DNA 修复缺陷型的后果 The consequence of DNA repair deficiencies

张炜钰 邓建华

专业词汇专业词汇• Photosynthesis 光合作用• Ultraviolet 紫外线• Xeroderma pigmentosum 着色性干皮病• Nucleotide excision repair 核苷酸切除修复• Cockayne syndrome 科凯恩综合症• Neurological dysfunction 神经机能障碍• Demyelination 脱髓鞘• Transcription 转录• Nervous systerm 神经系统

Basal cell carcinoma 基底细胞癌Squamous cell carcinoma 鳞状细胞癌Malignant melanoma 恶性黑色素瘤Colon cancer 结肠癌Mismatch repair 错配修复Tumor 肿瘤Radon 氡Radioactive isotope 放射性同位素Disintegration of uranium 铀裂变

癌症能遗传吗癌症能遗传吗 ??• 人们普遍关心癌症是否遗传 ,通常会问：“如果

我父亲是因肺癌去世的，我会得肺癌吗？”可以回答说除非你长期严重吸烟，否则这种可能性很小。

• 癌症的发病是许多外因以及内因共同造成的。内因主要指遗传、精神及免疫三种因素。与内因相比，外因是主要的，如吸烟比不吸烟男性肺癌死亡率高 10倍（吸烟是外因）。然而吸烟者也不是人人患肺癌，人与人是不一样的，说明内因也起作用。

遗传有两种概念，一是生物遗传，二是细胞遗传。大家遗传有两种概念，一是生物遗传，二是细胞遗传。大家熟知的遗传概念是前者，指生物体的构造和生理机能由熟知的遗传概念是前者，指生物体的构造和生理机能由上代传给下代，“龙生龙，凤生凤”即是此意思。与肿上代传给下代，“龙生龙，凤生凤”即是此意思。与肿

瘤有关的遗传方式有瘤有关的遗传方式有 33 种：种：（ 1）遗传性肿瘤，在肿瘤中只占很少数（约 1

％～ 3％），如视网膜细胞瘤。（ 2）癌前病变的遗传，如家族性结肠息肉病，

如父母一方有此病，子女有 50％机会得病，此病极易发生癌变———结肠癌。应注意预防。

（ 3）癌症易感性的遗传，如着色性干皮病，患者缺乏某种 DNA切除修复酶 ，在日光照射下，容易发生皮肤癌。

xeroderma pigmentosum

着色性干皮病 (XP) 是一种常染色体隐性遗传病。患者皮肤对日光过度敏感，暴露部位的皮肤易发生色素沉着、萎缩、角化过度和癌变等。其病因是患者 DNA 切除修复酶系统的功能缺陷或降低。 50 ％以上的 XP 患者与 De Sacchione 综合症相关，此综合症包括：性发育不良，生长迟缓，伴智力障碍的神经异常，小头和感觉神经性耳聋，神经异常与尸体解剖中发现的中枢和外周神经系统过早神经原死亡有关。主要特征是皮肤光敏和早发性肉瘤，初期表现为皮肤病症状，如光敏、雀斑、角化、毛细血管扩张、皮肤癌 ( 黑素瘤、鳞状基底细胞瘤 ) 。神经系统症状包括精神发育迟滞、痴呆、周围神经病、共济失调、舞蹈手足徐动症、癫痫发作、痉挛性四肢瘫、耳聋、头及身材矮小和性腺发育不足等。皮肤损伤于婴儿期出现，神经系统症状在 30 岁以前逐步发展，患者在 11 ～ 20 岁时可因转移性肿瘤而死亡。病检可见大脑、小脑、脑干神经元变性缺失。病检基因 XP 分7 个互补组 (A-G) ， 6 个已被克隆，即 XPA 、 ERCC-3 、 XPC 、 ERCC-2 、 ERCC-4 、 ERCC-5 。

致病机理致病机理

紫外线主要作用在 DNA 上 , 因为用波长为 260nm 紫外线照射细菌时 , 杀菌率和诱变率都最强 ,而这个波长恰好是 DNA 的吸收峰 . 分析紫外线照射后 DNA, 发现有几个变化 , 其中最明显的变化是 , 同一链上的两个邻接嘧啶核苷酸的共价联结形成嘧啶二聚体。胸腺嘧啶二聚体 (TT ) 此外还有胞嘧啶二聚体 (CC ）以及胸腺嘧啶和胞嘧啶二聚体（ CT ）。

