癌癥相關(guān)遺傳變異的新進(jìn)展及其在診斷研發(fā)中的意義

南娟 翻譯 曹志成 校對(duì)

1天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院,天津市肺癌研究所,天津市肺癌轉(zhuǎn)移與腫瘤微環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2香港特別行政區(qū) 伊利沙伯醫(yī)院 臨床腫瘤科

"了解更多癌癥相關(guān)的遺傳變異可能有助于癌癥的預(yù)防和早期診斷,以及為癌癥個(gè)體化診斷和治療方案開辟新途徑."

遺傳變異通過與其它組分或分子相互作用直接或間接地調(diào)控基因表達(dá).它們會(huì)導(dǎo)致同種異體間的表達(dá)差異[1].從理論上講,了解更多癌癥相關(guān)的遺傳變異可能有助于癌癥的預(yù)防和早期診斷,以及為個(gè)體化癌癥診斷和治療方案開辟新途徑.

單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)是人類基因組中最常見的遺傳變異.公共數(shù)據(jù)庫中儲(chǔ)存了逾一千萬個(gè)SNPs.通過連鎖不平衡分析,它們已被證實(shí)為檢測(cè)癌癥變異有用的遺傳標(biāo)志物[2].

結(jié)構(gòu)變異也是廣泛分布于人類基因組中的遺傳變異的重要來源[3].結(jié)構(gòu)變異包括拷貝數(shù)目變異(copy number variant, CNV)和中性拷貝變異(copy neutral variation),其中,CNVs包括插入和缺失,而中性拷貝變異包括倒位和易位[4].CNV的特殊位點(diǎn)新生突變率較SNPs頻繁100-10,000余倍[5].CNVs間接影響個(gè)體的癌癥易感性,如改變抑癌基因或致癌基因的基因數(shù)目[6].因此,基因組拷貝數(shù)目的改變是許多癌癥的特征,且CNV分析有望揭示參與癌變的基因[7].

癌癥的全基因組關(guān)聯(lián)研究

全基因組關(guān)聯(lián)(genome-wide association, GWA)研究在基因-癌癥關(guān)聯(lián)的發(fā)現(xiàn)中引起了劃時(shí)代的變革.GWA研究的最終目標(biāo)是形成一種整合遺傳、環(huán)境、自身危險(xiǎn)因素的綜合危險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型,以利疾病的診斷、預(yù)防和治療[8].在過去的幾年里,已鑒定出許多常見癌癥的新型遺傳變異[9].本文將重點(diǎn)介紹那些有助于新型診斷和治療策略的發(fā)展之遺傳變異.

前列腺癌

在歐洲人群中,染色體8q24上存在rs1447295和rs6983267可導(dǎo)致前列腺癌[10].染色體8q24上的易感性變異在歐洲人群中相對(duì)罕見(2%-4%),而在非裔美籍人群中則較為常見(~42%),這易感性變異與診斷時(shí)患者年紀(jì)較小有關(guān)[11].在選定個(gè)體中已鑒定出許多可預(yù)測(cè)高風(fēng)險(xiǎn)的易感性基因,包括HNF1B、MSMB、CTBP2、JAZF1、CPNE3、IL16和CDH13[12].一個(gè)研究小組顯示有兩種遺傳變異(Xp11.22上的rs5945572和2p15上的rs721048)與前列腺癌的侵襲性密切相關(guān)[13].他們還報(bào)道位居5種遺傳變異(3q21.3上的rs10934853[A]、8q24.21上的rs16902094[G]和rs445114[T]、11q13上的rs11228565[A]和19q13.2上的rs8102476[C])的危險(xiǎn)因素分布首1.3%的歐洲人群罹患前列腺癌的風(fēng)險(xiǎn)增高2.5倍[14].

