引用本文： 楊燕華, 王樹森. 乳腺癌中TOP2A與蒽環類藥物關系的研究進展. 中國普外基礎與臨床雜志, 2014, 21(8): 1029-1033. doi: 10.7507/1007-9424.20140247 復制
乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，近年來其發病率呈迅速上升且伴有年輕化趨勢[1]旎防嘁┪鍤侵瘟迫橄侔┳鈑行У囊┪鎦唬蘼墼諶橄侔┬賂ㄖ瘟蘋故歉捶⒆平餼戎瘟蘋蛟縉諶橄侔┦鹺蟾ㄖ瘟浦卸季哂蟹淺Ｖ匾淖饔謾５怯捎讞旎防嘁┪锏母弊饔媒隙啵繞涫切腦嘍拘裕拗屏慫某て謔褂茫虼溯旎防嘁┪鋦鎏寤鬧瘟圃較怨丶Ｍ仄艘旃姑涪駻（topoisomeraseⅡA，TOP2A）作為蒽環類藥物的一個重要靶點，近年來，其與蒽環類藥物療效的爭議也越來越被人們所關注。
1 TOP2A的生物學特性及功能
拓撲異構酶（topoisomerase，TOP）是存在于細胞核內的一類蛋白質，廣泛存在于真核和原核生物體內的基本酶之一，為催化DNA拓撲學異構體相互轉變的酶之總稱，它能夠催化單鏈或雙鏈DNA中磷酸二酯鍵斷裂或結合，進而改變DNA的拓撲狀態[2]。依據TOP介導的是單鏈DNA還是雙鏈DNA的斷裂，DNA TOP可以分兩類：一類叫TOPⅠ，另一類叫TOPⅡ[3]。TOPⅠ催化DNA鏈的斷裂和重新連接，每次只作用于一條鏈，即催化瞬時的單鏈的斷裂和連接，它們不需要能量輔助因子如三磷酸腺苷（ATP）或煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）。TOPⅡ是基本的細胞酶，它的作用原理是剪切和打開一股DNA雙螺旋，然后改變打開的缺口大小，讓第二股DNA雙螺旋通過缺口。TOPⅡ依賴于ATP的結合和水解作用完成反應[2, 4-5]。不論是原核生物或是真核生物，所有的Ⅱ型DNA TOP都屬于同一家族。原核生物、細菌的TOPⅡ都是A2B2雜四聚體，而真核生物的TOPⅡ為二聚體，分別為兩個高度同源的A和B亞型[6]，但兩個亞型在細胞周期中的濃度是不一樣的[7-8]。TOP2A亞型，主要位于核基質中，參與DNA復制過程。TOP2A的表達依賴于細胞周期，在正常細胞中主要見于S期、G2期和M期，其濃度在G2/M期中增加2～3倍，在快速增殖細胞中增加的倍數比靜止細胞高。TOP2B亞型幾乎全部存在于核仁內，與DNA復制有關的染色體搭架的組成部分無關，而是與構成核仁所必需的成分與核糖體RNA轉錄有關，在細胞周期中沒有明顯改變[9-10]。由此推測，增殖細胞的一些相關功能可能與TOP2A有關，而與TOP2B關系不大。
2 蒽環類藥物簡介及作用機理
蒽環類藥物是由一個四環的發色團（糖苷配基）通過糖苷鍵與一個或多個糖或氨基糖連接而成不同的蒽環類物質，其配基或糖互有差異[11]。此類藥物的作用機制主要包括：①與DNA發生交叉聯結，部分斷開DNA的雙螺旋結構，抑制DNA的轉錄和復制；②自由基的生成，觸發脂質過氧化作用；③與金屬離子結合；④與細胞膜結合，引起細胞膜損傷；⑤抑制DNA TOPⅡ的活性，引起DNA斷裂[12]。
3 乳腺癌中TOP2A與蒽環類藥物的關系
3.1 TOP2A與HER2的關系
原癌基因c-erbB-2又稱HER2或neu，是生長因子受體家族成員之一，位于17號染色體q21區帶上，編碼分子量為185×103的跨膜糖蛋白p185，具有酪氨酸激酶活性，可促進細胞分裂和蛋白水解酶分泌，使DNA合成增加，癌細胞生長加快，細胞運動能力增強，促進腫瘤的侵襲和轉移[13-14]。TOP2A基因，約170 kb，與HER2基因共同位于17q21，是HER2的下游基因[15]。