这些嘧啶二聚体使双螺旋的两链的键减弱，使DNA 结构局部变形，严重影响照射后 DNA 的复制和转录。含有嘧啶二聚体的 DNA 的链接，使它不能作为 DNA 复制的样板，新合成的链在二聚体的对面和两旁留下了缺口。

转录水平上的 DNA 修复需要转录因子 TFⅡH负责。

人类 xPB和 xPD编码 TFⅡH。 XP突变为 XPB或 XPD → 制造出有缺陷

的、不能在通常情况下进行转录或 DNA修复的转录因子 TFⅡH → 致病

病例：病例：

姐弟二人同患着色性干皮病姐弟二人同患着色性干皮病伴先天性心脏病伴先天性心脏病

例 1　女， 10 岁，出生后 4 个月全身皮肤干燥， 8 ～ 9 个月时面部出现棕褐色斑点，渐双手、颈部亦出现类似皮疹且部分呈片状，日晒后皮疹加重，冬轻夏重，两年后皮疹固定不变，数量增加，微高出皮面， 3 岁时斑片皮疹间发出淡红色点状斑及疣状皮疹并反复出现大小不等之水疱，破溃、糜烂、结痂，脱痂后形成溃疡、瘢痕，反复不愈。患儿出生数月出现进行性紫绀、呼吸困难，尤以哭闹时加重。随年龄增长，活动后症状明显加重。患儿为足月顺产，其父母系姨表兄妹婚配，其弟患类似疾病已 5年。体检：发育不良，营养欠佳；巩膜轻度黄染；咽充血，口腔粘膜及舌面散在分布白色萎缩点，扁桃体Ⅱ度肿大；甲状腺居中、不大；前胸隆起，扪之有震颤，心界向左下扩大，胸骨左缘 2 、 3肋间， 3 、 4肋间可闻及Ⅳ级收缩期杂音；肝于剑下 6cm ，右肋下 3cm 可扪及，质韧，轻压痛；脊柱、四肢无异常。皮肤科情况：全身皮肤干燥，面、颈、双手弥漫性分布棕褐色、大小不一的雀斑，部分融合成片，斑片间可见毛细血管扩张及散在的小血管瘤及疣状角化皮疹，间以白色萎缩点、散在分布豆粒大小的水疱、糜烂、渗出、结痂、挛缩性瘢痕、双眼睑可见畸形性瘢痕所致睑外翻，躯干、四肢均可见广泛分布的棕褐色斑点、斑片及白色萎缩点，毛发、指甲无异常。

实验室检查：血红蛋白实验室检查：血红蛋白 125g/L125g/L ，红细胞，红细胞 5.35×1012/L5.35×1012/L 、、白细胞白细胞 11.4×109/L11.4×109/L 、中性粒细胞、中性粒细胞 0.70.7 、淋巴细胞、淋巴细胞 0.280.28 、、单核细胞单核细胞 0.020.02；尿：蛋白；尿：蛋白 ((＋＋ )) 、白细胞、白细胞 (++)/(++)/ 高倍、红高倍、红细胞细胞 ((＋＋ )/)/ 高倍、管型高倍、管型 00 ～～ 3/3/ 低倍、血尿素氮低倍、血尿素氮 8.5mmol/8.5mmol/LL；肝功能：；肝功能： ALT32UALT32U 、、 TTT 12UTTT 12U；； XX 线检查：右心室线检查：右心室增大，肺动脉总干凹入；心电图：心电轴右偏，增大，肺动脉总干凹入；心电图：心电轴右偏， RR波明波明显增高、显增高、 TT波倒置，右心室肥大劳损；右心导管检查：心波倒置，右心室肥大劳损；右心导管检查：心导管由右心室直接进入主动脉；病理组织学检查：表皮细导管由右心室直接进入主动脉；病理组织学检查：表皮细胞排列紊乱、角化过度，部分表皮萎缩，部分表皮向下生胞排列紊乱、角化过度，部分表皮萎缩，部分表皮向下生长，真皮上部炎性细胞浸润，可见胶原纤维嗜碱性变，基长，真皮上部炎性细胞浸润，可见胶原纤维嗜碱性变，基

