陈 昶

广西梧州市红十字会医院病理科 543002

恶性肿瘤属于综合性疾病,发生发展机制复杂,受到多种因素影响。在当前研究中,恶性肿瘤具体发生发展机制尚不明确。通过研究恶性肿瘤中MCM3和MCM7的影响,分析其作用机制,可为恶性肿瘤诊疗和预后评估提供科学依据。

1 MCM3、MCM7基因的主要特点

MCM3、MCM7是微小染色体维持蛋白(Mini chromosome maintenance proteins,MCMs)中的因子。MCMs属于多功能蛋白,最初是从酵母中被发现,因为MCMs可进行质粒复制,并且对细胞周期进展可产生一定作用,因此引起临床关注。除MCM3、MCM7外,MCMs家族中还有MCM2、MCM4/Cdc21、MCM5/Cdc-46、MCM6/Miss5,亚单位数量不低于6个,真核细胞中均可检出MCMs[1]。

在复制开始阶段,MCMs利用其解螺旋酶活性参与细胞周期复制过程。恶性细胞、异型增生基础特征之一是DNA无限复制。DNA复制许可中,MCMs具有重要影响,细胞生存周期中,从细胞周期过渡至静止期,然后进行细胞分化或者衰老凋亡,在此过程中MCM活性逐渐降低[2]。基于上述背景,在潜在增殖评价中可重点观察是否存在MCM激活。MCMs参与DNA复制与延伸,并且可预测细胞异常增殖,辅助恶性肿瘤诊断。多种恶性肿瘤可检出MCMs表达强度异常增高。在MCMs家族中,MCM3、MCM7是与恶性肿瘤具有较高相关性的因子[3]。

2 MCM3、MCM7基因主要作用机制

2.1 参与DNA复制过程 MCM3和MCM7基因均属于MCMs家族,该家族均属于复制准许因子。MCM3和MCM7在ATP支持下具有激活DNA复制作用,属于DNA解螺旋酶活性基因。正常情况下,DNA复制活动中MCMs可保证细胞周期内单次DNA复制,对细胞增殖过程具有调控作用。DNA合成启动后,MCM7促使染色质结合MCM,表现为弱旋酶活性,但是在G2期复制完成后,染色体结合的MCM脱离。因此,通常认为MCM7为S期授权、检查点位[4]。

2.2 增加恶性肿瘤风险 当MCM3和MCM7异常激活时,引起DNA异常复制和细胞异常增殖,诱发恶性肿瘤。MCM3基因敲除作用引起G1期阻滞,cyclinA活性降低,G2/M期发生MCM2、MCM7敲低细胞阻滞,激活细胞周期蛋白A。简而言之,MCM2、MCM7紊乱将增加髓母细胞瘤风险[5]。

2.3 影响AKT1、mTOR磷酸化反应 AKT属于丝氨酸/苏氨酸激酶,细胞增殖、发育、代谢过程均可见AKT。MCM7失功时,食管癌细胞系AKT1、mTOR磷酸化反应减弱,因此在癌症临床干预中可考虑提高AKT1/mTOR信号通路活性,促进恶性肿瘤患者预后。MCMs可作用于部分凋亡蛋白,例如三阴性乳腺癌患者体内高突变p53-染色质信号通道中MCM2-7复合体发挥了作用[6]。

3 恶性肿瘤MCM3、MCM7基因表达

3.1 恶性肿瘤中常见MCM3、MCM7高表达 DNA复制过程需要MCMs参与,研究MCM3、MCM7对恶性肿瘤的影响具有重要意义[7]。乳腺癌、淋巴瘤宫颈癌、子宫内膜癌等妇科恶性肿瘤以及胃癌、结肠癌等消化系统肿瘤、肾细胞癌等多种恶性肿瘤中可见MCM3激活,此外白血病患者也常见MCM3过表达[8]。甲状腺肿瘤研究显示,在临床诊断时,机体MCM3蛋白活性与恶性肿瘤风险呈正相关[9]。DNA复制许可中MCM7也是重要的参与因子[10]。在消化系统癌症、呼吸系统癌症、内分泌系统恶性肿瘤和部分妇科恶性肿瘤中常见MCM7过表达,影响恶性肿瘤发生发展[11]。

