沈 颖，沈培亮，王 旭，王爱云，陈文星，郑仕中，2，陆 茵，2

（1．南京中医药大学药学院、2．江苏省中药药效与安全性评价重点实验室，江苏南京 210046）

靶向MTH1治疗肿瘤的研究进展

沈 颖1，沈培亮1，王 旭1，王爱云1，陈文星1，郑仕中1，2，陆 茵1，2

（1．南京中医药大学药学院、2．江苏省中药药效与安全性评价重点实验室，江苏南京 210046）

中国图书分类号：R-05；R342．3；R345；R730．5；R977．3

摘要：MTH1（mutT homolog1）是MutT的同源酶，是一种核苷酸焦磷酸酶，主要参与DNA损伤修复过程，尤其在肿瘤细胞的DNA复制过程中发挥着重要角色。最新的研究表明，MTH1可以清除肿瘤细胞中受损DNA功能结构的氧化构件，使得肿瘤细胞继续分裂与增殖，从而维持肿瘤细胞的生存，而更为重要的是正常细胞不需要MTH1，因此，MTH1有可能只与异常的细胞生长密切相关，这使得MTH1作为治疗靶点成为人们关注的焦点。该文着重对MTH1与肿瘤关系最新的研究成果进行综述，探讨MTH1维持肿瘤生长的相关机制及其与肿瘤治疗的关系，为靶向MTH1治疗肿瘤提供新的思路，为肿瘤研究工作者提供重要参考。

关键词：MTH1；肿瘤；分子机制；DNA复制；氧化损伤；治疗策略

网络出版时间：2015－8－10 14：37 网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／34．1086．R．20150810．1437．004．html

肿瘤作为严重威胁人类健康的疾病已经引起人们的广泛关注。随着现代生物医学的发展，针对肿瘤的靶向治疗也取得了重要进展。目前临床上的肿瘤靶向治疗主要是利用药物靶向肿瘤发生发展过程中关键物质，如：DNA、RNA、蛋白质等，以此达到抑制肿瘤发展的目的［1］。众所周知，肿瘤细胞有别于正常细胞，具有异常代谢，这种异常代谢会产生大量的氧化产物，损伤氧化脱氧核糖核苷三磷酸（deoxyribo-nucleoside triphosphate，dNTP），从而影响肿瘤细胞中DNA的正常结构［2］。当肿瘤细胞的DNA在复制过程中受损后，会引起肿瘤细胞的凋亡［3］。因此，MutT的同源酶MTH1，作为一种核苷酸焦磷酸酶，充当了“清洁工”的角色，用来清除损伤的dNTPs，维持肿瘤细胞的生存［4］。进一步研究发现，MTH1参与了多种组织恶性肿瘤的发生发展过程，如胃癌［5］、结肠癌［6］、肺癌［7］及卵巢癌［8］等，MTH1在上述肿瘤组织中均参与了保护肿瘤细胞DNA复制的过程。更为重要的是，MTH1在正常细胞中是非必需蛋白酶，因此，MTH1有可能只与异常的细胞生长密切相关［9］。本文着重对近年来MTH1与肿瘤关系的研究进展进行综述，探讨MTH1维持肿瘤生存的分子机制及其与肿瘤治疗的关系，为靶向MTH1治疗肿瘤的后续研究和临床治疗提供重要的参考。

1　MTH1蛋白及其正常的生理功能

MTH1蛋白是MutT的同源酶，广泛分布于细胞线粒体和细胞核中，同时，在人体有丝分裂后的神经元和上皮增生组织中均有表达［10］。人源性MTH1基因位于第7号染色体短臂第2条带的第2个亚带，全长约12kb，共有6个外显子。MTH1 mRNA在转录过程中经过不同的剪接过程形成7种转录变体，分别是：1型、2型（2A型、2B型）、3型（3A型、3B型）、4型（4A型、4B型）。在人和啮齿动物正常细胞中，MTH1可以高效水解氧化脱氧核糖核苷三磷酸，从而防止氧化的dNTP进入DNA双链，损伤细胞的DNA结构功能引起细胞基因突变［11］。研究证实，MTH1可以预防小鼠神经细胞的致突变性和细胞毒性［12－13］。同时有研究发现，MTH1可以修复年轻吸烟者因吸烟导致肺部DNA结构的损伤［14］，这表明MTH1在正常细胞的DNA结构修复中发挥了重要作用。而在肿瘤细胞中，MTH1仍然发挥着保护肿瘤细胞DNA结构的作用，不同的是这种保护作用维持了肿瘤的生存，促进了肿瘤的发展［15］。最新研究表明，MTH1是介导调控原癌基因KRAS的重要蛋白，抑制MTH1能够明显抑制KRAS基因突变诱导的肿瘤发展［16］。值得注意的是，正常细胞不依赖于MTH1的功能维持生存，因此靶向MTH1治疗肿瘤并不影响正常细胞的功能［2］。

