Rad51基因在癌症中的研究进展

DOI: 10.3969/j.issn.1673-713X.2019.02.014·综述·Rad51基因在癌症中的研究进展朱琳癌症是世界范围内的公共卫生健康问题，位居死亡原因第二位。

预计2019 年美国癌症新发病例 1 762 450 例，死亡病例606 880 例[1]。

当电离辐射、缺氧、化疗药物等因素刺激细胞时可造成DNA 损伤，其中以DNA 双链断裂（double strand breaks，DSBs）最为严重，其修复方式包括非同源末端连接（non-homologous end joining，NHEJ）和同源重组（homologous recombination，HR），HR 有效性和准确性较高，对维持基因组的稳定和正常的生命功能起着重要的作用[2-3]。

Rad51 是HR 的中心分子，参与DNA 损伤应答和细胞周期等信号通路，并在乳腺癌、肺癌、卵巢癌、胰腺癌和结直肠癌等恶性肿瘤中过表达[4]，与肿瘤细胞的侵袭转移和化疗抵抗密切相关。

本文主要介绍了Rad51 的结构、功能以及它在多种恶性肿瘤中的研究进展。

1 Rad51 的结构Rad51 基因定位于第15 号染色体，具有9 个外显子和8 个内含子，编码一条由339 个氨基酸组成的多肽。

DNA 分子大小约30 kb，具有DNA 依赖性ATP 激酶活性[5-6]。

它是DNA 同源重组的主要关键酶之一，对维持基因组稳定具有极其重要的作用。

XRCC2、XRCC3、Rad51B （Rad51L1）、Rad51C（Rad51L2）和Rad51D（Rad51L3）均为Rad51 的同系物，与Rad51 共同参与HR 修复过程[7]。

2 Rad51 的功能2.1 Rad51 与肿瘤侵袭转移的关系尽管癌症治疗有了新的进展，但是转移依旧是肿瘤复发的主要原因之一。

Woditschka 等[8]比较了23 对人乳腺癌原发灶和脑转移组织的基因表达谱芯片，发现与DNA 损伤修复相关的基因在脑转移组织中高表达，包括BARD1 和Rad51。

于MDA-MB-231 脑转移动物模型中心内注射外源因子BARD1 或Rad51，发现脑转移增加了 3 ~ 4倍；相反，于4T1 细胞中沉默Rad51，脑转移减少了 2.5 倍，说明Rad51 表达水平与乳腺癌细胞发生脑转移呈正相关。

Wiegmans 等[9]采用免疫组化分析235 例散发性乳腺癌组织，发现17.8% 患者细胞核中Rad51 高表达。

沉默Rad51 基因后，c/EBP β 转录活性降低近80%，且MMP11、MMP13、TGFβ 和SMAD2 启动子处c/EBP β 富集减少，乳腺癌细胞转移减少，小鼠肿瘤生长受抑，提示Rad51 可能与c/EBP β 作为共复合物发挥促乳腺癌细胞转移作用。

2.2 Rad51 与肿瘤化疗抵抗的关系化疗药物可致肿瘤细胞DNA 双链断裂，若HR 修复过于活跃，将导致肿瘤细胞对化疗耐受；反之，将对化疗增敏。

Liu 等[10]分别比较了TCGA 数据库中468 例样本和Bagnoli 数据库中130 例样本，发现上皮卵巢癌患者miR-506 高表达，且该群患者具有更优的无进展生存期和总存活例数。

使用纳米粒携载miR-506 作用于原位卵巢癌小鼠，发现miR-506 通过与Rad51 mRNA 的3' 端结合降低Rad51 表达，使肿瘤组织对顺铂和奥拉帕尼增敏。