乳腺癌

FGFR2基因內(nèi)含子2的SNP rs1219648已被證實(shí)與個(gè)別絕經(jīng)后乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[15].有4個(gè)遺傳變異(2q35上的rs13387042[A]、5p12上鄰近MRPS30的rs4415084和rs10941679、以及16q12上鄰近TNRC9的rs3803662[T])僅與雌激素受體陽性腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[16,17].其它乳腺癌易感性遺傳變異包括1p11.2上鄰近NOTCH2和FCGR1B的rs11249433、3p24上包括SLC4A7和NEK10的rs4973768、6q25.1上位于ESR1上游的rs2046210、8q24上的rs1562430、14q24.1上駐于RAD51L1的rs999737以及17q23.2上包括COX11的rs6504950[18-21].

結(jié)直腸癌與胃癌

GWA研究已鑒定了許多結(jié)直腸癌易感性變異(8q23.3上標(biāo)識(shí)EIF3H的rs16892766、8q24上的rs6983267和rs7014346、10p14上的rs10795668、11q23上的rs3802842、18q21上的rs4939827)[22-24].這些發(fā)現(xiàn)拓寬了我們對(duì)常見遺傳變異在結(jié)直腸癌病因?qū)W中的作用的理解.此外,一項(xiàng)GWA研究鑒定了一種前列腺干細(xì)胞抗原遺傳變異(rs2976392),它可能參與調(diào)節(jié)胃上皮細(xì)胞增殖,并影響彌漫型胃癌的易感性[25].

白血病

3個(gè)急性淋巴細(xì)胞白血病的風(fēng)險(xiǎn)變異(7p12.2上鄰近IKZF1的rs4132601、10q21.2上鄰近ARID5B的rs7089424和14q11.2上鄰近CEBPE的rs2239633)可能參與祖B-細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和分化[26].此外,已鑒定出12個(gè)慢性淋巴細(xì)胞白血病的風(fēng)險(xiǎn)變異(2q13上的rs17483466、2q37.1鄰近SP140的rs13397985、2q37.3上鄰近FARP2的rs757978、6p25.3上鄰近IRF4的rs872071、8q24.21上的rs2456449、11q24.1上的rs735665、15q21.3上的rs7169431、15q23上的rs7176508、15q25.2上鄰近CPEB1的rs783540、16q24.1上的rs305061、18q21.1上的rs1036935和19q13.32上鄰近PRKD2的rs11083846),它們可能為這血癌的病因提供新的見解[27,28].

黑色素瘤與基底細(xì)胞癌

有2個(gè)遺傳變異(第20號(hào)染色體上的rs910873和rs1885120)被鑒定為黑色素瘤風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn),在早期發(fā)病的病例中具有強(qiáng)烈相關(guān)性[29],而在歐洲人群中有3個(gè)遺傳變異(9p21上鄰近MTAP和CDKN2A的rs7023329、11q14-q21上包含TYR的rs1393350和16q24上包含MC1R的rs258322)與黑色素瘤風(fēng)險(xiǎn)具有獨(dú)立的相關(guān)性[30].有些遺傳變異(1q42上鄰近RHOU的rs801114、1p36上包括PADI4、PADI6、RCC2和ARHGFF10L的rs7538876、9p21上鄰近CDKN2A和CDKN2B的rs2151280[C]、7q32上鄰近印記基因KLF14的rs157935[T]以及KRT5中編碼G138E替代的rs11170164)與基底細(xì)胞癌易感性相關(guān),但與黑色素瘤或著色性狀無關(guān).確鑿的證據(jù)表明TERT-CLPTM1L位點(diǎn)的rs401681[C]與基底細(xì)胞癌易感性相關(guān),但對(duì)黑色素瘤有防護(hù)作用[31,32].

"有研究假設(shè)EGFR拷貝數(shù)增多與肺癌強(qiáng)侵襲性和低分化相關(guān)"

肺癌

GWA研究也鑒定了一些疾病標(biāo)記物(5p15.33上包括CLPTM1L和TERT的rs401681、rs402710 和rs2736100、6p21.33上匹配BAT3-MSH5的rs3117582、15q25.1上包括PSMA4、CHRNA3和CHRNA5的rs1051730和rs8034191)與肺癌風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān),表明這些遺傳變異可能在肺癌發(fā)病因素中發(fā)揮作用[33-35].有臨床研究顯示,EGFR基因拷貝數(shù)目越多,采用吉非替尼治療的效果就越好[36],還有研究假設(shè),EGFR拷貝數(shù)目增多與肺癌強(qiáng)侵襲性和低分化相關(guān)[37-39].