3.2 MCM3、MCM7减弱诱发DNA复制应激 常规情况下,MCM导致DNA复制持续激活,但是MCM活性减弱可能导致复制应激,表现为DNA合成活性减弱或者停止合成,或者发生复制分叉进程[12]。MCM蛋白活性减弱时,初级起始区域单位时间内启动次数减少,抑制复制分叉,然而在此过程中DNA损伤持续发生,无法顺利分叉前进改变基因组结构[13]。进而引起复制叉崩溃,造成基因组缺损,此种情况细胞恶性转化风险较高[14]。

3.3 MCMs低表达和高表达潜在机制不同 小鼠试验显示,当小鼠MCM3基因异常时,血液肿瘤风险较高。当MCMs低表达时诱发复制应激反应,导致小鼠胎儿造血干细胞功能抑制,以及降低红细胞生成活性。MCMs表达紊乱在癌症中具有不同潜在机制。观察MCM3、MCM7活性,可对健康组织、肿瘤组织以及不典型增生组织进行鉴别。MCM3、MCM7是肿瘤诊断和预后评估的可靠依据之一,可辅助医师进行癌症诊疗[15]。

4 恶性肿瘤预后评估中MCM3、MCM7的应用

4.1 辅助预后评估 MCM3、MCM7是肿瘤预后标志物之一。MCM3、MCM7可抑制细胞复制,加剧基因组不稳定,进而导致预后不良。乳腺癌患者常见MCM3激活,尤其是在预后评估侵袭性导管性乳腺癌中有重要作用,可替代Ki-67作为癌细胞增殖、预后预测的检测手段。口腔鳞状细胞癌检测中也可使用MCM3和Ki-67标记细胞增殖情况,同时MCM3不易受到外因干扰,可提示肿瘤细胞异常增殖。

医学研究显示,MCM7可对细胞正常复制周期进行干扰,以及提高基因组不稳定性,通过此种机制导致不良预后。该类物质属于新兴肿瘤预后标志物。在恶性肿瘤发展中,病理分期、分级逐渐升高后,G1期细胞占比显著升高。尿路上皮癌发展过程中,MCM7表达可见明显差异。高级别非侵袭性癌中MCM7高表达,与其相比,低级别非侵袭性癌MCM7活性较低,该结果表明MCM7可能影响肿瘤细胞增殖过程。

不仅如此,MCM7、Ki-67表达量平行,导致肿瘤侵袭浸润加速,因此MCM7、Ki-67可作为潜在预后标志物。MCM7还可作为预测膀胱癌发展的独立危险因素,MCM7表达量较高时,患者特征与进展期临床、组织病理学表现相近。肿瘤直径、肿瘤分期规格较高时,患者通常生存期显著缩短。MCM7可促进驱动肺癌基因表达,提升其活性,进而诱发肿瘤。分析MCM7在非小细胞肺癌预后中的应用价值,可见MCM7低表达量早期肺癌病例,生存时间可见明显延长。消化系统恶性肿瘤预后中,MCM7具有较高预后价值。胃黏膜上皮内瘤变中MCM7活性与胃癌相比显著降低,肿瘤分级越高,MCM7活性越高,二者呈正相关,同时MCM7活性与Ki-67活性具有平行表现,可见生存期显著缩短,由此可知其良好预后标志物潜力较大。MCM7肝细胞癌中可见激活,MCM7高表达通常伴随高等级肿瘤侵袭力,例如,常见分化度降低、脉管侵犯风险增高,并且影响癌症进展临床评分。患者中位生存期显著缩短,应用前景较好。

MCM7可联合细胞周期蛋白D1诊断和预后预测,是应用价值较高的标志物。食管鳞状细胞癌中MCM7常见高表达,中低分化癌中MCM7通常为高表达,MCM7高表达时通常可见肿瘤浸润程度加深、淋巴结转移风险加重以及肿瘤分期升高。MCM7与癌症分期密切相关,进而影响生存期,预后预测应用准确性较好。结肠癌、唾液腺癌也常见MCM7异常表达。MCM7可用于判断细胞增殖和影响肿瘤进展,对预后判断具有指导价值。