HER2陽性是乳腺癌預后不良的獨立生物學指標，與乳腺癌組織學分級呈正相關，表達陽性率越高，預后越差[16-18]。多項研究[19-20]表明，在乳腺癌中HER2與TOP2A基因異常有一定的相關性，TOP2A基因異常分為擴增和缺失，主要見于HER2陽性乳腺癌患者。在HER2陽性乳腺癌患者中約30%～90%同時存在TOP2A基因異常，HER2陰性乳腺癌患者僅2.7%～8.8%有TOP2A基因異常[21]。當HER2基因在乳腺癌中過度表達時，通過多種途徑參與跨膜信號的傳導及促進細胞的增殖，這可能是TOP2A基因擴增的原因。大量臨床試驗[22-25]證明，對于HER2基因擴增陽性或蛋白過表達的乳腺癌患者能從蒽環類藥物中獲益，但是另外一些臨床試驗[26]卻出現了陰性結果。盡管如此，由于TOP2A基因也定位于17q染色體，并且與HER2基因相隔很近；而且TOP2A是蒽環類藥物的靶酶，因此推斷，根據TOP2A基因狀態來預測患者對含蒽環類藥物治療方案的療效可能更為準確。
3.2 乳腺癌中TOP2A與蒽環類藥物療效之間的關系
近年來，人們對TOP2A與蒽環類藥物療效之間的關系做了大量的研究。但是，在乳腺癌中TOP2A能否真的成為蒽環類藥物療效的預測因子，目前依然存在很大的爭議。
Press等[27]比較阿霉素＋環磷酰胺（AC）和表阿霉素＋環磷酰胺＋帕妥珠單抗（ACH）這兩種化療方案的療效，結果發現，TOP2A與HER2共同擴增的患者有相似的療效，但是并沒有發現TOP2A基因缺失時與療效之間的關系，提示TOP2A與HER2共同擴增能從蒽環類藥物治療方案中獲益。但是，從嚴格意義上說，同樣的結果也會出現在只含環磷酰胺的化療方案中。Knoop等[28]在比較環磷酰胺＋甲氨蝶呤＋5-氟尿嘧啶（CMF）和環磷酰胺＋表阿霉素＋5-氟尿嘧啶（CAF）這兩種化療方案療效的研究中發現，TOP2A擴增的患者在CAF方案中有更長的無復發生存期和總生存期。在以上這些研究中，TOP2A基因擴增對蒽環類藥物治療有很好的敏感性，而TOP2A過表達與蒽環類藥物敏感性無關，畢竟TOP2A基因擴增與TOP2A過表達是不同的生物學行為。有研究[29]發現，TOP2A基因擴增并不能引起TOP2A的過表達，TOP2A基因擴增和TOP2A過表達在乳腺癌中代表不同分子亞型的特點，如基底細胞型表現出TOP2A蛋白或mRNA的過表達，而非基底細胞型則表現TOP2A基因擴增的改變。而最近Di Leo等[30]比較CMF與蒽環類藥物為核心方案的meta分析認為，盡管TOP2A基因突變和HER2陽性的乳腺癌患者能從蒽環為核心方案中顯著獲益，但蒽環類藥物的使用不能僅僅只限用于TOP2A基因突變和HER2陽性的患者。換而言之，非TOP2A基因突變和HER2陽性的患者也能從蒽環類藥物中獲益。
不同的臨床試驗研究得出不同的結論。O’Malley等[31]對710例絕經前淋巴結陽性的乳腺癌患者進行隨機分組接受CMF或CAF化療，其中438例患者進行TOP2A和HER2基因檢測，發現18%的患者有TOP2A基因改變（12%基因擴增，6%基因缺失），而且在TOP2A基因改變的患者中，CAF方案優于CMF方案，但對于TOP2A基因正常的患者，CAF方案較CMF方案化療并無優勢。另外，有研究[32-33]發現，在含蒽環類藥物的化療方案中，TOP2A擴增是不敏感的。