Huang 和Mazin[11]也发现Rad51 特异性小分子抑制剂可通过减少Rad51 表达和DNA 链间交换，提高顺铂治疗乳腺癌的效果。

虾青素具有广泛的药理作用，如抗炎[12]、抗氧化[13]、抗肿瘤[14]以及增强机体免疫活性等[15]。

Ko 等[16]将其作用于非小细胞肺癌（non-small-cell lung cancer，NSCLC），发现Rad51 和p-AKT 表达降低，细胞存活率和增殖能力减弱；相反，若持续活化AKT，该下调作用可被逆转。

联合应用P13K 抑制剂或Rad51 siRNA 可进一步增强虾青素对NSCLC 的细胞毒性和增殖抑制作用。

此外，吉西他滨（gemcitabine，GEM）作为抗嘧啶代谢的化疗药物，临床中也常被用于治疗NSCLC。

Tsai 等[17]发现NSCLC 经GEM 处理后，磷酸化丝裂原活化蛋白激酶激酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MKK）、胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）、AKT、Rad51 mRNA 及蛋白表达水平升高。

当分别采用MKK1/2 和磷脂酰肌醇3-激酶抑制剂后，吉西他滨诱导的Rad51 上调被抑制，阻断ERK1/2 通路、降低AKT 活性或沉默Rad51 后，NSCLC 对GEM 增敏，细胞凋亡增多。

以上结果均说明降低Rad51 表达，可使肿瘤细胞对化疗药物增敏，提高顺铂、奥拉帕尼、虾青素和GEM 的治疗效果。

合成致死是1922 年在果蝇中首次观察到的一种遗传现象，是指两个致死基因中任何一个突变不能导致细胞死亡，而当两者同时突变时就会致死[18]。

聚腺苷酸二磷酸核糖聚合酶[poly(ADP-ribose)poly-merase，PARP]是一种单链DNA 修复酶，辐射和致DNA 损伤药物诱导PARP 活化，增强DNA 修复能力，产生原发或继发性耐药[19]。

Zhao 等[20]研究发现PTEN 可促进DNA 修复和Rad51 表达，若将Rad51 抑制剂和PARP 抑制剂同时作用于PTEN 缺陷型三阴性乳腺癌细胞，发现Rad51 下调并且该细胞对作者单位：430063 湖北，武汉市武昌医院药学部，Email：zhul_1024@ 收稿日期：2018-12-26PARP 抑制剂增敏。

尽管MTT 结果没有表现出显著的差异，但是Rad51 抑制剂和PARP 抑制剂合成致死的潜能也为野生型PTEN 乳腺癌患者的个体化治疗提供了新的思路。

此外，另一项研究[21]发现GEO 数据库中乳腺癌组织CtIP mRNA 水平显著低于正常乳腺组织，且CtIP 低表达和p53 突变、淋巴结转移、PR 期显著相关。

当放疗引起DNA 双链损伤后，若沉默CtIP，则Rad51 焦点形成减少，HR 修复能力降低，肿瘤细胞对PARP 抑制剂增敏，肿瘤生长受抑。

miRNA 是一类内源性非编码RNA，参与肿瘤细胞增殖、凋亡、转移和血管生成等一系列重要过程[22]。

Wang 等[23]研究发现，在骨肉瘤、子宫颈癌和BRCA2 野生型卵巢癌细胞中，miR-96 通过直接靶向Rad51 编码区发挥负调控作用，减少HR 有效修复，使多种肿瘤细胞对顺铂和PARP 抑制剂敏感性提高。

2.3 Rad51 与肿瘤放疗敏感性的关系放疗（ionizing radiation，IR）是直接造成DNA 双链损伤或通过产生活性氧（reactive oxygen species，ROS）导致DNA 双链断裂，从而杀灭肿瘤细胞的方法[24]。

