鄭麗嬌，彭冬先，王觀鳳，黃潔

0 引言

機體細胞中的DNA會不斷受到體內外多種因素的影響，有害化學物品、紫外線、放射線、有害的細胞代謝產物、機體的自發(fā)突變等均能導致DNA的損傷[1]。而人體在受到各種內外因素的影響下仍能保持遺傳信息的穩(wěn)定性，與機體的DNA損傷修復功能密切相關[1-2]。DNA修復效率存在個體差異，不同個體或細胞具有不同DNA修復效率，與惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展、預后、治療效果密切相關。在過去幾年中，研究表明通過調控腫瘤中DNA修復基因是改善或預測癌癥療法功效的有效策略[3]。DNA損傷修復通路包括直接修復、堿基切除修復（base excision repair, BER）、錯配修復、核苷酸切除修復和雙鏈斷裂修復等基本形式。堿基切除修復是解決自發(fā)性、烷化和氧化性DNA損傷的主要途徑，至少20個蛋白質參與NER修復過程, 包括ERCC1、XRCC1、XRCC3等。BER途徑基因的表達異常或缺陷與多種實體腫瘤有關[4]。單鏈選擇性單功能尿嘧啶DNA糖基化酶（singlestrand selective monofunctional uracil DNA glycosylase, SmuG1）是人類中由SmuG1基因編碼的酶。SmuG1是BER途徑重要的一種糖基化酶，可從核染色質中的單鏈和雙鏈DNA中去除尿嘧啶（Uracil,U），從而有助于BER。SmuG1被證實與結直腸癌、乳腺癌、宮頸癌、胃食管癌等多種腫瘤的遺傳易感性、化療敏感度、生存率以及侵襲轉移等相關[5-8]。本文主要對SmuG1的結構表達、生物學特性、參與的信號通路、與腫瘤發(fā)生發(fā)展及耐藥的關系等作以下綜述。

1 SmuG1的基本結構和表達方式

人類總共有四種糖基化酶負責去除U病變：尿嘧啶DNA糖基化酶（UNG/UDG），單鏈選擇性單功能尿嘧啶DNA糖基化酶（SmuG1），胸腺嘧啶DNA糖基化酶（TDG）和甲基結合域4（MBD4）[9]。除MBD4外，其他三種糖基化酶都屬于UDG超家族。雖然UDG超家族的三個成員都刪除了U，但它們扮演的角色卻顯著不同[10]。BER識別并切割尿嘧啶的糖苷鍵，產生脫堿基位點，隨后由脫嘌呤/脫嘧啶核酸內切酶1（APE1）切割，然后由聚合酶β（polβ）去除脫氧核糖磷酸（dRP）并插入與未配對的鳥嘌呤（G）相對的胞嘧啶（C），最后由連接酶連接切口[11-12]。SmuG1是蛋白質編碼基因，參與BER的相關途徑包括端粒C-鏈合成和脫嘧啶化。SmuG1具有增加的底物耐受性，能夠從ssDNA、U相對的A或G以及鹵化和氧化的尿嘧啶衍生物中切除U。與超家族的其他兩個成員不同，SmuG1不經歷細胞周期調節(jié)，而是以恒定的低水平表達。有趣的是，SmuG1傾向于在核仁中積累，其中包含活性轉錄和濃縮染色質的區(qū)域[13]，即使在UNG存在的情況下，SmuG1也能有效地防止基因組尿嘧啶積累。因此，SmuG1在非復制染色質中修復脫氨基胞嘧啶（U:G）可能更為重要。

