小細(xì)胞肺癌分子遺傳學(xué)研究進(jìn)展

劉笛 樊旼

復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)系，上海200032

小細(xì)胞肺癌分子遺傳學(xué)研究進(jìn)展

劉笛綜述 樊旼審校

復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院腫瘤學(xué)系，上海200032

小細(xì)胞肺癌(small cell lung cancer，SCLC)惡性程度高、預(yù)后差，現(xiàn)有的靶向藥物治療基本無(wú)效，迫切需要深入了解其分子特征從而篩選有效的治療靶點(diǎn)。二代測(cè)序等全基因組研究技術(shù)為腫瘤的研究、診治批量增加遺傳標(biāo)志物，SCLC的遺傳位點(diǎn)亦不斷被發(fā)現(xiàn)和解讀。本文對(duì)近年SCLC分子遺傳特征的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

小細(xì)胞肺癌；遺傳變異；基因表達(dá)譜；致癌信號(hào)通路

肺癌目前是全世界最常見(jiàn)的惡性實(shí)體腫瘤，其中小細(xì)胞肺癌(small cell lung cancer，SCLC)約占13%［1］，絕大多數(shù)罹患者有長(zhǎng)期吸煙史。與發(fā)病率較高的非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)相比，SCLC侵襲性更強(qiáng)，倍增時(shí)間更短，轉(zhuǎn)移更早，預(yù)后較差。盡管初治時(shí)SCLC對(duì)化療及放療的敏感性較高，但緩解期通常不持久，極易復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移，二線治療療效差。

經(jīng)過(guò)40余年多項(xiàng)隨機(jī)研究的積累，SCLC臨床治療已經(jīng)形成規(guī)范，但近年來(lái)缺乏突破性進(jìn)展，患者生存水平局限期停留在20%，廣泛期則停留在2%［1-2］，全面、深入了解SCLC的分子遺傳特征，為后續(xù)研究提供研究基礎(chǔ)顯得尤為迫切。

基因組研究技術(shù)的不斷進(jìn)步使研究者有可能從腫瘤全基因組層面來(lái)觀察基因改變，從而加速尋找和設(shè)計(jì)抗腫瘤藥物。本文將綜述近年全基因組技術(shù)在SCLC中的重要研究成果，描述所獲基因組結(jié)構(gòu)變異、突變譜、表達(dá)譜的特征，并闡述在SCLC中具有重要作用的下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)事件，希望為后續(xù)研究提供依據(jù)。

1 基因組特征

1.1 基因組結(jié)構(gòu)變異

基因組結(jié)構(gòu)變異(genomic structural variations，SVs)指DNA序列長(zhǎng)度＞1 kb的差異，包括DNA片段缺失、插入、重復(fù)、重排、倒位以及拷貝數(shù)變化(copy number variations，CNVs)。表1歸納了SCLC常見(jiàn)的SVs位點(diǎn)及所含基因，其中抑癌基因TP53、RB1、PTEN、FHIT、RASSF1A缺失及MYC基因家族(c-MYC，L-MYC，N-MYC)、bcl-2基因擴(kuò)增已在早年的研究中被證實(shí)。隨著全基因組分析技術(shù)在SCLC中的廣泛應(yīng)用，更多的功能位點(diǎn)逐漸浮出水面。Dooley等［2］通過(guò)基于二代測(cè)序的CNV分析方法在小鼠SCLC模型中發(fā)現(xiàn)了核因子Ⅰ/B(nuclear factor Ⅰ/B，NFⅠB)基因擴(kuò)增，并在人類SCLC中得到證實(shí)，而之前該基因的擴(kuò)增只在前列腺癌和乳腺癌中被發(fā)現(xiàn)。該基因編碼與CATT盒結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，文章作者進(jìn)一步在小鼠SCLC模型中證實(shí)了其癌基因功能，但該基因在人類SCLC中的作用還有待深入研究。之后發(fā)表的兩項(xiàng)SCLC全基因組研究亦發(fā)現(xiàn)了NFIB擴(kuò)增的存在，并提示其可能在SCLC發(fā)展的后期發(fā)揮作用［3-5］。此外，3項(xiàng)SCLC的全基因組研究均觀察到基因SOX2擴(kuò)增，并完成了初步功能驗(yàn)證［3-5］。性別確定區(qū)Y框蛋白2(sex determine region Y-box 2，SOX2)是一種干細(xì)胞相關(guān)核轉(zhuǎn)錄因子，通過(guò)與靶基因HMG結(jié)構(gòu)域特異結(jié)合而在調(diào)控胚胎及組織的發(fā)育、維持干細(xì)胞多能性、細(xì)胞不均等分裂和決定細(xì)胞命運(yùn)方面發(fā)揮作用。該基因過(guò)表達(dá)已在包括肺鱗癌(約20%)在內(nèi)的多種腫瘤中被檢測(cè)到，影響這些腫瘤的生物學(xué)行為及預(yù)后，且其擴(kuò)增范圍在SCLC中更加廣泛。有研究報(bào)道，SOX2可促使呼吸道前體細(xì)胞向基底細(xì)胞和神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞轉(zhuǎn)化，其持續(xù)高表達(dá)可以更好地維持端粒酶活性和穩(wěn)定性、激活Wnt和Notch等干細(xì)胞通路［6］。SOX2的上述作用與SCLC的臨床特征顯著相關(guān)，為治療這一高度惡性腫瘤提供了新的方向。

