0 引言

DNA错配修复系统（mismatch repair system，MMR）是存在于细菌、酵母和哺乳动物中的重要复制后修复系统，可修复DNA复制、基因重组过程中产生或由外源性损伤造成的碱基错配及插入/缺失环（insertion/deletion loops,IDLs），在维持基因组结构稳定性方面有重要的作用^[1]，人类MMR中，包括hMutS和hMutL两个子系统，它们对于癌症相关基因变异的修复尤为重要。hMutS、hMutL系统包含hMLH1、hMSH2、hMSH3、hMSH6、hPMS1和hPMS2，其中任何一种基因变异都会引起MMR功能缺陷，从而导致遗传不稳定，成为肿瘤发生的重要诱因。

结直肠癌（colorectal cancer,CRC）是人类主要恶性肿瘤之一，从世界范围看，其发病率和死亡率分别位于第三位和第四位^[1]。在全球，每年有120万新确诊的病例，并且有超过60万名患者死于结直肠癌^[2]。最常见的结直肠癌类型为遗传性非息肉型结直肠癌（hereditary non-polyposis colorectal cancer,HNPCC）（也称林奇综合征，Lynch syndrome）和散发性结直肠癌（sporadic colorectal cancer,SCC）。研究表明，hMutS和hMutL系统关键基因hMLH1、hMSH2、hMSH6和hPMS2单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms,SNPs）、启动子甲基化（promoter methylation）水平改变，以及由此诱发的微卫星不稳定（microsatellite instability，MSI）增加都在结直肠癌发生和发展中起到重要作用^[3-5]。

1 hMutS和hMutL的组成和功能

hMutL是酵母MutL同源基因，包括hMLH1、hMLH3、hPMS1、hPMS2，hMutS是E.coli MutS同源基因，包括hMSH2、hMSH3、hMSH4、hMSH5、hMSH6。在进行错配修复时，两组同源基因指导合成的蛋白通过形成不同的复合物行使其功能。研究表明，hMLH1、hMSH2在结直肠癌错配修复中的作用尤为重要 ^[5-6]。

在hMutL系统中，hMLH1（human MutL homolog 1）本身没有已知的酶活性或作为适用的分子媒介，需要通过招募其他错配修复蛋白而发挥作用，其与hPMS2（human postmeiotic segregation 2）结合形成异源二聚体hMutLα，识别有缺口的新生DNA链。错配修复过程中，当hMutS结合到有错误的DNA 位点上后，hMutLα会与其结合形成一种暂时性的复合物，启动修复^[7]。此外，hMLH1还能与hPMS1蛋白结合形成异源二聚体hMutLβ，但其在错配修复中的具体机制尚不清楚^[8]。hMLH1和hMLH3形成异源二聚体hMutLγ，一方面对同源重组起重要作用^[9]；另一方面，体外培养细胞中当MutLα缺乏时，它对MutLα功能也有一定的补充作用^[10]。

hMutS系统中，hMSH2（human MutS homolog 2）能与hMSH6结合形成二聚体hMutSα，识别存在碱基错配或其他错配形式的DNA^[11]，hMutSα与许多前后序列不同的且含有G或T错配的寡核苷酸底物的结合效率最高，而与其他类型碱基错配结合的效率很低；前后序列为微卫星重复序列的，其结合效率要比前后无重复序列的高。hMSH2也能与hMSH3结合形成hMutSβ，识别存在碱基缺失的DNA片段^[12]。hMutSβ对碱基错配在体外没有明显的亲和性，但可与有螺旋外核苷酸的底物结合，而且它的亲和性随着IDLs的增大而增高；侧翼序列对此也有一定影响，可补偿环修复中的hMSH6缺失，使hMSH6突变细胞不再出现微卫星不稳定^[13]。

2 hMutS和hMutL系统相关基因的SNPs与结直肠癌

目前，常规检测SNPs技术已被广泛用于遗传药理学研究和遗传病诊断等多个领域^[14-15]。通过检测，了解正常人hMutS和hMutL系统关键基因的特定位点SNPs情况，可以作为结直肠癌风险评估的一项重要依据。

hMutS和hMutL系统在识别和消除DNA复制过程中的IDLs突变起到重要作用，其发生缺陷会导致结直肠癌风险提高。Li等^[16]的研究表明，hMutS和hMutL系统关键基因hMLH1、hMSH2的突变与结直肠癌风险密切相关，hMSH2基因内的SNPs、基因-基因和基因-环境的相互作用与结直肠癌易感性相关。他们检测了451例结直肠癌患者和630个对照者hMLH1和hMSH2基因内或启动子的SNPs，发现hMSH2基因中IVS15-214T>C和IVS11+107A>G与结肠癌风险密切相关，同时，发现有两个SNPs的不同携带者患结直肠癌的风险会不同程度的降低。

Wang等^[17]研究了中国东北387例患者hMLH1和hMSH2中10个SNPs与结直肠癌预后情况的相关性，通过对基因型和结直肠癌患者整体存活率的检测，hMLH1的两个SNPs（-93G>A和IVS3-1403A>T）与结直肠癌患者整体存活率显著相关，并且在结肠癌和直肠癌患者中有差异，这也表明hMLH1这些位点的SNPs可能作为结直肠癌预后状况的评估指标。

Milanizadeh等^[18]为研究hMLH1的两个SNPs与结直肠癌遗传易感的相关性，通过对219位结直肠癌患者和248位健康对照者的hMLH1基因1219V和IVS12-19C>T两个多态位点的分析，发现hMLH1基因1219V位点的多态性与结直肠癌易感性相关，1219V SNP可能作为结直肠癌易感性因子，然而，该位点多态性作为诊断因子的可靠性，还需进一步验证。