2　MTH1表达异常介导肿瘤发生发展及分子机制

2．1MTH1的异常表达与肿瘤发生发展的关系 实验证明，很多组织肿瘤的发生发展过程中均出现了MTH1蛋白的异常表达。近年来，大量研究表明通过对不同癌症患者的病理组织切片与癌旁正常组织的比较研究发现，肿瘤细胞的生存依赖于MTH1的功能。在Obtulowicz等［17］研究表明，与健康志愿者及有良性大肠腺瘤的志愿者相比，恶性大肠癌患者的MTH1 mRNA的表达明显升高，进一步研究发现，恶性大肠癌的产生会导致肿瘤氧化应激，从而促进MTH1表达上调。Borrego等［5］研究发现，胃癌组织中MTH1的表达明显上调，切除肿瘤后MTH1的表达水平则呈现下降趋势，且通

过DNA提取及定量检测证实，MTH1的表达水平与胃癌细胞的恶性程度成正相关，证明MTH1可以作为检测肺癌发展的标志物。Kennedy等［7］研究显示，与正常肺细胞相比，肺癌细胞的MTH1水平明显升高，这是因为肺癌细胞区别于正常肺组织细胞的异常代谢造成了肺癌细胞的氧化应激，这种氧化应激损伤了肿瘤细胞的DNA复制原料，因此肿瘤细胞亟需MTH1清除损伤的DNA结构以维持癌细胞的正常分裂，并且根据MTH1的表达水平差异可以预测肺肿瘤细胞的氧化应激水平，以MTH1作为肿瘤检测标志物，可将肺癌患者与非肺癌患者进行区分，为临床进一步治疗提供参考。Bialkowski等［18］利用电离辐射造小鼠氧化应激模型，并检测氧化应激小鼠脑、肝、肾组织细胞中MTH1基因与蛋白表达，结果显示模型组小鼠组织细胞中MTH1表达明显高于对照组，MTH1可以成为检测细胞氧化应激水平的标志。Okochi等［19－20］研究表明，通过RT-PCR实验方法证实MTH1在原发性乳腺癌中的表达异常，进一步研究发现，异常表达的MTH1可以及时修复乳腺癌细胞受损的DNA结构，在维持乳腺癌的发生发展过程中发挥重要作用，通过检测MTH1水平可以预测乳腺癌的恶性程度。综上所述，MTH1可以成为检测肿瘤发展的新的分子标志物，为临床治疗肿瘤提供参考。

2．2MTH1介导调控肿瘤发生发展的分子机制 已有研究发现，在肿瘤发展过程中，肿瘤细胞的活性氧簇（reactive ox-ygen species，ROS）水平会明显上升，进而诱导原癌基因RAS的突变，而RAS突变则会损伤肿瘤细胞的DNA结构，从而抑制肿瘤转移，而MTH1则可以通过修复损伤的DNA结构，从而维持肿瘤细胞的转移能力［21］。

最新研究显示，MTH1在肿瘤细胞生存中扮演一个核苷酸池消毒酶的重要角色，通过水解氧化型的dNTPs来维持肿瘤细胞的生存和转移。肿瘤细胞产生高水平的ROS会氧化dNTPs，而氧化的dNTPs进入DNA双链会导致DNA结构损伤，进而增加细胞的毒性，从而导致细胞死亡。MTH1则能够清除氧化的dNTPs，阻止其进入DNA双链，从而维持肿瘤细胞的正常生长状态。当利用siRNA干扰MTH1正常功能后，肿瘤细胞的DNA结构则被损伤，导致肿瘤细胞的p53和p21表达上调，而p53会诱导DNA损伤的肿瘤细胞发生凋亡，从而抑制肿瘤生长［2］。目前，对于MTH1功能与肿瘤发生发展之间关系的机制研究尚不成熟，因此，MTH1与肿瘤发生发展的直接关系还有待进一步研究证实。