表1 SCLC患者常見(jiàn)基因組結(jié)構(gòu)變異Tab. 1 Recurrent genomic structural variations in SCLC patients

1.2 突變譜及單核苷酸多態(tài)性

基因突變所致的癌基因活化和抑癌基因失活是腫瘤發(fā)生、發(fā)展中出現(xiàn)頻率較高的分子事件。在SCLC中，除早期發(fā)現(xiàn)的TP53、RB1、PIK3CA、CDKN2A、PTEN［1］突變外，其他位點(diǎn)因技術(shù)所限鮮有報(bào)道。Peifer等［3］通過(guò)對(duì)27例組織和2株SCLC細(xì)胞株進(jìn)行全外顯子組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，SCLC突變率(平均7.4蛋白改變突變/100萬(wàn)個(gè)堿基對(duì))明顯高于乳腺癌、卵巢癌等8種腫瘤，且大部分突變?yōu)镃∶G＞T∶A顛換，提示吸煙在該腫瘤發(fā)生中的作用［5,20］。作者進(jìn)一步結(jié)合CNVs和轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果，提出基因TP53、RB1、PTEN、CREBBP、EP300、SLIT2、MLL、COBL、EPHA7驅(qū)動(dòng)突變及MYC、MYCL、FGFR1擴(kuò)增是SCLC重要的分子特征，而其中CREBBP、EP300、SLIT2均與組蛋白修飾過(guò)程相關(guān)。另一項(xiàng)基于42對(duì)SCLC及癌旁組織基因測(cè)序的研究［5］找出了22個(gè)體細(xì)胞熱點(diǎn)突變，并對(duì)這些突變聚集的基因家族和信號(hào)通路進(jìn)行總結(jié)。該研究還發(fā)現(xiàn)，與NSCLC相比，幾乎所有的SCLC樣本中都未檢測(cè)到K-ras基因突變。

單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)作為第3代遺傳標(biāo)志，決定基因的功能單位和人群遺傳變異的內(nèi)在特征，能夠反映個(gè)體表型、疾病易感性和對(duì)藥物、環(huán)境因子反應(yīng)的差異。近年的研究表明，SCLC的SNPs多發(fā)生于DNA修復(fù)基因、癌基因和抑癌基因、藥物代謝相關(guān)基因及凋亡相關(guān)基因等?，F(xiàn)有的研究顯示：堿基切除修復(fù)(base excision repair，BER)途徑中的8-羥基鳥(niǎo)嘌呤核苷酸酶編碼基因Val Met［21］、癌基因MYCL1 rs3134615［22］、抑癌基因TP53 Arg72Pro［23］可以增加罹患SCLC的易感性，X線修復(fù)交叉互補(bǔ)基因1(X-ray repair cross complementing group 1，XRCC1)Arg399Gln、8-羥基鳥(niǎo)嘌呤-DNA糖苷酶編碼基因Ser326Cys、嘌呤/嘧啶核酸內(nèi)切酶編碼基因Asp148Glu與SCLC的易感性可能無(wú)關(guān)［24-26］。此外，有研究報(bào)道上述基因中與XRCC1表達(dá)相關(guān)的SNPs［27］及TP53 Arg72Pro［28］高表達(dá)的SCLC患者的生存相關(guān)；此外，癌基因YAP rs10895256、rs716274［29］、多藥耐藥基因2［30］、BCL-2-938CC［31］、端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶基因rs402710［32］也與SCLC患者預(yù)后相關(guān)。

