第十节　核糖核苷酸还原酶

核糖核苷酸还原酶，在所有的分裂细胞中组成性表达，通过还原反应负责核糖核苷酸转换成脱氧核糖核苷酸，这是从头脱氧核糖核苷三磷酸（dNTP）生物合成的限速步骤。核糖核苷酸还原酶由两个亚基组成，称为的R1和R2，每个在核苷酸合成中具有特定功能。R1亚基由RRM1基因编码，两个密切相关的R2亚基分别由RRM2和RRM2B（p53R2）基因编码。较大的R1亚基为催化和调节位点，而较小的R2亚基包含两铁部分用于自由基的生成，重要的减少核糖羟基。p53R2基因通过p53的表达诱导，这发生在DNA损伤的情况下，因此，p53R2是p53调节DNA修复的重要介质。作为dNTP合成的限速步骤，核糖核苷酸还原酶活性的最终决定四种dNTPs细胞内的相对浓度，这是通过在R1亚基特异性位点控制的。因此，在DNA复制时，当核苷酸浓度异常，鉴于碱基误插率较高和较低的校对活性，核苷酸还原酶是保持复制的保真度的关键。这表明核糖核苷酸还原酶的过表达可能会导致异常的核苷酸的浓度，导致突变，可能发生在生长调节基因突变。

RRM1（作为肿瘤抑制基因）过表达被证明减少肺癌的化学致癌作用，预防肺癌转移。相反，RRM2或p53R2的过表达导致在培养的细胞和小鼠肺肿瘤的发生发展中突变率增加。RRM2的过表达尤其与肿瘤大小，肿瘤的多样性和病理晚期肿瘤有关。Xu等的研究显示在RRM2或p53R2过表达的转基因小鼠肺肿瘤发病率较高，伴随着在一些肿瘤中一个特定激活的K-RAS基因突变（12密码子G到T颠换），这未见于肿瘤对照组小鼠和过度表达RRM1转基因小鼠。与RRM1过表达或在野生型小鼠的自发发展相比，这表明在RRM2或p53R2过表达的背景下，在肿瘤中有不同的突变和致癌机制出现。自由基，RRM2活性的正常产物，在过度表达这些蛋白的肿瘤小鼠可能有助于形成G到T颠换。p53R2，另一方面，具有抗氧化活性，也可能可以预防的恶性肿瘤。事实上，已证明p53R2结合MAPK/ERK激酶2（MAPK/ERK kinase2，MEK1和MEK2），防止磷酸化细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2），同样地，其下游的效应细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2），从而抑制肿瘤细胞的转化和侵袭（考虑到ERK1/2激活细胞运动和破坏粘连）。

在大约40%的非小细胞肺癌表达RRM1，RRM1的mRNA表达水平与年龄、性别、表现状态或分期无相关性，虽然RRM1表达水平与ERCC1蛋白表达显著相关。吉西他滨是一种抗肿瘤化疗药物，可以竞争性抑制DNA聚合酶和核糖核苷酸还原酶，从而防止DNA合成和细胞分裂。高水平的RRM1表达克服吉西他滨的抗代谢作用，因此，可作为吉西他滨耐药的预测标志物。相反，顺铂联合吉西他滨治疗后，低表达与更好的生存相关。事实上，吉西他滨治疗局部晚期或转移性非小细胞肺癌中，免疫组织化学检测RRM1高表达已与较短的整体和无进展生存以及较低的疾病控制相关。与此形成对比的是，高RRM1表达对早期非小细胞肺癌根治术后生存的延长作用，推测是其修复DNA损伤和防止复发的能力。Bepler等在2006年表明非小细胞肺癌吉西他滨联合铂类联合治疗的抵抗和RRM1表达之间存在正相关关系。由于RRM1和ERCC1的表达相关，值得一提的是，ERCC1和化疗方案抵抗之间的关系是相似，虽然程度较小。Bepler等证实了前人的研究成果，反应于吉西他滨的肿瘤收缩率与RRM1表达显著负相关。Rosell等的研究中高RRM1表达与吉西他滨/顺铂联合治疗患者的生存差相关，但当长春瑞滨被添加到这个组合，不显著影响生存期。因此，吉西他滨/顺铂组合可用于RRM1表达水平低的患者，而当RRM1表达水平高时，需要加入长春瑞滨。

