作為ATM 信號通路抑制劑，可阻止腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞化療導(dǎo)致的DSB修復(fù)，在替莫唑胺的治療中起化療增敏的作用，以提高腦膠質(zhì)瘤化療的有效率［46］。

3 結(jié) 語

ATM 突變或丟失與惡性腫瘤關(guān)系密切，影響腫瘤的分化程度，并與生存期相關(guān)。靶向治療是近年來研究比較熱門的癌癥治療方法，其成功取決于蛋白質(zhì)靶標(biāo)的選擇。ATM 是潛在治療靶點(diǎn)，其給多藥耐藥性癌癥的治療帶來希望，同時(shí)抑制ATM 能增加腫瘤細(xì)胞對放療的敏感性，從而提高惡性腫瘤的治療效果，改善生存率。但惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是一個復(fù)雜、受多因素影響的過程，即使ATM 基因已是全球?qū)W者公認(rèn)的增加癌癥易感性的基因，但其作用機(jī)制仍不完全明確，且很多研究局限于動物模型，如何能將ATM 蛋白安全、有效地應(yīng)用到惡性腫瘤的評估和治療中還待進(jìn)一步的研究，以便更好地指導(dǎo)癌癥治療。