4.2 指导靶向治疗 MCM7属于增殖因子,参与多种恶性肿瘤发育过程,导致预后不良风险升高。在临床治疗非小细胞癌时,治疗靶点可选择MCM7,促进患者预后。此外,微小肺腺癌预后评估中可将MCM7作为独立因子。在喉部和口腔鳞癌、结直肠癌、乳头状尿路上皮癌以及弥漫性胃腺癌中,可采用MCM7作为预后预测因子。脑膜瘤复发预测中,可将MCM7作为标志物。应用MCM7预测脑膜瘤复发时,采用传统MIB-1标志物较易出现假阴性,与之相比MCM7漏诊率较低,由此可知MCM7是诊断价值较高的生存预测指标。神经胶质瘤预后预测中,可将MCM2、MCM3、MCM7作为预测因子[16]。

肿瘤细胞DNA无限复制时,MCM7可加速细胞增殖、促进细胞发育。MCM7为恶性肿瘤靶向治疗中,MCM7可作为新位点[17]。MCM7可在体内外激活MAPK/cyclinD1,加速肝癌细胞增殖,在此种作用下肝癌细胞体外增殖、体内致瘤性显著升高。MCM7基因敲除后,可见HCC细胞周期停滞,有效抑制了肿瘤发育。现代医学研究表明,三氧化二砷可对SRF/MCM7转录复合物进行诱导,促使其发生构象变化,抑制其与MCM7启动子结合,降低MCM7活性。动物实验显示,通过上述处理,肝癌细胞成瘤率显著降低,癌细胞转移侵袭能力显著减弱,可考虑针对肝癌采用新位点靶向治疗[18]。

恶性胰腺导管癌与MCM7研究中,抑制MCM7表达可延缓复制叉,使吉西他滨与5-氟尿嘧啶具有更高敏感性,促进肿瘤生长抑制。在复制叉阻断药物中,奥沙利铂、依托泊苷为常用药。通过靶向治疗降低MCM7表达量30%左右,此时结肠癌细胞对上述药物具有较高敏感性,显示靶向MCM7具有较高的治疗潜力[19]。

在乳腺癌治疗中,他莫昔芬应用范围较广,该药效果较好,但是在治疗中较易产生耐药,临床治疗需要解决该问题。乳腺癌细胞MCM7引导性下调可对γH2AX上调产生诱导作用,通过此种机制诱发肿瘤细胞DNA损伤,进而对乳腺癌细胞凋亡产生诱导作用。辛伐他汀联合使用他莫昔芬时,可采用抑制MCM7方法,从而缓解乳腺癌耐药问题,此种治疗思路是乳腺癌治疗未来研究方向之一。恶性肿瘤辅助治疗中经常需要实施放疗。在放疗期间,检测MCM7表达量有利于筛选放疗敏感子宫内膜癌,从而延长患者生存周期。基于此类研究,医师可调整恶性肿瘤治疗方案,缓解副作用,促进乳腺癌患者预后。

4.3 提高检测准确性 MCM多态、单核苷酸多态性影响预后。MCM7内含子中,miR-106b-25活性影响中晚期肝癌患者存活期。急性髓系白血病中rs1534309纯合子基因型病例与其他基因型相比病死率相对较低。在恶性肿瘤预测中,通常采用增殖细胞核抗原、Ki67,上述物质均为细胞周期标记物,但是实际应用时假阴性风险较高,与之相比MCM3、MCM7灵敏度较高,炎症等外因通常不会影响MCM3、MCM7检测结果,检测可靠性较高[20]。

MCM3在细胞 DNA 复制过程中属于特许因子,可以作为标记物直接反映细胞的增殖状态,对于因细胞周期调节失常、失去控制后产生的不典型增生和肿瘤的诊断及预后都有非常重要的指导意义。MCM3主要生物种为哺乳动物和啤酒酵母菌。啤酒酵母菌MCM3处于五号染色体左臂,与着丝粒相近,处于GeneBank DNA位点X53540。MCM3基因规格为3 924bp,其中开放阅读框规格为3kb,从首个ATG开始翻译,MCM3编码规格为971个氨基酸蛋白质,MCM3分子质量为125kDa,氨基末端、碳末端均分布有亲水区域1格。MCM3不仅标记旺盛增殖期细胞,而且可对静止状态细胞进行标记,以及标记增生潜能、活性属性明显的细胞,对处于分化状态的细胞无标记作用,上述标记作用导致MCM3在研究细胞增殖中重要因子。

