介绍
尽管在治疗和诊断领域取得了巨大进展，但癌症仍是全球第二大死亡原因[1]. 死亡主要是由于早期检测失败[2]. 已经证实，早期癌症诊断对治疗效果有关键影响[三]，并且它在所有癌症类型中的相关性都得到了强调[4——8].
目前可用的诊断策略可分为两大类；医学成像和生物标记物分析，以及临床检查以确定临床图像。确认癌症诊断的金标准方法包括侵入性活检[9].
然而，缺乏敏感性和/或特异性仍是成像方式中的一个问题[9——12]. 此外，关于生物标记物，大量有希望的生物分子被建议用于早期检测[2]. 然而，一小部分已被批准用于临床常规[13,三]. 此外，单独使用时，似乎没有生物标记物在临床上提供足够的诊断能力[2].
因此，越来越需要识别生物标记物以进行早期检测[三]. 此外，还需要具有宽动态范围的平台，能够以皮摩尔和飞秒级的低尺度捕获细微的生物分子变化[2,三,10,14].
核酸酶是一类生物分子，作为有希望的癌症生物标记物而引起研究兴趣。从分子角度来看，核酸酶是一组通过水解核糖部分之间的磷酸二酯键来降解核酸的酶。根据底物的偏好，这些酶可以被广泛分类为分别催化DNA和RNA裂解的DNA酶和RNase[15].
研究与癌症相关的核酸酶的变化可以通过这些酶参与多种基本功能来激发。例如，核酸酶有助于细胞凋亡[16]对细菌和病毒病原体的先天免疫[17]. 同样重要的是，他们是DNA复制和翻译的关键角色，是基因内容的守护者[18——23]. 因此，一些研究质疑核酸酶作为癌症生物标记物的潜在作用也就不足为奇了。
在这篇综述中，我们介绍了在几种癌症类型中被报道为有希望的生物标记物的核酸酶。此外，我们还阐明了癌症相关核酸酶活性作为一种新型癌症生物标记物的用途，这有望在临床实践中转化为无创诊断方法。
癌症中的核酸酶
核酸酶在细胞内和细胞外表达并具有酶活性[15]. 这种丰富的可用性与它们的催化酶活性相混淆，使核酸酶成为诊断靶点，通过将核酸酶纳入适当的检测系统，可以在分子和功能水平上进行开发。如下所示，大多数研究侧重于利用免疫组织化学（IHC）、酶联免疫吸附试验（ELISA）和聚合酶链反应（PCR）等技术，研究不同细胞对应物在蛋白质和/或RNA水平上核酸酶表达的变化。然而，由于缺乏特定检测工具和方法，关于利用核酸酶的催化活性进行癌症诊断的报道并不多。尽管如此，最近研究的令人鼓舞的结果可能意味着这方面的变化。图提供了癌症中细胞内、细胞膜和细胞外核酸酶的示意图，强调了利用核酸活化探针作为底物靶向这些酶的催化功能作为生物标记物的可能性。
癌症相关核酸酶和核酸酶活性：核酸酶在癌细胞的细胞内、细胞外或细胞膜上表达。癌症核酸酶的催化活性可用于以可激活核酸探针为底物的癌症检测
除了DNA酶、核糖核酸酶或糖的非特异性外，核酸酶还可以根据其催化活性的特点分为几类。例如，核酸内切酶在核酸内裂解，而核酸外切酶在5′端或3′端裂解。核酸酶活性可以是金属离子依赖的，也可以是独立的。核酸酶也可以表现出对单链或双链核酸的裂解偏好。一些核酸酶具有结构特异性或序列特异性[15]. 在这篇综述中，我们通过核酸酶被描述为生物标记物的器官描述了癌症相关核酸酶。在图中每个核酸酶都被赋予一种特定的颜色，放置在人体器官中，核酸酶分别参与癌症诊断。
核酸酶和癌症类型：每种核酸酶都有特定的颜色，与报道的癌症类型相关。癌症类型在人体轮廓中有表示和指示
在全球范围内，本节重点关注被频繁报道为与几种癌症类型相关的潜在生物标记物的核酸酶及其生理作用（表).