底细胞层黑素不规则聚集。底细胞层黑素不规则聚集。

• 诊断：着色性干皮病伴法鲁四联症。

例例 22　男，　男， 66 岁，例岁，例 11之弟，病史及体征基本同其姐。之弟，病史及体征基本同其姐。病理组织学诊断为着色性干皮病。病理组织学诊断为着色性干皮病。 XX 线检查：肺野充血、线检查：肺野充血、肺动脉总干弧见明显凸出，肺门血管搏动强烈，右心房、肺动脉总干弧见明显凸出，肺门血管搏动强烈，右心房、右心室扩大，主动脉弓影缩小；心电图：不全型右束支右心室扩大，主动脉弓影缩小；心电图：不全型右束支传导阻滞，传导阻滞， PP波增高，心电轴右移，波增高，心电轴右移， PRPR间期延长；心间期延长；心导管检查：发现心导管由右心房直接进入左心房。右心导管检查：发现心导管由右心房直接进入左心房。右心房、右心室及肺动脉的血氧含量高出腔静脉氧含量房、右心室及肺动脉的血氧含量高出腔静脉氧含量 2.22.2容容

积％。积％。

• 诊断：着色性干皮病并房间隔缺损。

随访：随访：两患儿自就诊后即给予二氧化钛霜外用，口服维生素两患儿自就诊后即给予二氧化钛霜外用，口服维生素 EE

等药物治疗未见好转。两年后例等药物治疗未见好转。两年后例 11 于下颌处、于下颌处、 33年后例年后例 22于左侧面颊部分别发出边界不清疣状损害，表面呈菜花于左侧面颊部分别发出边界不清疣状损害，表面呈菜花状增生，部分溃疡面，基底部明显浸润，触之坚实感。状增生，部分溃疡面，基底部明显浸润，触之坚实感。病理组织检查：镜下所见：弥漫性分布不规则的团块状、病理组织检查：镜下所见：弥漫性分布不规则的团块状、条索状异形鳞状细胞，胞核染色深，无细胞间桥，核分条索状异形鳞状细胞，胞核染色深，无细胞间桥，核分

裂像多，无明显角化情况。裂像多，无明显角化情况。

• 诊断：• 鳞状细胞癌。• 姐弟分别于 1 、 2年后鳞癌转移而死亡。

一个真实的故事：一个真实的故事：

月亮的女儿月亮的女儿

Darkly pigmented regions of the skin are evident in this boy with xeroderma pigmentosum. The area of skin below the chin, which is protected from the sun, is relatively devoid of the lesions.

XPXP 的延伸的延伸

• 患有 XP的病人并不仅仅是不能曝晒在太阳下的问题。 DNA的改变导致了细胞的恶性突变（基因组有记忆功能，当突变到一定程度就会达到癌变水平）。这样修正 UV诱导损伤失败的一个结果就是会有患上癌症的危险。

• 美国在一年内大约有 60万人患上一到三种皮肤病，大部分原因都是过度曝晒 在太阳的照射之下。

基底癌细胞、鳞状癌细胞： 常见，来自皮肤上皮细胞，不易扩散、易切除。 黑色素瘤： 来自表皮色素细胞，

在美国过去十年患有黑色素瘤的病人正以每年 4 ％的速度 增加。 已有研究证明，一个最大最为重要的发展为黑色素瘤的原因是一个孩子或是成人暴露在恶毒的太阳下灼烧。

潜在杀手

目前：目前：• 北大医院采用DNA

检测技术遗传性皮肤病可以产前诊断• 欧洲航天局运用太空技术 造福“着色性干皮病”患儿 •酵母和人类基因组研究相互促进•法国培养成功易发生癌变的皮肤

北大医院采用北大医院采用 DNADNA检测技术检测技术遗传性皮肤病可以产前诊断遗传性皮肤病可以产前诊断

• 近两年来，在杨勇博士主持下，他们对一种常染色体隐性遗传性皮肤病 A型着色性干皮病进行了系统研究。病人表现为皮肤对紫外线极为敏感，易出现光损伤和日光引发的皮肤癌变。通过 PCR－ DNA测序、限制性片段长度多态性分析等分子生物学方法，他们在国内首次确定了一个 A型着色性干皮病家系中的基因突变位点。在已生育了一个患病孩子的母亲再次怀孕时，课题组根据已发现的基因突变位点对胎儿羊水 DNA进行基因诊断，确定胎儿没有患病。孕妇已足月分娩出一个正常的女婴，表明产前诊断获得圆满成功。

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欧洲航天局用太空技术造福“着色性干皮病”患欧洲航天局用太空技术造福“着色性干皮病”患儿儿

• 英国和法国的两位着色性干皮病患儿穿了欧洲航天局为他们定做的连体防护服，这种防护服可使他们在户外不被紫外线灼伤。利用太空技术帮助这样的疑难病患儿已经成为欧洲航天局“太空技术转民用计划”的重要内容。