但在這些出現陰性結果的研究中，患者是根據治療劑量來分組的，說明TOP2A不能從高劑量的蒽環類藥物方案中獲益，而在含蒽環與不含蒽環類藥物的化療方案中，TOP2A依然是一個有意義的預測因子。NEAT臨床試驗比較CMF的化療方案與表阿霉素序貫CMF這兩種輔助化療方案的療效，Bartlett等[34]對其中的1 625例患者檢測HER2和TOP2A基因狀態、Ki-67以及17號染色體多體性，試圖探討以上分子指標對蒽環類藥物敏感性的預測價值，結果發現，僅17號染色體多體性與蒽環類藥物治療之間存在相關性。
體外實驗[35-36]證實，蒽環類藥物的敏感性主要取決于培養細胞中TOP2A的表達水平，TOP2A基因擴增和（或）蛋白過表達可以使蒽環類藥物療效增加，反之抑制TOP2A低表達導致蒽環類藥物耐藥。這些研究引起人們對TOP2A的關注。
3.3 TOP2A與蒽環類藥物毒副作用的關系
蒽環類藥物是一類對造血系統和實體腫瘤[37]具有高效作用的抗癌藥物，在乳腺癌化療方案中更是至關重要的基礎藥物之一，無論在新輔助化療、輔助化療以及姑息治療中均具有突出的優勢[38-40]，而且在臨床化療方案中呈現出明顯的劑量-效應線性關系。但隨著劑量的增加，其骨髓抑制、心臟毒性、脫發等不良反應也愈加突出，尤其是心臟毒性的累積作用，限制了它的長期使用[41-42]。
4 小結
與HER2不一樣，TOP2A基因擴增與過表達表現出不一致性，它們是兩個不同的生物學行為，有可能代表不同分子亞型的特點。因蒽環類藥物能與DNA結合，主要通過抑制TOP2A使DNA-TOP2A復合物處于穩定狀態，促進DNA雙鏈斷裂，故TOP2A是蒽環類藥物治療的重要靶點之一。但蒽環類藥物可以通過多種機制誘導細胞的死亡，因此在乳腺癌中蒽環類藥物殺死腫瘤細胞的機制不一定只是通過抑制TOP2A，可能比預測的更為復雜。所以，只是通過觀察TOP2A來預測乳腺癌中蒽環類藥物的療效似乎比較局限，還需進一步研究探索。
乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，近年來其發病率呈迅速上升且伴有年輕化趨勢[1]旎防嘁┪鍤侵瘟迫橄侔┳鈑行У囊┪鎦唬蘼墼諶橄侔┬賂ㄖ瘟蘋故歉捶⒆平餼戎瘟蘋蛟縉諶橄侔┦鹺蟾ㄖ瘟浦卸季哂蟹淺Ｖ匾淖饔謾５怯捎讞旎防嘁┪锏母弊饔媒隙啵繞涫切腦嘍拘裕拗屏慫某て謔褂茫虼溯旎防嘁┪鋦鎏寤鬧瘟圃較怨丶Ｍ仄艘旃姑涪駻（topoisomeraseⅡA，TOP2A）作為蒽環類藥物的一個重要靶點，近年來，其與蒽環類藥物療效的爭議也越來越被人們所關注。
1 TOP2A的生物學特性及功能
拓撲異構酶（topoisomerase，TOP）是存在于細胞核內的一類蛋白質，廣泛存在于真核和原核生物體內的基本酶之一，為催化DNA拓撲學異構體相互轉變的酶之總稱，它能夠催化單鏈或雙鏈DNA中磷酸二酯鍵斷裂或結合，進而改變DNA的拓撲狀態[2]。依據TOP介導的是單鏈DNA還是雙鏈DNA的斷裂，DNA TOP可以分兩類：一類叫TOPⅠ，另一類叫TOPⅡ[3]。TOPⅠ催化DNA鏈的斷裂和重新連接，每次只作用于一條鏈，即催化瞬時的單鏈的斷裂和連接，它們不需要能量輔助因子如三磷酸腺苷（ATP）或煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）。TOPⅡ是基本的細胞酶，它的作用原理是剪切和打開一股DNA雙螺旋，然后改變打開的缺口大小，讓第二股DNA雙螺旋通過缺口。TOPⅡ依賴于ATP的結合和水解作用完成反應[2, 4-5]。不論是原核生物或是真核生物，所有的Ⅱ型DNA TOP都屬于同一家族。