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DNA修复机制在替莫唑胺与亚硝基脲类药物个体化脑癌治疗中的核心作用

08月31日

来源：肿瘤资讯

自上世纪60年代以来，烷化剂一直是脑癌化疗的基石。这类药物通过损伤DNA发挥作用，其肿瘤特异性杀伤效果源于癌细胞中DNA修复能力的缺陷。以替莫唑胺（Temozolomide, TMZ）为代表的甲基化药物可诱导多种DNA损伤，这些损伤主要通过MGMT蛋白的直接修复、碱基切除修复（BER）以及ALKBH2蛋白等途径进行修复。在高级别胶质瘤中，MGMT的表达水平与治疗反应密切相关，证实了O6-甲基鸟嘌呤（由TMZ产生）和O6-氯乙基鸟嘌呤（由亚硝基脲类药物产生）是决定疗效的关键性毒性损伤。MGMT已成为预测烷化剂疗效的核心生物标志物。此外，错配修复（MMR）、DNA双链断裂（DSB）修复等通路也参与耐药机制的形成。IDH1突变是II/III级星形细胞瘤的常见特征，与更优的预后相关，其机制可能涉及影响ALKBH2的活性，从而干扰DNA修复。p53作为细胞生死抉择的关键调控因子，其在DNA修复和细胞凋亡通路中的复杂作用，为制定个体化治疗策略提供了重要启示。

引言

甲基化药物替莫唑胺（TMZ）联合放疗，是当前新诊断胶质母细胞瘤（GBM）的一线标准治疗。对于复发性GBM，“二线”治疗常选用氯乙基化亚硝基脲类（CNUs）药物，如洛莫司汀（Lomustine, CCNU）。这两类药物均属于单功能烷化剂，通过SN1亲核反应，在DNA上形成多种烷基化加合物。其中，尽管在数量上占少数（<8%），但O6-烷基鸟嘌呤（TMZ产生O6-甲基鸟嘌呤，即O6MeG；CNUs产生O6-氯乙基鸟嘌呤，即O6ClEtG）是导致细胞死亡的最关键损伤。

DNA修复的关键角色：MGMT

DNA修复酶O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（MGMT）是细胞对抗这两类药物的核心防御机制。它能以“自杀式”的方式，直接将O6位置的烷基基团转移到自身蛋白上，从而修复DNA损伤。因此，MGMT是一把双刃剑：它保护正常细胞免受化疗毒性，但也保护肿瘤细胞，导致耐药。在GBM中，高达40%的肿瘤由于其启动子区的CpG岛高度甲基化，导致MGMT基因表达沉默，MGMT蛋白缺失。这类肿瘤无法有效修复O6-烷基鸟嘌呤损伤，因而对TMZ和CNUs高度敏感。因此，检测MGMT启动子甲基化状态已成为指导GBM个体化治疗的金标准。

烷化剂诱导细胞死亡的分子途径

O6-甲基鸟嘌呤（O6MeG）的作用机制:
当MGMT缺失时，残留的O6MeG在DNA复制时会错误地与胸腺嘧啶（T）配对。这种O6MeG-T错配会被错配修复（Mismatch Repair, MMR）系统识别。MMR系统反复尝试切除并替换胸腺嘧啶，但由于模板链上的O6MeG持续存在，导致了一个“无效修复循环”。这个无效循环会干扰DNA复制叉的行进，最终在第二个细胞周期中导致DNA双链断裂（DSB）。DSB作为终末损伤，激活下游的DNA损伤反应（DDR），并通过内在和外在两条途径诱导细胞凋亡。因此，一个功能完整的MMR系统是将O6MeG损伤转化为致死性DSB的必要条件。MMR缺陷的肿瘤（尽管在胶质瘤中罕见）对TMZ耐药。
O6-氯乙基鸟嘌呤（O6ClEtG）的作用机制:
当MGMT缺失时，O6ClEtG会自发重排，最终在DNA双链之间形成链间交联（Interstrand Crosslink, ICL）。ICL是一种更为严重的DNA损伤，它能完全阻断DNA的复制和转录，具有极强的细胞毒性。ICL的修复需要动用包括范可尼贫血（FA）通路、核苷酸切除修复（NER）和同源重组（HR）在内的多个复杂通路。

其他参与耐药的DNA修复通路

同源重组（Homologous Recombination, HR）: HR是修复DSB和ICL的关键通路，其核心蛋白包括BRCA1/2和RAD51。HR功能缺陷的细胞对TMZ和CNUs均表现出更高的敏感性。反之，HR通路的高效表达或上调是获得性耐药的重要机制。
碱基切除修复（Base Excision Repair, BER）: BER主要负责修复TMZ产生的大量非O6位点的N-烷基化损伤（如N7-MeG和N3-MeA）。在MGMT功能完整的肿瘤中，如果TMZ剂量极高，导致BER系统饱和，这些N-烷基化损伤也可能产生细胞毒性。
ALKBH2/3: 这类去甲基化酶能直接修复N1-甲基腺嘌呤等损伤。IDH1突变产生的肿瘤代谢物2-HG能够抑制ALKBH的活性，这可能是IDH1突变型胶质瘤预后较好且对化疗更敏感的原因之一。

p53：细胞命运的十字路口

在大多数GBM中，p53基因为野生型。p53在烷化剂治疗后被激活，扮演着双重角色：

促进生存/修复: p53可以激活p21，导致细胞周期停滞，为DNA修复赢得时间。对于CNUs诱导的损伤，p53还能上调NER/ICL修复通路中的关键蛋白，从而增强细胞对CNUs的耐药性。
促进凋亡: p53也能直接激活FAS、BAX等促凋亡基因的转录，启动细胞死亡程序。

基于此，可以推论：p53野生型的胶质瘤可能对CNUs相对耐药，而对TMZ敏感；p53突变（失去转录激活功能）的肿瘤则可能对CNUs更为敏感。这一假设为根据p53状态选择化疗方案提供了理论基础。

临床启示与未来方向

DNA修复状态是决定胶质瘤对烷化剂化疗反应的根本因素，这为个体化治疗开辟了道路。

MGMT启动子甲基化是目前最成熟的预测标志物。
IDH1突变与良好预后相关，其机制涉及对DNA修复的干扰。
HR通路的完整性是潜在的耐药标志，靶向HR（如使用PARP抑制剂）联合TMZ在“BRCAness”表型的肿瘤（如IDH1突变型）中显示出巨大潜力。
p53状态可能有助于区分TMZ和CNUs的优势人群。

结论

恶性胶质瘤的DNA修复网络极为复杂且在不同肿瘤中存在显著差异。深入理解MGMT、MMR、HR、p53等关键节点的状态，将使我们能够超越“一刀切”的治疗模式，为每位患者量身定制最有效的化疗方案。靶向DNA修复通路（如使用MGMT抑制剂或PARP抑制剂）是克服耐药、提升疗效的最有希望的方向之一。

责任编辑：肿瘤资讯-明小丽
排版编辑：肿瘤资讯-明小丽

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姜培培

广饶县中医院 | 肿瘤内科

DNA修复机制在替莫唑胺与亚硝基脲类药物个体化治疗作用

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董凤娇

广元市中医院 | 肿瘤内科

O6-烷基鸟嘌呤（TMZ产生O6-甲基鸟嘌呤，即O6MeG；CNUs产生O6-氯乙基鸟嘌呤，即O6ClEtG）是导致细胞死亡的最关键损伤。

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李晓红

平遥兴康医院 | 肿瘤内科

甲基化药物替莫唑胺（TMZ）联合放疗，是当前新诊断胶质母细胞瘤（GBM）的一线标准治疗。