表1
| 核酸酶的名称和类型 | 癌症类型 | 核酸酶改变 | 工具书类 |
|---|
FEN1型 DNase/RNase、核酸内切酶、核酸外切酶 | 子宫癌、结肠癌、肺癌和肾癌 | mRNA过度表达 | [24] |
| 乳房，胃 | mRNA和蛋白质的过度表达 | [24,25] |
APE1接口 DNA酶，核酸内切酶 | 非小细胞肺癌 | 蛋白质水平的高表达，癌症和良性肿瘤亚细胞表达模式的差异 | [26,27] |
| 肺癌 | 低酶活性与高风险相关 | [20] |
| 卵巢的 | 染色局限于健康组织的细胞核，在癌组织中检测到核和细胞质表达 | [28] |
| 胃的 | 癌组织中核染色比细胞质染色更普遍 血清蛋白升高与淋巴结转移 | [29,30] |
| 胃食管的 | 过度表达 | [29] |
| 乳房 | 过度表达 SNP变体Asp148Glu与癌症易感性增加相关 | [29,31,32] |
| 胰-髂 | 过度表达、胞浆阴性表达和核APE1表达与肿瘤分化不良、大分期和血管浸润相关 | [29] |
| 前列腺癌与前列腺上皮内瘤变 | 细胞质和细胞核表达增加 | [33] |
| 人肝细胞癌 | 上调，血清水平升高 | [34,35] |
| 膀胱 | 血清浓度升高 | [36] |
| 结直肠的 | 与非干细胞相比，干细胞表现出更高的表达 Asp148Glu和hOGG1 Ser326Cys多态性与CRC患者与健康受试者相比风险增加、多态性检测频率更高相关 | [37,38] |
| 头部和颈部 | 核表达缺失与预后及治疗反应的相关性 | [39] |
| 黑色素瘤 | mRNA水平的高表达与低生存率相关 | [40] |
XPF/XPG公司 DNA酶，核酸内切酶 | 肺、宫颈和卵巢 | ERCC1过度表达与铂类化疗反应不佳相关 RNA水平XPG高表达相关的卵巢癌总体生存率低 | [21,41] |
| 非小细胞肺癌 | 与肿瘤样本阴性染色相关的治疗反应改善 | [42] |
| 黑色素瘤 | ERCC1缺乏与顺铂治疗反应改善相关 | [43] |
| 胃的 | 与ERCC1蛋白升高相关的治疗反应和生存率改善 XPG的高表达 | [21,44] |
| 结直肠的 | 与肿瘤中ERCC1-mRNA低表达相关的生存率提高 | [45] |
| 骨肉瘤 | XPF和XPG敲除细胞系中以铂为基础的治疗反应的改善 | [46] |
MRN综合体 DNA酶、核酸内切酶/核酸外切酶 | 乳房 | 乳腺癌组织中的表达缺失 | [47] |
| 结直肠 | MRE11突变导致MRE11表达减少和MRN复合体功能受损 | [48] |
| 子宫内膜 | MRE11表达缺失，MRE11缺失与复合物其他成分的缺失相关MRE11型导致MRE11表达减少，MRN复合体功能受损 | [48,49] |
| 膀胱 | MRE11的高表达与生存率的提高相关 | [50] |
| 高水平微卫星不稳定性胃癌 | MRE11内含子poly（T）11重复序列的突变 | [51] |
TREX2系列 DNA酶，核酸外切酶 | 皮肤癌变 | 敲除鼠标模型 | [52] |
| 合同专用条款 | 放松管制的表达 |
| HNSCC公司 | R156L变异体的表达被解除，dsDNase的相对活性降低 |
序号1 核糖核酸酶，核酸内切酶 | 人肝细胞癌 | 过度表达增加血管生成 | [53,54] |
| 乳腺癌 | mRNA过度表达与生存率降低相关 | [55] |
| 前列腺癌 | 蛋白和mRNA的过度表达与肿瘤分级呈正相关 | [56] |
| 结肠癌 | mRNA过度表达 | [57] |
胰脱氧核糖核酸酶 内切酶 | 胃癌、结直肠癌 | DNaseI表型2的高频率 | [58,59] |
核糖核酸酶 内切酶 | 前列腺癌 | RNaseL突变 | [60,61] |
| 变体的酶活性降低 | [62] |
| 子宫颈、HNSCC与乳腺癌 | 癌症风险增加与RNaseL SNP rs3738579的相关性 | [63] |
RNaseI（核糖核酸酶I） 内切酶 | 胰腺癌 | 健康人和癌症患者糖基化的差异 | [64,65] |
| 血清核糖核酸酶活性 | 胰腺癌 | 血清核糖核酸酶活性升高 | [66] |
此外，在这篇综述中，我们提供了用于检测本节讨论的核酸酶或核酸酶活性的分析方法的完整文献综述（表).
表2
| 核酸酶 | 检测方法 | 参考 |
|---|
| FEN1型 | 癌症轮廓阵列I | [24] |
| 国际控股公司 | [24,25] |
| 半定量逆转录-PCR | [25] |
| APE1接口 | 国际控股公司 | [26——29,33,39] |
| 基于放射性或荧光的核酸酶活性测定 | [20] |
| 酶联免疫吸附试验 | [30,34,36] |
| 同位素稀释液相色谱和串联质谱 | [31] |
| 基因分型分析与电子预测 | [32] |
| RT-qPCR | [35] |
| 定量PCR | [37] |
| 聚合酶链反应 | [38] |
| RFLP公司 | [38] |
| 使用Illumina DASL方法研究黑色素瘤的全基因组基因表达 | [40] |
| XPF/XPG公司 | 国际控股公司 | [21,42,44] |
| RT-qPCR | [45] |
| MRN综合体 | 国际控股公司 | [47——50] |
| 聚合酶链反应 | [48,49,51] |
| 蝶呤2 | 敲除小鼠模型、IHC、ssDNA和dsDNA降解分析 | [52] |
| 序号1 | 国际控股公司 | [53,56] |
| 鸡胚绒毛尿囊膜试验、人脐静脉内皮细胞分化试验 | [54] |
| RT-qPCR | [57] |
| 胰脱氧核糖核酸酶 | 对参与者的尿液样本进行表型分析，使用薄聚丙烯酰胺凝胶电泳，然后用抗人DNaseI抗体进行免疫印迹 | [58,59] |
| RNaseL（RNaseL） | 基因测序、5′核酸酶TaqMan®等位基因鉴别分析、PCR和WAVE DHPLC基因分型 | [60,61] |
| 以rRNA为底物的酶法测定 | [62] |
| 肿瘤DNA分析及患者体细胞组织基因分型 | [63] |
| RNaseI（核糖核酸酶I） | WB、ELISA和免疫沉淀 | [64,65] |
| 血清核糖核酸酶活性 | 用两种底物测定血清核糖核酸酶活性：t-RNA（t）大肠杆菌MRE 600和合成多肽酸（poly-C）。血清核糖核酸酶活性（SRA）升高是以牛胰腺中的牛血清RNaseA的数量（单位：ngeq/ml）表示的，其产生相同的消光系数。在260nm波长。 | [66] |
考虑到核酸酶的广泛多样性，并且针对每种癌症类型报告了不止一种核酸酶，并使用不同的分析方法检测一种或多种癌症类型中的同一核酸酶，本节逐一介绍了已被报告为癌症生物标记物的核酸酶。
FEN1型
皮瓣内切酶1（FEN1）是一种多功能酶，具有3种不同的活性：gap依赖性内切酶、外切酶和5′-瓣内切酶，后者占主导地位。因此，FEN1可以被确定为基因组稳定性的关键调节器，因为它在DNA修复中的作用是在长斑片基底切除修复（BER）过程中去除5′-瓣，并通过参与冈崎片段的成熟进行DNA复制[19]. 根据癌症基因组图谱（TCGA）数据库，FEN1的过度表达与多种癌症相关，包括胃癌、乳腺癌、前列腺癌、肺癌、胰腺癌和脑癌。有关乳腺癌的数据显示FEN1表达增加与恶性程度相关[19].