原核生物、細菌的TOPⅡ都是A2B2雜四聚體，而真核生物的TOPⅡ為二聚體，分別為兩個高度同源的A和B亞型[6]，但兩個亞型在細胞周期中的濃度是不一樣的[7-8]。TOP2A亞型，主要位于核基質中，參與DNA復制過程。TOP2A的表達依賴于細胞周期，在正常細胞中主要見于S期、G2期和M期，其濃度在G2/M期中增加2～3倍，在快速增殖細胞中增加的倍數比靜止細胞高。TOP2B亞型幾乎全部存在于核仁內，與DNA復制有關的染色體搭架的組成部分無關，而是與構成核仁所必需的成分與核糖體RNA轉錄有關，在細胞周期中沒有明顯改變[9-10]。由此推測，增殖細胞的一些相關功能可能與TOP2A有關，而與TOP2B關系不大。
2 蒽環類藥物簡介及作用機理
蒽環類藥物是由一個四環的發色團（糖苷配基）通過糖苷鍵與一個或多個糖或氨基糖連接而成不同的蒽環類物質，其配基或糖互有差異[11]。此類藥物的作用機制主要包括：①與DNA發生交叉聯結，部分斷開DNA的雙螺旋結構，抑制DNA的轉錄和復制；②自由基的生成，觸發脂質過氧化作用；③與金屬離子結合；④與細胞膜結合，引起細胞膜損傷；⑤抑制DNA TOPⅡ的活性，引起DNA斷裂[12]。
3 乳腺癌中TOP2A與蒽環類藥物的關系
3.1 TOP2A與HER2的關系
原癌基因c-erbB-2又稱HER2或neu，是生長因子受體家族成員之一，位于17號染色體q21區帶上，編碼分子量為185×103的跨膜糖蛋白p185，具有酪氨酸激酶活性，可促進細胞分裂和蛋白水解酶分泌，使DNA合成增加，癌細胞生長加快，細胞運動能力增強，促進腫瘤的侵襲和轉移[13-14]。TOP2A基因，約170 kb，與HER2基因共同位于17q21，是HER2的下游基因[15]。
HER2陽性是乳腺癌預后不良的獨立生物學指標，與乳腺癌組織學分級呈正相關，表達陽性率越高，預后越差[16-18]。多項研究[19-20]表明，在乳腺癌中HER2與TOP2A基因異常有一定的相關性，TOP2A基因異常分為擴增和缺失，主要見于HER2陽性乳腺癌患者。在HER2陽性乳腺癌患者中約30%～90%同時存在TOP2A基因異常，HER2陰性乳腺癌患者僅2.7%～8.8%有TOP2A基因異常[21]。當HER2基因在乳腺癌中過度表達時，通過多種途徑參與跨膜信號的傳導及促進細胞的增殖，這可能是TOP2A基因擴增的原因。大量臨床試驗[22-25]證明，對于HER2基因擴增陽性或蛋白過表達的乳腺癌患者能從蒽環類藥物中獲益，但是另外一些臨床試驗[26]卻出現了陰性結果。盡管如此，由于TOP2A基因也定位于17q染色體，并且與HER2基因相隔很近；而且TOP2A是蒽環類藥物的靶酶，因此推斷，根據TOP2A基因狀態來預測患者對含蒽環類藥物治療方案的療效可能更為準確。
3.2 乳腺癌中TOP2A與蒽環類藥物療效之間的關系
近年來，人們對TOP2A與蒽環類藥物療效之間的關系做了大量的研究。但是，在乳腺癌中TOP2A能否真的成為蒽環類藥物療效的預測因子，目前依然存在很大的爭議。