2 SmuG1的生物學特性及相關信號通路

細胞DNA暴露于多種外源性和內源性損傷劑，損傷可使細胞發(fā)生誘變、凋亡，甚至獲得轉化的潛力。核堿基損傷，例如C至U的脫氨基，通過BER途徑修復。BER可以在體外核小體核心顆粒中進行，但修復效率受到尿嘧啶-DNA糖基化酶和DNA聚合酶b在核小體核心上的活性降低的限制。UNG2和SmuG1都能夠從U:A以及U:G堿基對中去除尿嘧啶，最后由AP位點通過短補丁BER途徑修復。SmuG1和UNG2通過不同的機制協調BER的初始步驟[6]。SmuG1以前被認為是尿嘧啶-DNA糖基化酶的備用酶，最近已被證明可以切除5-羥基尿嘧啶、5-羥甲基尿嘧啶、5-甲酰尿嘧啶、帶有氧化的基團環(huán)C5以及尿嘧啶[14]。同時，SmuG1被證實不受細胞周期調節(jié)并且均勻分布在核質中，具有更廣泛的底物特異性[15]。SmuG1識別基因組中的基礎病變并通過從單鏈和雙鏈DNA中去除尿嘧啶來啟動堿基切除修復系統(tǒng)，但作為尿嘧啶殘基特異性的單功能DNA糖基化酶，SmuG1首選單鏈DNA作為底物。該基因存在許多可變剪接的轉錄物變體，仍有不少變體的全長性質尚不清楚[16-17]。

尿嘧啶-DNA修復對于防止突變至關重要[18]，目前有證據表明SmuG1從U:A以及U:G堿基對中去除尿嘧啶，得到的AP位點通過BER途徑修復。尿嘧啶也被引入DNA作為抗體基因多樣化的一部分，其去除對抗體多樣化同樣至關重要[6]。 已知UNG是尿嘧啶去除的主要參與者，但當耗盡時，SmuG1可以為抗體多樣化過程中的UNG提供支持。除尿嘧啶外，SmuG1還除去了幾種嘧啶氧化產物[19]。 并具有從DNA中去除胸腺嘧啶氧化產物5-羥甲基尿嘧啶的特定功能。

SmuG1具有廣泛的核定位，核仁有一定的富集。研究表明SmuG1與交互假尿苷合成酶Dyskerin（DKC1）共定位在核仁和Cajal體內。SmuG1切除了RNA中的修飾堿基，并證明SmuG1含有5-羥甲基脫氧尿苷的單鏈RNA，但不是假尿苷，核苷由DKC1的尿苷異構化產生。 SmuG1的消耗，特別是SmuG1和DKC1的組合損失，導致成熟的28S和18S rRNA種類中5-hm（Urd）的積累。SmuG1在rRNA質量控制中起作用，部分是通過調節(jié)rRNA中的5-hm（Urd）水平。此外，DKC1參與SmuG1與47S rRNA結合。所以，BER酶SmuG1是DKC1互動合作伙伴。該SmuG1/DKC1的互動目標是復雜的核仁，它通過調節(jié)5-hm（Urd）的水平有助于它rRNA質量控制[20]。Korourian等研究還發(fā)現Wnt信號通路E2F6和RhoA和SmuG1之間存在顯著相關性，揭示Wnt信號通路與BER途徑之間存在某種聯系[6]。

3 SmuG1與腫瘤的關系

對BER基因表達的精細調節(jié)，例如微小RNA（miRNA）所施加的轉錄后調節(jié)，可能影響該修復系統(tǒng)的效率。靶基因30個非翻譯區(qū)（UTR）內單核苷酸多態(tài)性（SNP）的存在可以改變與特異性miRNA的結合，調節(jié)基因表達，并最終影響癌癥易感性、預后和治療結果[21-22]。

SmuG1是蛋白質編碼基因。SmuG1的異常表達與乳腺癌、直腸乙狀結腸腫瘤、骨淋巴瘤、宮頸癌等癌癥的發(fā)生發(fā)展密切相關[5]。其相關途徑是端粒C鏈（Lagging Strand）合成和識別以及DNA糖基化酶與含有受影響的嘧啶的位點的關聯。 與該基因相關的基因本體論（GO）注釋包括DNA N-糖基化酶活性和氧化的嘧啶核堿基損傷DNA N-糖基化酶活性[22]。