这一发现与使用癌症轮廓阵列I对各种人类肿瘤中FEN1表达进行的综合评估结果相一致，该阵列包括配对样本肿瘤和相应正常组织的标准化cDNA。与匹配的正常组织相比，FEN1-mRNA在大量肿瘤中的表达更高，包括乳腺癌、子宫癌、胃癌、结肠癌、肺癌和肾癌。在所有类型中，FEN1-mRNA在乳腺癌样本中的表达最高。同样，对乳腺癌样本中FEN1蛋白表达的IHC分析显示，这些样本中的FEN1蛋白高表达，并且发现表达与增加的相对癌症风险呈正相关。FEN1启动子内胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤（CpG）岛的低甲基化被证明是肿瘤中FEN1异常表达的潜在机制。因此，FEN1的过度表达和FEN1启动子的低甲基化被认为是癌症中有前景的生物标志物[24]. 此外，Wang和Xie提出了FEN1作为诊断生物标志物的作用。在他们的研究中，使用半定量逆转录-PCR和IHC对胃癌和相应正常组织的配对样本进行FEN1-mRNA和蛋白表达分析，结果表明FEN1在胃癌中过度表达。FEN1蛋白水平的高表达与肿瘤大小和TNM分期呈正相关[25].
He等人在乳腺癌肿瘤标本上应用Western Blot（WB）和IHC染色证明，与来自相同患者的相邻健康组织相比，FEN1在乳腺癌中过度表达。使用WB，与健康乳腺细胞系MCF10A相比，FEN1在乳腺癌细胞系MDA-MB-231、MCF7和MDA-MB-435中过度表达[19]. 抑制MCF7细胞株中的FEN1导致细胞生长和病灶形成减少。相反，当FEN1在内源性FEN1低表达的MCF10A中过度表达时，观察到细胞生长增强和诱导病灶形成。通过在其他乳腺癌细胞系中复制该结果；MDA-MB-231、T47D和HCC1937以及肺癌和结直肠癌细胞系，已经得出结论，FEN1促进癌细胞生长[19]. 此外，对大量乳腺癌和卵巢癌队列中FEN1表达的分析表明，FEN1在mRNA和蛋白水平的过度表达与化疗和内分泌治疗的不良预后和治疗反应相关，表明FEN1在这些类型的癌症中具有作为预后和预测性生物标志物的潜力[67].
此外，DNA修复缺陷与致癌之间的相关性已经得到了很好的证实，其中DNA修复的缺失会导致基因组不稳定，从而导致致癌[21]. 由于其在DNA修复中的关键作用，如临床前研究所示，FEN1失调会导致DNA修复缺陷和随后的累积突变以及癌症倾向[21]. 例如，在含有杂合子突变的小鼠模型中，FEN1的零突变导致包括淋巴瘤在内的癌症易感性，并在与腺瘤性息肉病大肠杆菌（APC）基因的杂合子变异结合时导致胃肠道癌[68].
APE1接口
人无嘌呤/无嘧啶核酸内切酶1（APE1）是一种多功能蛋白，在长片段和短片段BER中起着关键作用。特别是，它是鉴定和切割细胞毒性无嘌呤/无嘧啶（AP）位点的主要负责核酸内切酶，这些位点是自发产生的，或者是对DNA损伤照射的反应。如果不进行处理，AP位点表现出细胞毒性，主要归因于干扰DNA分叉[21]. APE1修复的DNA氧化损伤可能是由于吸烟、接触重金属引起的，也可能是由于炎症的内部过程引起的[20].
APE1在癌细胞的细胞核和/或细胞质中表达，已经进行了大量研究来研究APE1作为癌症预后和预测生物标志物的作用，其表达状态甚至表明其具有诊断潜力[69]. 在对非小细胞肺癌患者获得的103个肿瘤组织进行IHC分析时，高达73.8%的比例显示APE1蛋白高表达，癌症和正常样本之间的亚细胞定位存在差异。虽然APE1仅存在于正常细胞的细胞核中，但染色显示APE1在癌细胞的细胞核和细胞质中均有表达[26]. 在核染色的肿瘤标本和核和细胞质均表达APE1的癌细胞中，在非癌区域也发现了类似的亚细胞分布模式[27]. 有趣的是，APE1的酶活性已被用于评估肺癌的易感性。核酸酶的酶活性已通过基于放射性或荧光的分析在外周血单个核细胞（PBMC）的蛋白提取物中进行了测量。用磷-32标记的30 mer合成DNA双链(32P） 在放射性和荧光反应中，分别使用3′端的亚基马黄作为APE1底物。由于底物含有一种合成的AP-site，即一种碱性呋喃基-site，因此可以测量该位点的APE1切割活性，该活性将30 mer裂解为15 mer寡核苷酸标记的反应产物，并进一步量化。与健康受试者的样品相比，肺癌患者的样品显示出明显较低的酶活性。因此，有人认为，PBMC中APE1活性的诱导差异与肺癌易感性有关，而活性越低，风险越高。此外，根据这项研究，APE1 Asp148Glu多态性变异体与APE1酶活性水平或肺癌风险无关，这一变异体是否与肺癌易感性存在分歧[20]. 与Wang、D等人的研究结果一致[26]IHC分析显示，在比较正常和癌性卵巢组织时，表达模式相似。虽然APE1染色仅限于细胞核，但在癌组织中检测到细胞核和细胞质的表达[28]. 然而，另一项研究显示，IHC显示的核APE1表达在卵巢癌中比细胞质表达更普遍[29].