Press等[27]比較阿霉素＋環磷酰胺（AC）和表阿霉素＋環磷酰胺＋帕妥珠單抗（ACH）這兩種化療方案的療效，結果發現，TOP2A與HER2共同擴增的患者有相似的療效，但是并沒有發現TOP2A基因缺失時與療效之間的關系，提示TOP2A與HER2共同擴增能從蒽環類藥物治療方案中獲益。但是，從嚴格意義上說，同樣的結果也會出現在只含環磷酰胺的化療方案中。Knoop等[28]在比較環磷酰胺＋甲氨蝶呤＋5-氟尿嘧啶（CMF）和環磷酰胺＋表阿霉素＋5-氟尿嘧啶（CAF）這兩種化療方案療效的研究中發現，TOP2A擴增的患者在CAF方案中有更長的無復發生存期和總生存期。在以上這些研究中，TOP2A基因擴增對蒽環類藥物治療有很好的敏感性，而TOP2A過表達與蒽環類藥物敏感性無關，畢竟TOP2A基因擴增與TOP2A過表達是不同的生物學行為。有研究[29]發現，TOP2A基因擴增并不能引起TOP2A的過表達，TOP2A基因擴增和TOP2A過表達在乳腺癌中代表不同分子亞型的特點，如基底細胞型表現出TOP2A蛋白或mRNA的過表達，而非基底細胞型則表現TOP2A基因擴增的改變。而最近Di Leo等[30]比較CMF與蒽環類藥物為核心方案的meta分析認為，盡管TOP2A基因突變和HER2陽性的乳腺癌患者能從蒽環為核心方案中顯著獲益，但蒽環類藥物的使用不能僅僅只限用于TOP2A基因突變和HER2陽性的患者。換而言之，非TOP2A基因突變和HER2陽性的患者也能從蒽環類藥物中獲益。
不同的臨床試驗研究得出不同的結論。O’Malley等[31]對710例絕經前淋巴結陽性的乳腺癌患者進行隨機分組接受CMF或CAF化療，其中438例患者進行TOP2A和HER2基因檢測，發現18%的患者有TOP2A基因改變（12%基因擴增，6%基因缺失），而且在TOP2A基因改變的患者中，CAF方案優于CMF方案，但對于TOP2A基因正常的患者，CAF方案較CMF方案化療并無優勢。另外，有研究[32-33]發現，在含蒽環類藥物的化療方案中，TOP2A擴增是不敏感的。但在這些出現陰性結果的研究中，患者是根據治療劑量來分組的，說明TOP2A不能從高劑量的蒽環類藥物方案中獲益，而在含蒽環與不含蒽環類藥物的化療方案中，TOP2A依然是一個有意義的預測因子。NEAT臨床試驗比較CMF的化療方案與表阿霉素序貫CMF這兩種輔助化療方案的療效，Bartlett等[34]對其中的1 625例患者檢測HER2和TOP2A基因狀態、Ki-67以及17號染色體多體性，試圖探討以上分子指標對蒽環類藥物敏感性的預測價值，結果發現，僅17號染色體多體性與蒽環類藥物治療之間存在相關性。
體外實驗[35-36]證實，蒽環類藥物的敏感性主要取決于培養細胞中TOP2A的表達水平，TOP2A基因擴增和（或）蛋白過表達可以使蒽環類藥物療效增加，反之抑制TOP2A低表達導致蒽環類藥物耐藥。這些研究引起人們對TOP2A的關注。
3.3 TOP2A與蒽環類藥物毒副作用的關系
蒽環類藥物是一類對造血系統和實體腫瘤[37]具有高效作用的抗癌藥物，在乳腺癌化療方案中更是至關重要的基礎藥物之一，無論在新輔助化療、輔助化療以及姑息治療中均具有突出的優勢[38-40]，而且在臨床化療方案中呈現出明顯的劑量-效應線性關系。但隨著劑量的增加，其骨髓抑制、心臟毒性、脫發等不良反應也愈加突出，尤其是心臟毒性的累積作用，限制了它的長期使用[41-42]。
4 小結
與HER2不一樣，TOP2A基因擴增與過表達表現出不一致性，它們是兩個不同的生物學行為，有可能代表不同分子亞型的特點。因蒽環類藥物能與DNA結合，主要通過抑制TOP2A使DNA-TOP2A復合物處于穩定狀態，促進DNA雙鏈斷裂，故TOP2A是蒽環類藥物治療的重要靶點之一。但蒽環類藥物可以通過多種機制誘導細胞的死亡，因此在乳腺癌中蒽環類藥物殺死腫瘤細胞的機制不一定只是通過抑制TOP2A，可能比預測的更為復雜。所以，只是通過觀察TOP2A來預測乳腺癌中蒽環類藥物的療效似乎比較局限，還需進一步研究探索。