为了体现太空技术造福人类的宗旨， 2002年，航天局将“帮助着色性干皮病患儿”项目列入了他们的“太空技术转民用计划”，并以此展示太空技术民用化的成果。该计划负责人皮埃尔 ·布里松介绍说：“我们把患儿的家长、医学专家以及欧洲航天局下属的两家民用技术公司召集起来，成立了课题小组。经过不到一年时间的研制，用于防紫外线照射的连体服样品已经生产出来了。”

防护服由保护脸部的头盔和保护身体的连体服组成。其中制造头盔的过程中使用了制造宇航员头盔中的先进技术。新头盔使用聚碳酸酯材料，头盔上配有摄像头。这种新式头盔顺利通过了紫外线照射测试。连体服则使用了太空飞船表面使用的防辐射涂料，以保证紫外线不能穿透连体服。为了让患儿在夏天穿着防护服时不会感到闷热，防护服内还专门嵌入了一种太空冷却系统。 阿列克斯和一个法国患儿刚刚成为第一批长期试用这种防护服装样品的儿童，两个孩子在第一次穿上这种衣服后就喜欢上了它。预计，经过改进后的连体防护服将于 2004年正式投产，并分发给欧洲所有着色性干皮病患儿。

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酵母和人类基因组研究相互促进酵母和人类基因组研究相互促进• 早在 1970年 Cleaver等就曾报道，着色性干皮病和紫外线敏感的酵母突变体都与缺乏核苷酸切除修复途径 (nucleotide excision repair， NER) 有关。

• 1985年，第一个 NER途径相关基因被测序并证实是酵母的 RAD3基因。

• 1987年， Sung 首次报道酵母 Rad3p能修复真核细胞中 DNA 解旋酶活力的缺陷。

• 1990年，人们克隆了着色性干皮病相关基因 xPD，发现它与酵母NER途径的 RAD3 基因有极高的同源性。随后发现所有人类 NER的基因都能在酵母中找到对应的同源基因。

• 重大突破来源于 1993年，发现人类 xPBp和 xPDp都是转录机制中 RNA聚合酶Ⅱ的 TFⅡH复合物的基本组分。于是人们猜测 xPBp和 xPDp在酵母中的同源基因 (RAD3 和 RAD25) 也应该具有相似的功能，依此线索很快获得了满意的结果并证实了当初的猜测。

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法国培养成功易发生癌变的皮肤法国培养成功易发生癌变的皮肤

• 法国国家科学研究中心和欧莱雅集团皮肤专家联合发明了一种培植皮肤的新技术，并成功培养出容易发生癌变的人类皮肤。据称，这项成果将有助于皮肤癌的预防和治疗。

• 这项研究是在法国国家科学研究中心癌症与遗传研究实验室蒂埃里·马纳尔多和阿兰·萨拉赞两位专家的带领下完成的。研究人员从患有着色性干皮病患者的身体上取下小块皮肤，然后利用他们新发明的皮肤培植技术，成功地在试管中培养出在紫外线照射下容易发生癌变的皮肤。

• 法国专家说，对紫外线特别敏感并容易发生癌变皮肤的培植成功为科学界从细胞学和分子学角度研究皮肤癌的早期发病机制提供了新的手段，它不但有助于着色性干皮病患者皮肤癌的预防和治疗，而且有助于正常人群的皮肤保护。

侏儒－视网膜萎缩－耳聋综合症

常染色体隐性遗传

CS就是一种遗传性的，对光极度敏感，由于神经元上的脱髓鞘引起的神经功能障碍。是一种多系统疾病，伴有严重的生长迟缓，进行性着色性视网膜病，视盘萎缩、白内障和特殊面容（大而深陷的眼睛，颞部尖瘦，鼻窄而突出）。 所有 CS患者都有神经系统的异常，包括神经运动性发育迟缓、智力障碍、小头、痉挛、运动失调和感觉神经性耳聋。

致病机理致病机理

CS突变为 CSA或 CSB → 制造出有缺陷的、不能在通常情况下进行转录或 DNA 修复的转录因子 TFⅡH → 致病

CS同样是核苷酸切除修复缺陷的结果。

虽然 CS和 XP的致病机理相似，但 CS并不会增加患上皮肤癌的几率。

提问：癌易感性是由核苷酸修复缺陷引起的么？

• 一个范例是 DNA损伤导致突变，如果突变发生在调节细胞繁殖增生的基因内，那么此突变就会导致癌症的发生。

• 推测：也许 XP与癌发生有关是因为 XP基因具有抑制癌发生的功能，而 CS不发生为皮肤癌是因为 CS基因具有导致癌发生的功能。