许多其他的研究已经发现RRM1表达和反应或生存之间显著的关系，但这并不是一个独立的分子预测或预后因素。Wang等，发现RRM1的表达与肿瘤反应不佳相关，但这不是一个独立的预测因子。顺铂/吉西他滨治疗的患者，与高RRM1的表达相比，低RRM1的表达具有更长的中位生存时间，虽然RRM1表达在这项研究中不是一个独立的预后因子。其他研究还没有证实RRM1表达水平和顺铂、卡铂或吉西他滨反应性之间的关系。Souglakos等发现在肺腺癌RRM2表达是反应于多西他赛/吉西他滨的一个独立预测因素，但RRM1没有预测和预后价值。总的来说，支持RRM1表达水平的分子预测价值。

Bepler和同事们广泛地研究核糖核苷酸还原酶RRM1组件（位于染色体11p15.5）作为非小细胞肺癌的分子预测和预后标志物的使用。鉴于RRM1的肿瘤抑制活性，11p15.5杂合性丢失（非小细胞肺癌常见）如何有助于癌症的发生和生存变得清晰。果然，非小细胞肺癌患者只有RRM1基因的一个拷贝（而不是两个）具有较短的生存期。

除了上述RRM1的合成功能，有人提出RRM1可以通过诱导的PTEN表达抑制细胞迁移、侵袭、转移。Bepler等在2004年研究中发现在手术切除的非小细胞肺癌中高RRM1表达与较好的整体和无病生存期密切相关。他们得出结论改善生存期的机制是RRM1作为诱导者，协同于PTEN，一个已知的肿瘤抑制基因。因此，在可切除的非小细胞肺癌中高水平的RRM1和PTEN可以传达一个更有利的结果。

Zheng等于2007年检测187例手术切除Ⅰ期非小细胞肺癌肿瘤标本。他们定量检测RRM1、PTEN和ERCC1水平，发现RRM1或ERCC1高表达患者中位无病生存期和总生存期均明显延长。RRM1和ERCC1的表达是相关的，与只有一个高表达或两个均不表达的患者相比，这两种蛋白高表达的患者有显著较长的中位总体和无病生存期。注意，这项研究中RRM1和PTEN蛋白表达缺乏相关性。

目前，已有研究探讨对蛋白质表达水平有影响的、具有预测或预后意义的ERCC1单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）的检测是否可替代ERCC1表达水平检测。在一项研究中，虽然RRM1的mRNA表达水平或RRM1多态性与吉西他滨反应性没有关系，一个位于启动子区域内（C37A）的SNP是联系于吉西他滨治疗后显著延长的无进展生存期。高RRM1表达水平曾与这个特定的单核苷酸多态性相关。高吉西他滨反应性已与RR37ACRR524CT等位基因型（29.9%的病例中发现的）相关，这已被证明与体外低RRM1表达有关。以铂类为基础的化疗方案，（-）524CT等位基因联系于高反应性。这一发现可能与RRM1表达水平相关。在可切除的非小细胞肺癌患者，等位基因联系于高启动子活性、RRM1表达水平（RR37CC-RR524TT）与最长的无病生存期和总生存期相关。虽然这些结果表明RRM1基因型可能有预后预测价值，但上述SNP似乎不在体内与RRM1表达水平密切相关。

RRM1催化速率在核苷酸合成的限速步骤（其在非小细胞肺癌的活性高）被抗代谢药物吉西他滨竞争性抑制。竞争性抑制是通过增加RRM1水平而克服（见于40%的非小细胞肺癌），这可能与RRM1基因多态性有关。研究表明，高水平的非小细胞肺癌RRM1对吉西他滨反应不佳。RRM1是诱导肿瘤抑制基因PTEN的表达，在手术切除的非小细胞肺癌高水平RRM1相关于较好的生存期。RRM1和ERCC1的表达是相关的，高RRM1（ERCC1）水平的非小细胞肺癌对吉西他滨和顺铂联合治疗反应不佳。在至少一个研究中，添加长春瑞滨于吉西他滨和顺铂组合消除高RRM1水平与肿瘤反应不良的相关性是有希望的。