在一定程度上，SNPs還可用來(lái)預(yù)測(cè)化療療效。核苷酸切除修復(fù)途徑中的切除修復(fù)交叉互補(bǔ)基因ERCC6 C6530G等SNPs可能與SCLC患者對(duì)含鉑方案化療有效率及預(yù)后相關(guān)［33-34］；多藥耐藥基因1 2677G＞T和3435C＞T可作為EP方案化療療效預(yù)測(cè)因子［35］；死亡相關(guān)蛋白激酶3 rs11169748、甲基轉(zhuǎn)移酶樣6 rs2440915可輔助預(yù)測(cè)鉑類化療療效［36］。然而，上述SNPs位點(diǎn)的生物學(xué)意義還有待更大樣本研究的驗(yàn)證。

2 轉(zhuǎn)錄組特征

2.1 基因表達(dá)譜

表2總結(jié)了在SCLC中常見(jiàn)的過(guò)表達(dá)基因。SCLC往往高表達(dá)PCNA、端粒酶基因等高增殖活性相關(guān)基因，BCL-2等凋亡抑制基因和SYP(Syn)、CHGA(CgA)、NCAM1(CD56)、ASCL1、IA-1、GRP等神經(jīng)內(nèi)分泌基因。近期，Byers等［17］綜合應(yīng)用蛋白組和轉(zhuǎn)錄組分析SCLC和NSCLC在分子水平差異時(shí)發(fā)現(xiàn)，SCLC的一些受體酪氨酸激酶表達(dá)水平較低，PI3K和RAS/MAPK/ERK信號(hào)通路下調(diào)，但包括組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶(enhancer of zeste homolog 2，EZH2)在內(nèi)的E2F1調(diào)節(jié)因子都明顯上調(diào)，特別是作為DNA修復(fù)蛋白及E2F1共激活因子的聚腺苷酸二磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶-1［(poly (ADP-ribose) polymerase-1，PARP1］，其mRNA和蛋白均過(guò)表達(dá)，當(dāng)PARP1和EZH2基因敲除后SCLC細(xì)胞生長(zhǎng)受到明顯抑制。Sato等［18］又進(jìn)一步證實(shí)，EZH2所在的polycomb抑制復(fù)合體家族在SCLC中均過(guò)表達(dá)，且與患者的預(yù)后不良相關(guān)。已有臨床研究顯示，SCLC對(duì) PARP1抑制劑有很強(qiáng)的敏感性，可延緩SCLC患者的進(jìn)展，有良好的臨床應(yīng)用前景。

2.2 融合基因

隨著EML4-ALK融合基因在NSCLC中致病機(jī)制的闡釋，融合基因在腫瘤中的作用日益受到重視，轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)加速了該方面研究。Rudin等［5］在SCLC中發(fā)現(xiàn)了4個(gè)高頻融合基因并進(jìn)行了RT-PCR驗(yàn)證。其中RLF-MYCL1是SCLC中發(fā)生頻率最高(5/55)、報(bào)道最多的融合基因［4-5,41］，融合形式致使癌基因MYCL1激活并過(guò)表達(dá)，導(dǎo)致了細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化；通過(guò)siRNA抑制融合基因后SCLC細(xì)胞增殖明顯減慢。有研究提示［4-5,41］，融合基因多發(fā)生在拷貝數(shù)擴(kuò)增的位點(diǎn)，提示兩種事件可能并非獨(dú)立發(fā)生，或許可以用染色體碎裂(chromothripsis)解釋。SCLC患者中有少部分是從不吸煙者，融合基因在這些腫瘤中所起作用值得進(jìn)一步研究。