神經(jīng)膠質(zhì)瘤與神經(jīng)母細(xì)胞瘤

一項(xiàng)神經(jīng)母細(xì)胞瘤的GWA研究發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)遺傳變異(2q35上BARD1位點(diǎn)內(nèi)的rs3768716和rs6435862),它們導(dǎo)致臨床密切相關(guān)亞型人神經(jīng)母細(xì)胞瘤侵襲的發(fā)生[40].神經(jīng)膠質(zhì)瘤的研究發(fā)現(xiàn),有兩個(gè)遺傳變異(9p21上鄰近CDKN2B的rs1412829和20q13.3上內(nèi)含RTEL1的rs6010620)與高惡性度神經(jīng)膠質(zhì)瘤的易感性相關(guān)[41].

胰腺癌

兩項(xiàng)GWA研究已鑒定了一些與胰腺癌相關(guān)的遺傳變異(1q32.1上匹配NR5A2的rs3790844、5p15.33上匹配CLPTM1L-TERT的rs401681、9q34上的rs505922、13q22.1上的rs9543325和rs9564966)[42,43].SNP rs505922與ABO血型基因第一內(nèi)含子匹配,表明與A型或B型相比,O型血患者罹患胰腺癌的風(fēng)險(xiǎn)較低[42].

鼻咽癌

一項(xiàng)鼻咽癌的GWA研究鑒定了3個(gè)易感性變異(3q26上鄰近MDS1-EVI1的rs6774494、9p21上鄰近CDKN2A-CDKN2B的rs1412829、13q12上鄰近TNFRSF19的rs9510787).這些發(fā)現(xiàn)通過強(qiáng)調(diào)鼻咽癌涉及TNFRSF19和MDS1-EVI1相關(guān)通路以及HLA分子,為其發(fā)病機(jī)制提供了新見解[44].

MicroRNA靶點(diǎn)的SNPs

作為主要的基因調(diào)節(jié)因子,microRNAs(miRNAs)是細(xì)胞通路的重要調(diào)控因子,它們?cè)谀[瘤形成中發(fā)揮關(guān)鍵作用[45].有些miRNAs被證實(shí)為致癌基因、抑癌基因或腫瘤干細(xì)胞和轉(zhuǎn)移的調(diào)控因子[46].許多位點(diǎn)與基因組的非編碼區(qū)結(jié)合,而miRNA位點(diǎn)或靶點(diǎn)的SNPs或可作為癌癥風(fēng)險(xiǎn)的低外顯率修飾因子[47].因此,研究miRNA靶點(diǎn)SNPs的功能作用有助于診斷的研發(fā)[48].在過去的幾年里,基于SNPs的miRNA研究已鑒定了許多與各種癌癥相關(guān)的遺傳變異[49],本文將重點(diǎn)關(guān)注其中一部分.

在中度吸煙者中KRAS 3′非翻譯區(qū)的let-7互補(bǔ)位點(diǎn)LCS6的SNP與非小細(xì)胞肺癌風(fēng)險(xiǎn)的增加顯著相關(guān)[50].在絕經(jīng)前的女性中,ESR1中miR-453靶點(diǎn)內(nèi)的另一變異(rs2747648)與家族性乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)的增強(qiáng)在臨床上具有相關(guān)性[51].MiR-196a2位點(diǎn)的變異(rs11614913, C/T)與肺癌、乳腺癌、食道癌、胃癌和頭頸癌相關(guān)[52].

"大部分已鑒定的遺傳變異只與相對(duì)少的癌癥風(fēng)險(xiǎn)有關(guān),且僅能解釋很小比例的家族性聚集."