在对正常和侵袭性癌样本的乳腺组织进行筛查时，IHC染色显示APE1在肿瘤和正常组织样本中的高核表达模式相似[70]. 相反，与使用不同方法的正常组织相比，在乳腺癌组织中检测到APE1的高表达水平。在本研究中，使用液相色谱法和同位素稀释串联质谱法测量APE1水平。与传统的实时定量PCR和WB相比，该技术消除了抗体相关的测量偏差，提供了更准确、定量的APE1水平评估[31]. 此外，基因分型分析和电子预测表明，天冬氨酸与谷氨酸在APE1的第148密码子（Asp148Glu）单核苷酸多态性（SNP）变体中参与乳腺癌进展，表明这种SNP增加了乳腺癌的易感性[32].
表达水平、亚细胞定位、预后和治疗反应之间的相关性因癌症类型而异，甚至在同一癌症类型内也因肿瘤特征而异[69]. 例如，一项针对胃食管癌、卵巢癌和胰胆管癌组织微阵列（TMA）的研究表明，通过IHC分析，APE1在这些肿瘤中过度表达。在胰胆管癌中，核APE1表达的肿瘤中缺乏细胞质APE1与肿瘤分化不良、分期延长和血管浸润有关[29]. 有趣的是，ELISA测定的血清APE1浓度升高与胃癌患者的淋巴结转移有关[30].
此外，APE1作为前列腺癌潜在早期诊断生物标志物的作用在一项研究中得到了总结，该研究表明，与良性肥大（BPH）相比，IHC使前列腺癌和前列腺上皮内瘤变（PIN）中APE1的核和细胞质表达增加[33]. 此外，与肝硬化组织相比，RT-qPCR已观察到人类肝细胞癌（HCC）组织中APE1的上调[35]. 根据这些发现，最近的一项研究通过测量血清APE1水平证实了APE1作为肝癌早期诊断生物标志物的价值。使用ELISA的分析显示，与肝硬化和正常肝脏的样本相比，HCC患者的血清样本浓度明显更高[34]. 同样，血清APE1被认为是一种有希望的膀胱癌诊断生物标志物，因为ELISA测定的癌症患者样本中的APE1浓度高于从健康人中提取的样本[36].
有趣的是，与来自同一肿瘤标本的非干细胞相比，qPCR检测到结直肠癌干细胞表现出较高的APE1表达[37]. 通过PCR和限制性片段长度多态性（RFLP）研究APE1 Asp148Glu和hOGG1 Ser326Cys多态性与相同癌症类型的风险增加有关，因为与健康受试者相比，从CRC患者富集的血液样本中检测到多态性的频率更高[38]. 此外，对95例接受化疗和放疗的头颈部肿瘤APE1表达的IHC分析表明，核APE1的表达缺失与较好的预后和治疗反应相关[39]. 此外，APE1 mRNA在人类黑色素瘤中的高表达水平与低生存率相关[40].
XPF/XPG公司
异二聚体内切酶复合物“切除修复交叉互补组1着色性干皮病互补组F”（ERCC1-XPF）和内切酶“着色性干皮病互补组G”（XPG）在这两个亚通路中都充当核苷酸切除修复（NER）的实质性内切酶活性驱动因子；全球基因组（GG）和转录偶联（TC）。尽管XPF是解释异二聚体ERCC1-XPF核酸酶活性的唯一成分，但ERCC1对复合物的功能至关重要，因为它除了调节NER中涉及的其他蛋白质的活化外，还调节定位和与DNA的结合。在识别出由大体积加合物引起的DNA损伤后，ERCC1蛋白与XPF异二聚，形成异二聚ERCC1-XPF，其在损伤下游3′端XPG切割后沿损伤上游5′方向切割。在进行双切口后，其他NER蛋白继续进行DNA修复。ERCC1-XPF还被用于其他类型的DNA修复机制，包括品牌间交联（ISC）和双链断裂（DSB）修复，使该蛋白成为修复化疗，特别是铂类药物引起的DNA损伤的关键元素[21]. 因此，探索ERCC1-XPF作为基于铂的化疗的预后和预测生物标志物的潜力是很有吸引力的。根据对肺、宫颈和卵巢细胞系的研究，ERCC1过度表达与铂类化疗的不良反应有关[21]. ERCC1的预测作用也通过分析肿瘤样本进行了评估，表明在非小细胞肺癌中，顺铂治疗反应增加与阴性染色相关[42]. 一贯地，至少两种顺铂治疗足以治愈ERCC1缺陷的异种移植瘤，而ERCC1阳性的异种黑色素瘤移植瘤对该治疗具有耐药性[71]. 然而，IHC研究表明，在胃肿瘤中，蛋白质水平升高表明治疗反应更好，总体生存率提高[44]. 此外，通过RT-qPCR研究肿瘤中ERCC1-mRNA的低表达与结直肠癌患者总体生存率的提高有关[45]. 此外，与低表达患者相比，卵巢癌中XPG在RNA水平的高表达与总体生存率低相关[41]而骨肉瘤细胞系中XPF和XPG的敲低导致了更好的基于铂的治疗反应[46]. 此外，IHC分析显示，与良性病变相比，XPG在胃肿瘤中的表达升高，这表明XPG参与了恶性肿瘤的进展，并提示XPG作为一种有前景的诊断生物标志物的应用[21]. 总之，这种核酸内切酶复合物的成分根据癌症类型在预测、预后和诊断价值上有所不同。
MRN综合体
MRE11-RAD50-NBS1（MRN）是DSB修复的同源重组（HR）和非同源末端连接（NHEJ）途径的主要成分[21,22]. MRN复合物降解双链DNA切除产生的3′单链DNA悬链，促进DNA合成的进展[21]. 任何蛋白质的表达缺失都可能会使复合物失去活性。据报道，MRN复合物在几种癌症中的表达缺失，包括胃癌、子宫内膜癌、乳腺癌、结直肠癌和膀胱癌[21]. 在乳腺癌中，免疫组织化学分析显示，与正常对照组织相比，乳腺癌组织中三种MRN蛋白中的每一种蛋白的表达都降低。此外，在大多数样本中发现了蛋白质表达之间的相关性[47]. 然而，在结直肠癌和子宫内膜癌中，已经观察到MRE11突变导致MRE11表达减少和MRN复合体功能受损[48]. 有趣的是，对521例子宫内膜癌和10个细胞系队列中MRN复合物表达的调查显示，30.7%的肿瘤中MRE11蛋白缺失。值得一提的是，MRE11的丢失与MRN复合体其他成分的丢失相关[49]. MRE11也被证明是膀胱癌患者放射治疗的预测性生物标志物。IHC分析的高蛋白表达与生存率的提高有关。这表明MRE11有潜力通过改善患者膀胱切除或放射治疗的分层来提高治愈率[50]. 此外，具有高水平微卫星不稳定性的胃癌以编码和非编码单核苷酸重复序列的频繁突变而闻名。已经证明，MRE11中内含子poly（T）11重复序列的突变与该表型以及通过直接免疫印迹观察到的MRE11蛋白表达减少特异性相关[51].