表2 小細(xì)胞肺癌常見(jiàn)過(guò)表達(dá)基因Tab. 2 Genes commonly overexpressed in SCLC

3 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

3.1 PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路

以往的研究提示，SCLC中存在磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)信號(hào)通路的組成性活化［42］和PI3K、PTEN的失活突變。此外，多種酪氨酸激酶受體(IGF1R、c-KIT、c-MET等)的過(guò)表達(dá)、70%患者AKT的磷酸化及細(xì)胞株mTOR和4EBP1蛋白表達(dá)的增加，似乎提示激活的PI3K/AKT/ mTOR信號(hào)通路影響著SCLC的增殖、抗凋亡及遷移。然而，PI3K抑制劑在目前的臨床研究中并未展現(xiàn)出預(yù)期療效，結(jié)合前述Byers等［17］發(fā)表的近乎相反的發(fā)現(xiàn)，似乎提示PI3K通路在SCLC中可能并沒(méi)有像在NSCLC中那樣作用顯著，但不排除PI3K通路在SCLC某些亞型中的活化，故PI3K在SCLC中的地位還有待證實(shí)。

3.2 干細(xì)胞信號(hào)通路

SCLC是表達(dá)神經(jīng)內(nèi)分泌標(biāo)志、臨床上最易復(fù)發(fā)和耐藥、分化程度最低的肺部腫瘤，發(fā)育及干細(xì)胞相關(guān)Hedgehog/Notch/Wnt通路為SCLC的研究及治療提供了新的視角。Notch通路可以調(diào)控氣管上皮是否向神經(jīng)內(nèi)分泌分化；氣管上皮前體細(xì)胞中Hedgehog通路的激活則可直接加速該細(xì)胞向神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞的轉(zhuǎn)化；支氣管上皮在煙草的作用下Wnt通路將激活，導(dǎo)致細(xì)胞增殖和腫瘤形成［43］。在SCLC中，Hedgehog通路呈現(xiàn)配體依賴的活化，其阻滯劑可在體內(nèi)及體外明顯抑制SCLC細(xì)胞的增殖［44］，現(xiàn)已有多種Hedgehog抑制劑進(jìn)入了臨床研究階段，結(jié)果令人期待。

4 結(jié)語(yǔ)

SCLC的發(fā)生、發(fā)展與多種分子遺傳變異相關(guān)，全基因組技術(shù)的進(jìn)步使得大量新位點(diǎn)甚至低頻、稀有變異的發(fā)現(xiàn)成為可能，這種以數(shù)據(jù)為導(dǎo)向的研究模式極大地提高了疾病研究的效率，為疾病的診治提供了更為有效的手段。但另一方面，人類基因組仍有很多未知，腫瘤基因組的復(fù)雜性對(duì)全基因組研究技術(shù)和生物信息學(xué)分析手段提出了更高要求，而高通量篩選結(jié)果仍需經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的功能和機(jī)制驗(yàn)證。新技術(shù)有望不斷推動(dòng)SCLC的研究，從而為進(jìn)一步理解、治療該疾病帶來(lái)希望。

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Recent advances of molecular genetic characteristics of small cell lung cancer

LIU Di, FAN Min
(Department of Radiation Oncology, Fudan University Shanghai Cancer Center, Department of Oncology, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai 200032, China)

FAN Min E-mail: fanming@fudan.edu.cn

Small cell lung cancer (SCLC) is an aggressive malignancy with fairly poor prognosis. Innovative treatment based on improved understanding of the genetic alterations of SCLC is awaited. Recently, a number of potential targets or important oncogenic pathways have been identified by the next generation sequencing or other systematic genomic analysis in SCLC. In this review, we summarised the new findings of genetic characteristics in SCLC.

Small cell lung cancer; Genomic variation; Gene expression pro filing; Oncogenic pathway

10.3969/j.issn.1007-3969.2014.08.013

R734.2

A

1007-3639(2014)08-0636-06

2013-09-31

2014-01-09）

衛(wèi)生部臨床學(xué)科重點(diǎn)項(xiàng)目(No：衛(wèi)規(guī)財(cái)函［2010］439號(hào))。

樊旼 E-mail:fanming@fudan.edu.cn