罕見變異

盡管最近公布了許多GWA研究的重要成果,但是癌癥的許多遺傳風(fēng)險(xiǎn)仍未明瞭.大部分已鑒定的遺傳變異只與相對(duì)少的癌癥風(fēng)險(xiǎn)有關(guān),且僅能解釋很小比例的家族性聚集[53].這意味著遺傳風(fēng)險(xiǎn)的盲區(qū).許多未知的遺傳控制是由現(xiàn)有GWA研究無法篩選的罕見變異造成的,這些罕見變異對(duì)疾病風(fēng)險(xiǎn)的影響相對(duì)較大[54].全力鑒定罕見變異導(dǎo)致候選基因的系統(tǒng)篩查.新一代測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)可大幅提高生成數(shù)據(jù)的速度和容量,免除克隆偏見以及毛細(xì)管測(cè)序時(shí)標(biāo)本準(zhǔn)備的困難[55].1000基因組項(xiàng)目亦鑒定了許多低頻等位基因的遺傳變異[101].

癌癥相關(guān)遺傳變異在診斷發(fā)展中的意義

在過去的幾年中,GWA研究被證實(shí)在鑒定各種癌癥的遺傳變異中是有效的.無論類型(SNP或CNV)和頻率(常見或罕見變異),數(shù)以百計(jì)或甚至千計(jì)的基因變異與癌癥風(fēng)險(xiǎn)有關(guān).這些變異可能為診斷、患者分層和治療或預(yù)后分類提供有用的標(biāo)記物.此外,匯編遺傳變異有助于將疾病中調(diào)控細(xì)胞活性的生物通路聯(lián)系起來.常見通路的遺傳異質(zhì)性的鑒定,或有利于根據(jù)致病基因位點(diǎn)的生物化學(xué)靶點(diǎn)設(shè)計(jì)新的診斷試驗(yàn),并制定新的治療策略以控制癌癥的肆虐[56].

"若結(jié)合家族史信息,遺傳變異將更具有臨床實(shí)用性……"

有些公司已開始為個(gè)體化風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)提供SNP基因分型.然而,已知的SNP風(fēng)險(xiǎn)等位基因的預(yù)測(cè)效能仍然有限,有待發(fā)現(xiàn)更多的變異來提高它們?cè)诎┌Y篩查中的意義.若結(jié)合家族史信息,遺傳變異將更具有臨床實(shí)用性,如決定哪些患者應(yīng)接受結(jié)腸鏡檢查或乳腺癌的MRI篩查[57].

未來挑戰(zhàn)

在GWA研究的時(shí)代,預(yù)計(jì)最近GWA研究的趨勢(shì)將持續(xù).盡管已鑒定出了許多癌癥的新型遺傳變異,但鑒定有實(shí)際功能的遺傳變異的工作仍待進(jìn)行.由于鑒定罕見SNPs時(shí)統(tǒng)計(jì)學(xué)效能顯著降低,因此有待增加樣本數(shù)量來檢測(cè)罕見變異.恰當(dāng)?shù)难芯吭O(shè)計(jì)在決定GWA研究的成敗中亦起關(guān)鍵作用.芯片需包含更多SNPs的罕見變異,并應(yīng)采用嚴(yán)格的對(duì)照組來提高基因分型的準(zhǔn)確性.也需發(fā)展整合分析CNVs和GWA的研究方法,包括GWA序列設(shè)計(jì)的創(chuàng)新和SNPs與常見拷貝數(shù)目多態(tài)性間連鎖不平衡關(guān)系的使用.為了獲得更有意義的薈萃分析結(jié)果,建議采用更具有一致性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)方法.我們?cè)诶斫膺z傳變異在癌癥治療中的作用方面仍處于早期階段.接下來的研究趨勢(shì)是整合各種有用的DNA和RNA信息(編碼與非編碼轉(zhuǎn)錄)的生物組學(xué)技術(shù)和鑒定癌癥診斷或治療進(jìn)展的遺傳變異的數(shù)據(jù)庫[58,59].

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