低SmuG1轉錄物可損害DNA修復，從而增加突變率，增強染色體不穩(wěn)定性并促進更多具有攻擊行為的惡性克隆的選擇。低SmuG1表達也與BRCA1、ATM和XRCC1相關，暗示低SmuG1腫瘤中的基因組不穩(wěn)定。在小鼠研究中，SmuG1的丟失被證明可以增加癌癥的易感性[23]。此外，低SmuG1轉錄物可能與較差的存活率相關[7]，并與乳腺癌中的侵襲性表型相關[24]；與正常腦組織相比，星形細胞瘤中SmuG1表達顯著下降；SmuG1被確定為預測結腸癌患者存活率低的獨立預后因素[17]；宮頸癌患者SmuG1低表達與不良臨床病理類型相關[25]。SmuG1單核苷酸多態(tài)性（SNPs）與食管癌和胃癌患病風險相關[26]。

然而，胃癌中的低SmuG1顯示出相反的結果[27]，SmuG1表達與患者的不良生存率相關。一種可能的解釋是，在胃癌中，炎性反應是致癌作用的驅動因素，并且低濃度的SmuG1可有益于修復氧化性堿基損傷（通常見于炎性環(huán)境中），在這種情況下，與耗盡相反，SmuG1的表達升高可以作為存活的潛在生物標志物。因此，SmuG1在腫瘤發(fā)生發(fā)展中具有復雜的作用，可能基于癌癥的類型及其性質而扮演不同的角色[8]。

4 SmuG1與化療耐藥的關系

鉑是多種腫瘤的一線化療藥物，其細胞毒性作用主要通過進入細胞與DNA結合并激活凋亡途徑。SmuG1編碼參與BER途徑的DNA去甲基化和DNA修復的蛋白。其上調表明對鉑類誘導的DNA損傷的反應增強，并在聯合治療中靶向SmuG1可能通過增加細胞對DNA損傷的易感性來增加鉑類活性。據報道，SmuG1表達的變化與鉑類化學敏感度呈負相關。

5-氟尿嘧啶（Fu）已被廣泛用于治療一系列常見癌癥超過四十年[5]。氟取代的尿嘧啶類似物轉化為幾種活性代謝物，但細胞毒性的機制仍不清楚。在廣泛引用但未經證實的模型中，Fu被認為通過抑制胸苷酸合酶來殺死細胞，并且在DNA復制期間增加使用dUTP代替TTP，隨后切除高水平的尿嘧啶導致新合成的DNA的片段化[19]。 UNG和SmuG1最有可能在復制過程中解決尿嘧啶和5-Fu的基因組摻入問題。體外研究表明UNG對Fu:A與U:A堿基對的活性大大降低，這可以解釋為什么UNG對體內Fu修復沒有貢獻，因為相比UNG，SmuG1在體內對5-Fu敏感度明顯增加[10]。有人提出，SmuG1可作為預測藥物反應生物標志物，并可解釋某些類型腫瘤的獲得性耐藥機制[10,28]。

5 小結

綜上, SmuG1是UDG超家族三大糖基化酶之一，與UNG、TDG共同參與BER，在DNA損傷修復中發(fā)揮著不可替代的作用，對于維持機體基因穩(wěn)定性至關重要。研究發(fā)現SmuG1在多種實體腫瘤細胞中存在異常表達, 且與腫瘤臨床病理類型、癌細胞的侵襲轉移以及患者生存率均相關，且由于它的DNA損傷修復能力, 促使化療藥物引起的癌細胞凋亡受到抑制, 從而產生化療耐藥。所以，研究SmuG1作為新型抗腫瘤藥物的治療靶點具有重大意義。雖然研究發(fā)現SmuG1和Wnt信號通路E2F6和RhoA以及DKC1相關，但目前關于SmuG1與腫瘤關系的具體分子機制尚不清楚，仍需進一步研究。