小檗碱是黄连和其他中药的主要生物碱成分，在多种恶性肿瘤中具有抗癌作用。

Liu 等[25]将食管鳞状上皮肿瘤细胞经小檗碱预处理，发现Rad51 表达水平显著降低，且经X 射线照射后，肿瘤细胞对放疗敏感性提高，而正常组织无变化。

转染Rad51 siRNA 联合放疗，得到相同结果；而外源性引入Rad51 则结果相反，说明黄连主要是通过调控Rad51 发挥放疗增敏的作用。

Gasparini 等[26]发现TCGA 数据库中乳腺癌患者Rad51 高表达，并且三阴性乳腺癌患者miR-155 与Rad51 显著负相关。

当在乳腺癌细胞中稳定地过表达miR-155 后，Rad51 表达水平降低，HR 修复减少，细胞对放疗增敏，增殖能力减弱。

3 Rad51 在不同肿瘤中的表达3.1 Rad51 与乳腺癌Alshareeda 等[27]采用免疫组化技术研究发现，Rad51 定位于乳腺癌细胞核和细胞质。

与雌激素受体阴性和BRCA1 受体阴性乳腺癌细胞相比，雌激素受体阳性和BRCA1 受体阳性的乳腺癌细胞核中Rad51 表达水平更高。

Rad51 在细胞质中的表达和病理特征呈正相关，细胞核内表达和病理特征呈负相关，同时具有胞质高表达和胞核低表达的乳腺癌亚型预后最差，表现为肿瘤体积较大、高等级核多形性有丝分裂比例较高、生存期较短。

3.2 Rad51 与结肠直肠癌结肠直肠癌是常见的消化道恶性肿瘤。

Tennstedt 等[28]研究1213 例结肠癌组织微阵列发现46% 患者结肠癌组织中表达Rad51，且高中低表达分别占1%、11% 和34%。

与Rad51 中低表达患者相比，高表达患者中位生存期较短，并且Rad51 与其他肿瘤预后因素如p21、MSH、MLH、β-catenin 和EGFR 显著相关，提示Rad51 高表达可能与结肠癌恶性进展相关，可作为结肠癌患者预后评估的独立风险因子。

Kara 等[29]提取54 例结肠癌样本和42 例结肠组织样本总RNA，进行高通量实时荧光定量PCR 检测，研究结肠癌中致癌基因和miRNA 的表达情况。

发现与结肠组织相比，结肠癌组织中ADAMTS1、Rad51、RUNX1、RUNX2、RUNX3、SIRT1 和WWOX 表达上调，并且Rad51 上游因子miR-155-5p、miR-193b-3p和miR-96-5p 表达也上调。

该研究提供了新的结肠癌相关基因以及miRNA，为结肠癌靶向治疗提供了新的思路。

微型染色体维持蛋白（minichromosome maintenance proteins，MCM）复合体是真核细胞DNA 复制的核心组成部分，在激发DNA 复制和合成中发挥关键作用。

Huang 等[30]采用质谱分析发现沉默MCM2 或MCM6 能够减少Rad51 染色质定位和焦点形成，影响Rad51 在结肠癌中的定位和表达，干扰DNA 损伤修复，阻碍恶性肿瘤发生发展。

3.3 Rad51 与肺癌Qiao 等[31]采用组织芯片技术分析383 例NSCLC 组织样本，收集临床和组织病理学信息如年龄、性别、TNM 分期、肿瘤分级等，研究NSCLC 中Rad51 表达情况，评价Rad51 作为预后指标的价值。

结果发现，29.4% 患者Rad51 蛋白定位于细胞核并且高表达，同时高表达患者的中位生存期和 5 年生存率显著降低，其原因可能与化疗耐受有关，并且确定肺癌独立的预后指标有Rad51、肿瘤分化和临床分期等，该实验为个体化治疗提供了理论依据。

3.4 Rad51 与头颈部鳞癌Connell 等[32]研究发现Rad51 定位于人头颈癌（head and neck cancer，HNC）细胞核，并伴随着PCNA 蛋白表达的升高而升高，且Rad51 高表达患者较低表达患者存活率更低，其相关机制有待进一步研究。