3　临床靶向MTH1进行肿瘤治疗的策略及前景展望

MTH1作为一种肿瘤特异性的蛋白可以成为治疗或干预肿瘤进程的潜在靶点。由于MTH1能够清除损伤的氧化构件，维持肿瘤DNA的正常结构，提示我们针对MTH1进行肿瘤干预与治疗可以采取以下几种方法：一，针对MTH1蛋白的功能，应用MTH1抑制剂可以诱导肿瘤细胞DNA结构损伤，增加细胞毒性，诱导肿瘤凋亡，从而抑制肿瘤生长。Huber等［22］研究发现，MTH1促进K-Ras突变肿瘤细胞的增殖，靶向MTH1的制剂SCH5244可以选择性抑制MTH1的催化活性，抑制小鼠肿瘤生长。TH588和TH287是最新研发的两种MTH1蛋白抑制剂，这两种抑制剂已处于临床前的药代动力学研究［23］。最新研究发现，MTH1抑制剂增加肿瘤细胞氧化损伤，增加细胞毒性，诱导肿瘤细胞凋亡，可以成为靶向治疗肿瘤的较好策略［24］。二，针对MTH1转录翻译过程，可以应用MTH1转录翻译抑制剂，抑制MTH1蛋白表达，抑制肿瘤细胞dNTP修复，损伤DNA结构，同样可以对肿瘤起到干预或治疗的效果。三、由于肿瘤细胞的dNTPs损伤是由于ROS水平升高引起，因此可以联用促ROS因子释放剂及MTH1抑制剂，通过提高肿瘤细胞的ROS水平，同时抑制DNA结构损伤的修复，加速肿瘤细胞DNA结构损伤，进而增加肿瘤细胞毒性，从而抑制肿瘤的生长。

DNA结构的完整性在肿瘤细胞生存与发展过程中起着重要作用。由于肿瘤细胞的异常代谢会产生大量的活性氧自由基［25］，因此会损伤dNTPs结构，而dNTPs是DNA的复制原料，因此肿瘤细胞需要及时有效地清除氧化损伤的dNTPs以维持肿瘤细胞DNA的正常结构功能。MTH1在肿瘤细胞中就扮演了“清洁工”的角色，它可以清除损伤dNTPs的氧化构件，维持肿瘤细胞DNA的正常复制，从而维持肿瘤细胞的生存和发展。而正常细胞是处于正常代谢状态，不依赖于MTH1的蛋白功能维持细胞的正常生长，这一特性使得MTH1作为特异性的治疗靶点用于干预和治疗肿瘤成为可能。随着人们对生物化学、遗传学、癌基因信号转导等研究的不断深入，探讨抑制MTH1活性对治疗或干预肿瘤发展会是未来一个非常有前景的治疗方案。

当然，目前对于MTH1的研究尚不全面，MTH1抑制剂的研发还仅仅处于临床前阶段，MTH1能否真正成为临床治疗肿瘤的靶点仍然需要进一步的验证。综上所述，笔者认为MTH1蛋白有望成为新一类的抗肿瘤靶点并具有广阔的应用前景。

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Progress in treatment of cancer targeting MTH1

SHEN Ying1，SHEN Pei-liang1，WANG Xu1，WANG Ai-yun1，CHEN Wen-xing1，ZHENG Shi-zhong1，2，LU Yin1，2
（1．College of Pharmacy，Nanjing University of Chinese Medicine，2．Jiangsu Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medicine，Nanjing 210046，China）

Abstract：MTH1（MutT Homolog1）as MutT homologous en-zyme，is a nucleotide pyrophosphatase，mainly involved in DNA damage repair process，especially plays an important role in the process of DNA replication in tumor cells．Recent studies have found that MTH1’s function is responsible for the development of a variety of tumors．Studies have shown that，MTH1 can remove tumor cells’oxidative DNA elements detrimental to the function-al structure，protecting tumor cell division and proliferation，maintaining tumor cell survival，however，normal cells do not need MTH1．Therefore，MTH1 may be only closely associated with abnormal cell growth．This makes MTH1 as therapeutic tar-gets that have been paid much attention．This article reviewed the relationship of MTH1 and tumor，discussed the mechanisms of MTH1 in tumor growth MTH1 and tumor treatment，so as to provide reference for clinical research and treatment of tumor．

Key words：MTH1；tumor；molecular mechanisms；DNA repli-cation；oxidative damage；therapy strategies

作者简介：沈 颖（1992－），女，硕士生，研究方向：肿瘤药物治疗及其机制，E-mail：shen123y＠yeah．net；陆 茵（1963－），女，博士，教授，博士生导师，研究方向：活血化瘀中药及其复方抗肿瘤血管生成及对肿瘤转移、肿瘤微环境的影响，通讯作者，Tel：025-86798154，E-mail：luyingreen＠126．com

基金项目：国家自然科学基金项目资助（No 81173174）；教育部博士点基金（No 20113237110008）；2013年江苏高校优秀科技创新团队计划

收稿日期：2015－05－09，修回日期：2015－06－19

文献标志码：A

文章编号：1001－1978（2015）09－1199－03

doi：10．3969／j．issn．1001－1978．2015．09．004