TREX2系列
三素性修复外切酶（TREX2）是一种3′-5′脱氧核糖核酸酶，参与DNA降解、复制、修复和重组。因此，它有助于基因组编辑，同时处理双链（dsDNA）和单链DNA（ssDNA）。TREX2是Mg2+-DNAQ样外切酶家族的离子依赖性外切酶，在皮肤、食道、舌头和前胃中特异表达。在皮肤中，TREX2在胞浆中表达，但主要积聚在基底上角朊细胞的细胞核中，并在角质形成细胞分化过程中受到调节[23].
小鼠模型中TREX2基因敲除与暴露于紫外线B（UVB）辐射或局部使用DNA破坏性致癌物7，12-二甲基苯[a]蒽治疗后皮肤致癌易感性增加有关[52]. 这一发现与受损DNA的降解和去除受损有关，DNA是维持表皮完整性的重要功能，炎症反应减少。TREX2缺失抑制了白细胞介素12（IL12）和干扰素γ（IFNγ）的上调，这是参与抗癌免疫和DNA修复的主要细胞因子。此外，TREX2有助于紫外线处理的角质形成细胞的DNA修复和凋亡。因此，可以得出结论，TREX2通过促进角质形成细胞死亡，以及作为抗癌机制关键要素的炎症和免疫反应，抑制角质化细胞驱动的致癌作用。
值得注意的是，Manils等人通过对头颈部鳞癌（HNSCC）、皮肤鳞状细胞癌（CSCC）和癌前光化角化病病变的人类样本进行IHC分析，证实了鳞癌中TREX2的表达被解除。TREX2的表达模式随着肿瘤分化和转移的变化而变化。在HNSCC和CSCC中，TREX2表达缺失与更晚期和转移表型相关。而高表达与分化良好且无转移的CSCC相关。
通过对HNSCC患者和健康受试者的肿瘤和血液样本进行测序，证实了一些种系SNP。单一氨基酸变体均在男性患者中发现，由于TREX2位于X染色体上，因此它们以纯合子形式表达。使用ssDNA和dsDNA检测这些变体的核酸外切酶活性。相对dsDNAse活性显著降低与R156L变异相关，而其余变异的核酸酶活性没有显著变化，通常表明这些突变不会导致功能完全丧失[52].
序号1
葡萄球菌核酸酶结构域包含-1（SND1）蛋白发挥重要的细胞内作用，包括：；RNA干扰中的转录共激活、mRNA剪接和核酸酶活性是RNA诱导沉默复合物（RISC）的组成部分[72]. SND1的结构可以解释其多功能性，SND1包括五个重复的葡萄球菌核酸酶同源结构域，这些同源结构域被认为是与核酸相互作用的位置，以及一个与蛋白质相互作用的Tudor-homology结构域[57].
作为RISC机制的一部分，SND1参与肿瘤抑制mRNA的降解，该机制在人肝癌（HCC）细胞中显示出活性升高。TMA的IHC分析显示肿瘤中HCC过度表达。综上所述，SND1参与了肝癌的癌变[53]. 此外，SND1与肝癌细胞系中的血管生成有关，主要是通过血管生成因子Angiogenin和C-X-C Motif Chemokine配体16（CXCL16）的激活[54]. 相应地，IHC分析显示HCC样本与正常肝脏样本相比过度表达[53]. 另一项研究表明，SND1与细胞运动有关，而细胞运动是癌细胞的标志之一。通过调节SND1表达水平，观察肝癌细胞株的形态学变化。已经证明，SND1增加血管紧张素II 1型受体（AT1R）mRNA的稳定性，从而增加AT1R水平，进而激活转化生长因子β（TGFβ）下游级联。由于TGFβ被认为是通过上皮-间充质转化（EMT）侵袭细胞的关键驱动因素，因此对SND1激活这一途径的解释为SND1在细胞运动增加中的作用提供了解释。相应地，HCC标本的IHC染色显示，与匹配的正常组织标本相比，SND1和AT1R表达显著升高，表明其作为诊断标记物的作用，并证实了与AT1R增加相关的概念[72].