健康组织细胞中,MCM3中mRNA可见活性较低,在小肠、脾、结肠中可见此种表现。健康组织细胞具有基底层细胞具有增殖潜能,作用机制与其一致,表达活性与癌细胞活性存在显著差异。但是二者具有完全不同的作用机制。因为MCM家族、DNA复制具有相关性,部分研究分析了MCM3等MCMs家族肿瘤组织表达活性,由此可知,MCM3蛋白可精准反映细胞增殖活性。分析MCMs表达特点,明确标记指数,可准确区分健康组织与不典型增生组织,识别肿瘤组织。

MCM3可进行癌前、肿瘤诊断,还可进行预后标记。MCM3基因在多种恶性肿瘤中高表达,其中常见类型包括白血病、淋巴瘤以及宫颈恶性肿瘤、结肠恶性肿瘤、肺恶性肿瘤、胃恶性肿瘤、肾恶性肿瘤、乳腺恶性肿瘤、恶性黑色素瘤等。Westernblot、免疫组化检测显示,MCM3蛋白通常在癌变组织中高表达。MCM3影响多种肿瘤发生发展,MCM3活性可用于恶性肿瘤临床诊断。

例如,在甲状腺癌治疗中,甲状腺细针穿刺活检术是诊断良恶性结节的主要方法,准确度较高。甲状腺细针穿刺活检术后,针对患者实施细胞病理学诊断,可明确肿瘤良性和恶性分布情况。在此基础上,针对不确定患者、可疑恶性患者实施术后病理检查,可见其甲状腺癌占比较低,部分患者无须实施手术。在诊断治疗中,甲状腺细针穿刺活检术在部分患者诊断中应用效果低于预期,无法做出精准诊断。MCM3蛋白可作为甲状腺癌诊断、治疗、预后评估的重要依据。

MCM3可作为预后分析的重要依据。MCM3蛋白可揭示甲状腺癌疾病的发生发展机制,作为甲状腺癌早期诊断方法,鉴别甲状腺结节良恶性,以此为依据制定治疗方案,以及在治疗干预中监测复发情况,对患者预后情况进行科学预测,应用价值显著。MCM3可作为甲状腺肿瘤良恶性诊断的敏感标志物,其缺陷是缺少特异性,需要联合其他方法进行综合诊断。应加强相关性分析,筛选出应用效果更好的高特异性标志物,辅助甲状腺细针穿刺活检,采用多个特异性因子进行活检组织联合检测,通过多元基因谱检测,合理诊断甲状腺疾病的病理状态,采取科学治疗手段,辅助预后评价,尤其是在早期甲状腺癌诊断中具有积极意义。

5 结论

MCM3、MCM7基因具有特殊的作用机制和因子特点,MCM3、MCM7基因是DNA复制过程的重要参与因子,MCM3、MCM7高表达将导致恶性肿瘤风险升高,MCM3、MCM7可对AKT1、mTOR磷酸化反应产生作用。MCM3、MCM7减弱将引起DNA复制应激反应,增加细胞恶化风险,在MCM3、MCM7变化中,其低表达和高表达潜在机制存在显著差异。MCM3、MCM7指标可作为恶性肿瘤预后评估的重要参考依据,诊断灵敏度较高,不易出现假阴性结果。在恶性肿瘤诊断中,可将MCM3、MCM7作为重要诊断标志物,辅助恶性肿瘤分期和预测预后,指导医师科学开展靶向治疗,促进患者预后。

综上所述,MCM3、MCM7可影响恶性肿瘤增殖,加剧恶性肿瘤基因组不稳定性,从而对其发生发展过程产生影响。通过MCM3和MCM7活性检测可预测肿瘤发展趋势,可应用于恶性肿瘤诊断、疗效评估和预后,可作为靶向治疗靶点。当前医学研究对MCM3和MCM7的认知有限,并且肿瘤具有进行性特点,在不同阶段和受到不同因素影响时具有不同特点,因此未来应进行更深层次的MCM3和MCM7分子作用机制研究,为恶性肿瘤诊断和治疗提供依据,促进患者预后。