其他hMutS和hMutL相关基因的SNPs研究目前很少见报道，但因其指导合成的蛋白质是形成异源二聚体后相互作用的，故其中任何一个基因的任何一个位点发生改变，都可能对错配修复系统产生影响。

3 hMutS和hMutL系统相关基因的启动子甲基化水平改变与结直肠癌

甲基化（methylation）水平和模式的改变是肿瘤发生的一个重要因素。在肿瘤细胞中，启动子（promoter）区域的CpG岛被高度甲基化，染色质构象发生改变，基因表达模式发生变化，可能导致抑癌基因、细胞周期调控基因、修复系统基因等抑制肿瘤发生相关的关键基因表达沉默，最终导致肿瘤发生。研究表明，在SCC中，MMR失活是由单个hMLH1基因启动子的甲基化所引起^[19]。

hMLH1启动子高甲基化和一些结直肠癌hMLH1基因表达缺陷相关。最近，有学者在无MMR基因变异的HNPCC患者中发现 hMLH1的启动子存在高甲基化改变^[20]。Kazama等^[21]研究分化良好的结直肠癌及分化较差的结直肠癌之间的差异，发现22.6%分化较差的结直肠癌有hMLH1基因启动子区甲基化，而3.8%分化良好的结直肠癌有hMLH1基因启动子区甲基化，分化较差的结直肠癌hMLH1基因甲基化率明显高于分化良好的结直肠癌，且hMLH1基因动子区甲基化与分化差的结直肠癌的发生发展有密切的关系。

Kim等^[22]研究了33位毕塞斯达的结直肠癌患者hMLH1甲基化和BRAF（原癌基因）突变情况，发现有36.4% hMLH1基因启动子甲基化，这表明临床病理变化与hMLH1甲基化相关性不明显，但这对于HNPCC和SCC的研究都有积极作用。

Ericson等^[23]报道87%的HNPCC有MMR基因的蛋白表达缺失，其中hMSH2表达缺失率为49%，hMLH1的表达缺失率为39%。在SCC中也发现有MMR系统的功能缺失，尤其是hMLH1和hMSH2的突变是造成某些SCC发生的主要原因，而在SCC中hMLH1表达缺失率高于hMSH2，这主要是由于hMLH1基因启动子甲基化导致hMLH1基因的转录和翻译改变而出现蛋白的表达缺失进而引起MSI。在Malhotra等^[19]对印度SCC患者hMLH1、hMSH2启动子甲基化和免疫组织化学表达的研究中，也有类似的发现。

hMutS和hMutL关键基因启动子甲基化水平的改变，可能导致其蛋白表达的缺失，进而影响错配修复系统功能的进行。在HNPCC和SCC患者中，可以通过对hMutS和hMutL相关基因启动子甲基化水平的检测，了解个体的结直肠癌易感性。

4 hMutS和hMutL系统相关基因的MSI与结直肠癌

MMR系统的缺陷会导致严重MSI，近年来大量研究表明：MSI与肿瘤发生密切相关，尤其是结直肠癌、胃癌、子宫内膜癌等，其中HNPCC的致病因子也包括了hMutS和hMutL关键基因变异引起的MSI，主要是hMLH1和hMSH2，也有一部分来自hMSH6和hPMS2^[24-27]。据文献报道^[19]，大约15%的结直肠癌中存在MSI现象，与无MSI的结直肠癌相比，携带有MSI的结直肠癌预后较差，并且二者药物反应也不一样。

Chaksangchaichot等^[28]认为hMutS和hMutL系统相关基因的失活和MSI在SCC的发展过程中扮演了一个不可忽视的角色，MMR缺陷会使某些癌基因和抑癌基因的突变得到快速积累，最终影响正常细胞的增殖调控。对于具有高频率MSI的SCC患者，其hMutS和hMutL关键基因高甲基化以及BRAF突变可能高于HNPCC患者^[22]。现已基本确定，MMR基因发生突变导致DNA错配修复系统功能缺陷或丧失是HNPCC发生的前提条件。

hMutS和hMutL相关基因功能缺陷与HNPCC和部分散发性结肠癌的发生、发展密切相关，hMSH2在其中有较高的突变率^[29]。其变异主要与存在MSI的结直肠癌密切相关，一小部分SCC存在MSI，但没有MMR基因变异，提示有其他机制对MSI起作用，研究发现这些结直肠癌的MSI也与MMR缺陷有关，环境因素导致的甲基化可抑制MMR基因表达。

近年来，Jessri等^[30]研究发现存在MSI的SCC患者中hMLH1等位基因缺失程度较高，说明hMLH1基因的突变在SCC的发生过程中占有重要的地位。Homayouni等^[31]检测了40位HNPCC患者的MSI情况，hMSH2等位基因BAT-26对MSI检测有高敏感性，表明这些基因的MSI可作为预后标记，结合目前其他相关研究，也说明其对HNPCC患者治疗结果的预期也有重要作用。

hMutS和hMutL关键基因hMLH1和hMSH2的SNPs、启动子甲基化水平改变都可能会引起MSI，进而影响结直肠癌的发生、发展和预后^[22-23]。因此，MSI可能成为结直肠癌预检的一个重要生物标记。

5 小结与展望

hMutS和hMutL关键基因的SNPs和启动子甲基化水平改变都可能会引起MSI，其直接对结直肠癌错配修复产生影响，在结直肠癌发生、发展和预后中起到重要作用。同时，它们也对一些其他相关癌症产生影响，如子宫内膜癌、胃癌和膀胱癌等。近年来随着人民生活水平提高，各种健康问题日益被重视，结直肠癌由于其较高的死亡率引起大批研究人员注意，并且试图从不同角度找出其致病风险因素，研究有说服力的可靠检测标准，以便采取适当的防护措施，进行更好的治疗和愈后恢复。