人前列腺癌肿瘤中SND1的IHC分析显示其蛋白表达，主要定位于癌组织中肿瘤细胞的细胞质中，而增生组织和正常组织中的SND1表达较低或为阴性。染色强度与肿瘤分级和侵袭性呈正相关。对IHC分析队列中随机选择的样本进行原位杂交，发现癌细胞中的SND1-mRNA持续升高，而正常对照组的SND1-mRNA表达较低或为阴性。此外，使用小干扰RNA（siRNA）在前列腺癌细胞系PC3中敲除SND1与细胞生长减少相关。总之，SND1被认为是一种很有前途的前列腺癌诊断生物标志物[56].
在Tsuchiya等人的一项研究中，据报道，SND1-mRNA在人类结肠癌组织（包括早期病变）以及结肠癌细胞株IEC6中上调。IHC在大鼠化学诱导的结肠癌模型中以及癌前病变中均观察到SND1过度表达。先前的数据表明，SND1在结肠癌中的早期上调及其对早期结肠癌发生的潜在贡献，主要是作为结肠癌发展介质（如β-catenin和APC）的关键调节因子[57].
通过对野生型（WT）和SND1敲除乳腺癌SCP28细胞株RNA的微阵列分析表明，SND1基因敲除与一组癌基因和转移基因的下调密切相关，如血管生成素样4（ANGPTL4）、表皮调节蛋白（EREG）和DNA结合抑制剂1（ID1）已知与化疗耐药有关。因此，SND1被认为是致癌、转移和抗凋亡基因表达特征的介体。来自原发性乳腺癌样本队列SND1表达的微阵列分析数据表明，SND1高表达与无转移生存率降低，尤其是肺转移相关。根据这一发现，在大鼠实验模型中发现SND1有助于肺转移[55]. 因此，累积数据表明SND1作为一种诊断癌症的生物标志物，同时也是一种预后癌症的生物标志物的作用。
胰脱氧核糖核酸酶
脱氧核糖核酸酶I（DNaseI）是一种细胞外活性内切酶，可在Ca中切割ssDNA或dsDNA2+/镁2+依赖方式，产生5′-磷酰二核苷酸和5′-磷酸酰寡核苷酸[58,73]. DNaseI蛋白表现出由6个等位基因控制的多态性，在日本人群中产生3种常见表型和7种罕见表型[74]. DNaseI的酶活性具体分布在肾脏、肝脏、尿液、胰腺、精液和消化道[58]. 此外，它存在于血液中，有助于循环血清DNA的降解[75]. DNaseI除了主要负责血清溶核活性外，还参与凋亡DNA片段化[73].
90年代末，Tsutsumi等人已经对DNaseI作为癌症生物标记物的作用进行了研究。研究小组证实了DNaseI表型2的高频率与胃癌之间的显著关联。而良性胃疾病患者与健康受试者相比，其多态性分布并无差异。用聚丙烯酰胺凝胶电泳法对参与者的尿液样本进行表型分析，然后用抗人DNaseI抗体进行免疫印迹[58]. 因此，DNaseI表型2被认为是一种生物标记物，可以识别有胃癌风险的个体[58]. 同样，内切酶的表型2被认为是一种很有前途的生物标记物，可用于识别结直肠癌高危患者或包涵结直肠癌患者，因为表型2的高频率与结直肠癌显著相关。然而，多态性分布在良性疾病和对照组之间并没有显著差异[59]. 此外，在肺癌中未发现明显的表型分布，表明DNaseI不是肺癌易感基因[74].
RNaseL（RNaseL）
核糖核酸酶L（RNaseL）是一种在大多数身体组织中大量表达的核酸内切酶。该核酸酶的第一个发现功能是其在抵抗病毒感染的先天免疫中的重要作用，主要是因为它是2′-5′-寡腺苷酸合成酶（OAS）/RNaseL途径中的关键元件。在识别病原体dsRNA后，IFN诱导的OAS被激活，从三磷酸腺苷（ATP）产生2′-5′-寡腺苷酸（2-5A）。RNaseL以潜伏形式表达，由2-5A低聚物激活产生催化活性形式。催化活性酶水解病毒和细胞ssRNA，抑制病毒感染。即RNaseL在UpAp和UpUp二核苷酸的3′侧裂解[76,77]. RNA-裂解产物通过激活维甲酸诱导的I样受体诱导IFN-β的产生[77]. 它在先天免疫中的作用超过了抗病毒功能，为中枢神经系统提供保护，防止病毒引起的脱髓鞘。此外，有人认为RNaseL与阻断细菌感染有关[77]主要通过促进促炎细胞因子的诱导和调节消除细菌的胞内途径[78]. 此外，有人认为RNaseL是宿主抗癌免疫的关键因素。另一个作用是参与脂肪生成[79].
研究揭示了RNaseL（RNaseL）突变和前列腺癌，导致RNaseL（RNaseL）前列腺癌易感基因[60].RNaseL（RNaseL）遗传性前列腺癌1（HPC1）区域1q25.3的位置表明在前列腺癌的恶性转化过程中直接或间接地起到抑癌作用[61]. 毫不奇怪，已经证明人类的几个SNP之间存在相关性RNaseL（RNaseL）以及遗传性和散发性前列腺癌。然而，这种相关性背后的机制仍有待完全破译[60]. 有趣的是，RNase LR462Q变异体与RNaseL活性降低相关，这是通过比较完整的28S和18S rRNA与RNA芯片上的特定rRNA切割产物来测量的。活性不足归因于酶的活性形式的二聚体减少。与这种变体相关的前列腺癌风险被认为与酶缺乏有关，而酶缺乏反过来又导致细胞凋亡诱导减少[80]. 虽然一些研究已经证明了种系的相关性RNaseL（RNaseL）前列腺癌的突变，失活的体细胞突变的存在RNaseL（RNaseL）根据前列腺癌标本和细胞系的突变分析，该基因在散发性前列腺癌中罕见[62].
由于RNaseL在抗病毒机制中的作用，推测RNaseL失调与病毒诱导的癌症之间存在相关性。因此，对子宫颈、HNSCC和乳腺癌样本中的肿瘤DNA进行分析，并对患者的体组织进行基因分型。结果表明，在这些癌症类型中，癌症风险增加与RNaseL SNP rs3738579之间存在相关性，表明RNaseL（RNaseL）不仅限于前列腺癌，而是一种常见的癌症易感基因。实际上，HPC1区域的染色体增益，其中RNaseL（RNaseL）位于，经常与宫颈癌和HNSCC相关。此外，染色体臂总1q的扩增被认为是乳腺癌发生的早期步骤[63].
RNaseI（核糖核酸酶I）
核糖核酸酶I（RNaseI）是核糖核酶a超家族中最著名的成员，作为一种商用的RNA降解试剂，在微生物实验室中有着广泛的用途。从生理学角度来看，RNaseI属于胰腺型分泌核酸酶，是RNaseA超家族的一个亚类，参与宿主对癌症的免疫[81,82]. 与该家族的其他RNase一样，RNaseI受到哺乳动物核糖核酸酶抑制剂（RI）胞浆蛋白的抑制。RI以高亲和力与RNase结合，导致核糖核酸酶的催化活性失活[83]. RNaseI内切酶降解嘧啶碱基3′端的RNA，与ssRNA和poly（C）相比，它更倾向于dsRNA[82]. 将从健康供体胰腺细胞中纯化的RNaseI的N-聚糖与从Capan-1或MDAPanc-3胰腺癌细胞系条件培养基中纯化的N-聚糖进行比较。该研究揭示了不同的糖基化趋势，表现为特征聚糖之间的差异。这导致了使用RNaseI作为胰腺癌潜在诊断生物标记物的想法，即通过利用糖基化模式的差异。有趣的是，从不同来源产生的聚糖显示出不同的表位，这使得研究人员能够使用多种免疫分析来识别与健康细胞或癌细胞分泌的RNaseI特异反应的抗体。因此，血清RNaseI被认为是胰腺癌的一个很有前景的诊断生物标记物，由于临床上没有明显的症状，因此难以诊断[64]. 后来，研究人员通过专门针对RNaseI糖蛋白天冬氨酸（Asn）残基糖基化状态的差异，改进了这一概念。特异性结合未糖基化Asn的抗体88开发并用于差异免疫分析和WB。因此，证明了含N-糖基化Asn的血清RNaseI水平88胰腺癌患者的样本与健康参与者的样本相比升高[65].
血清核糖核酸酶活性
众所周知，RNases参与肿瘤生长控制，例如，一些分泌型RNaseA家族已被证明具有抑瘤作用[81]. 血清核糖核酸酶活性是在报道的与癌症（包括胰腺癌）和急性坏死性胰腺炎相关的血清溶核活性的背景下进行的。用两种底物测定血清RNase酶活性：t-RNA（t）大肠杆菌MRE 600和合成的聚胞苷酸（poly-C）在pH分别为7.4和6.6的条件下。升高的血清核糖核酸酶活性（SRA）以来自牛胰腺的牛血清RNaseA的量表示，单位为ng/ml，其在260nm波长下产生相同的消光系数。与健康人相比，胰腺癌患者的样本中SRA升高。在肾功能受损和慢性胰腺炎患者中观察到活性增加，但后者与癌样之间存在差异。尽管癌症样本的活性明显高于慢性胰腺炎样本，但敏感性很低。此外，从年龄匹配的对照组中观察到胰腺癌和正常样本之间存在显著重叠，结论是血清RNase不是检测胰腺癌的最佳生物标记物。分子量的变化和血清核糖核酸酶的多种来源被认为是用这种方法诊断血清核糖酶低价值的原因[66].
以核酸探针为底物的核酸酶活性作为诊断生物标志物
通过对人体组织标本和细胞系的研究，人们经常报告核酸酶在癌症中的诊断价值。如前所述，研究主要集中于核酸酶作为蛋白质，研究RNA水平表达的差异，或将抗体作为潜在的诊断生物标记物。然而，只有少数研究试图利用核酸酶的动态催化活性作为生物标记物。如果有可能的话，这些研究一次只涉及一种核酸酶，而忽略了全局核酸酶活性作为癌症和健康区别特征的重要性。事实上，最新的技术进步导致了各种诊断方法的建立，这些方法形成了我们目前认识到的诊断图景，建立在增量知识的基础上，而不是引入突破。在这方面，核酸酶活性仍然是一种潜在的生物标记物，但尚未得到充分开发，主要是因为缺乏可靠的工具和标准化协议，无法以可重复和可靠的方式对与癌症相关的核酸酶活性进行特异性和敏感的测量。
由于以前发现核酸酶在癌症中在蛋白质和RNA水平上过度表达，因此推测与正常情况相比，癌症中的核酸酶活性也可能升高。Hernandez等人通过开发一个含有化学修饰核苷的核酸探针库，作为乳腺癌相关核酸酶活性的底物，证明了这一概念[84]. 探头的设计和制造如[85]在特定核苷上包含化学修饰，使序列对身体核酸酶具有抗性，同时容易被癌症相关核酸酶切割[84]. 探针分别在5′端和3′端用荧光团（荧光素酰胺，FAM）和猝灭剂（潮汐猝灭剂2，TQ2）合成，由于探针接近，使探针处于初始关闭状态。核酸酶裂解后，当荧光团恢复其性质并发出可使用平板读取器量化的荧光信号时，这种邻近性被破坏，导致“打开”状态。利用这些探针的文库，可以通过检测细胞表面相关核酸酶活性从健康成纤维细胞中鉴定乳腺癌细胞系。据荧光强度报告，SKBR3乳腺癌细胞与健康乳腺癌细胞相比，核酸酶活性显著提高，特别是针对2′-O-甲基嘌呤修饰序列[84]. 这些结果很有趣，通过改进设计并将核酸探针作为检测工具纳入使用核酸酶活性作为生物标记物的策略中，这些结果值得进一步研究(图。)更具体地说，现成的化学修饰核苷能够设计和开发更为定制的寡核苷酸库，提高对靶核酸酶的敏感性和特异性。以迭代方式筛选和探针设计的概念，以产生性能最佳的探针，已在[86]. 值得一提的是，核酸酶活性已被一个独立的研究小组用作检测癌细胞的生物标记物，研究人员已能够根据细胞核酸酶活性检测乳腺癌患者富含的循环肿瘤细胞[87].
一项由配对乳腺样本（癌症和健康）组成的研究取得了非常有希望的结果，其中一组由3个化学修饰的核酸探针可以成功区分癌症和健康样本。通过利用探针中的癌相关核酸酶活性，以高准确度、敏感性和特异性区分癌症和健康人[88]. 这突出了核酸酶活性作为功能性诊断生物标记物以及作为补充诊断策略和组织病理学诊断金标准的巨大潜力。在另一项未发表的研究中，HNSCC细胞已经从健康的成纤维细胞中分化出来，这依赖于各自对化学修饰的寡核苷酸的相关核酸酶活性谱。与健康细胞相比，癌相关核酸酶对特定核酸探针的活性更高。
总之，数据表明核酸酶活性作为一种新的癌症诊断生物标记物的重要性。该方法的强大之处在于通过灵活的探头设计来响应诊断需求，该探头设计可适应癌症类型和样本，并可集成到成像设备中，以特定而敏感的方式检测癌症。
核酸酶活性作为肿瘤诊断生物标志物的优势、潜力和未来方向
癌症是世界范围内导致死亡的主要原因之一，对健康、福祉和财务领域构成严重挑战[89]. 有效的早期诊断被公认为是成功治疗的关键因素，从而提高生存率和生活质量。尽管近几十年来在诊断领域取得了很大成就，但仍有巨大的改进需求，以实现早期诊断。更有效和准确的生物标记物也是一种需要，至少可以说，诊断系统和生物标记物都不是没有问题的。大多数生物标志物作为单个实体没有表现出足够的敏感性和/或特异性。诊断系统的检测灵敏度范围低，再现性差，应用和结果分析和解释的实际复杂性，以及高成本和侵入性[2].
虽然大多数研究侧重于比较特定核酸酶在蛋白质或mRNA水平上对癌症类型的表达状态，但对这些酶作为潜在癌症生物标记物的动态核溶解活性的研究较少。我们和其他人是正确讨论和发展这一概念的领先研究小组之一[84,86,87]. 事实上，据报道，癌症和正常人之间核酸酶谱作为蛋白质或mRNA的差异导致Hernandez等人预测，核酸酶活性特征可以利用这些酶的动态特性作为诊断生物标记物。核酸酶活性谱已成功用于区分乳腺癌细胞和健康细胞[84]来自正常细胞的HNSCC细胞（Hernandez实验室，未发表数据），以及来自良性样本的乳腺癌组织样本[88]. 这反映了核酸酶活性检测作为一种诊断方法的实用性，但也强调了核酸酶的多样性，核酸探针可以定制以专门检测每种癌症类型。
核酸酶活性作为生物标记物的实现通过迭代开发灵敏度和特异性更高的核酸探针来解决准确性问题[86]. 因此，基于每轮筛选中候选寡核苷酸的序列，改进了探针的设计。与样本相关的核酸酶活性的可调节筛选、探针设计的灵活性以及核酸酶的多样性允许精确性。因此，可以生成具有理想灵敏度和特异性的探针。事实上，优化可以为每种癌症类型设计特定的探针[86].
与传统方法（如ELISA）相比，使用核酸酶活性具有优势，因为信号放大是核酸酶的固有特征。核酸酶和探针之间的相互作用本质上是动态的，允许同一核酸酶/s降解多个探针，提供与皮摩尔或飞沫一样低的检测限。一个明显的优点是，当涉及到成像方式时，可以消除对肿瘤大小的依赖性。
核酸酶活性作为生物标记物的巨大潜力在于其在成像模式中的整合能力，利用核酸酶对作为生物识别分子的核酸探针的催化特性。当与高分辨率成像技术（如磁共振成像（MRI））结合时，结果是一个可激活的探针，能够在癌核酸酶降解时进行信号检测。MRI探针被与之相关的微球菌核酸酶特异性降解金黄色葡萄球菌经过体外设计和测试，结果很有希望[90,91]. 未来的方向是将同样的原理应用于癌症检测。一个明显的优点是无需活检来确认诊断，此外可激活探针通过增加目标背景比具有高空间分辨率、敏感性和特异性的独特特征[91].
当前诊断策略中的另一个问题是在不同水平上分析同一分子；DNA、mRNA和蛋白质通过不同的分析。后者是用来源和灵敏度不同的抗体进行检测的，与使用的试剂盒中的组间差异相混淆。方法的选择主要取决于灵敏度和成本效益之间的权衡[2]. 相比之下，核酸酶活性测定提供了一个单一的检测平台，探针没有批次间的差异，这提供了高再现性，消除了分析和结果解释中的歧义。值得一提的是，制造核酸探针克服了临床免疫分析中广泛使用的抗体的耗时和繁琐的生产。
其适用性扩展自体外、体外使用组织样本和动物模型体内的预期结果[85]，除了在成像模式上易于适应之外。这使得核酸酶活性测定成为一种“广谱”方法，针对传统诊断中最重要的问题。
