肺癌全基因組關(guān)聯(lián)研究進(jìn)展

楊興禮+++++付永全++++++劉小軍++++++張瑋++++++陶濤

[摘要] 近年來(lái)，肺癌全基因組關(guān)聯(lián)研究不斷在世界各地實(shí)施，研究對(duì)象從最初的單一歐洲人群到擴(kuò)大至多種族多中心的人群，并逐步根據(jù)吸煙、性別、污染、藥物作用等背景情況作了細(xì)分研究。近年來(lái)高密度芯片/測(cè)序技術(shù)的應(yīng)用幫助研究人員發(fā)現(xiàn)了一系列在不同背景下，和不同腫瘤類型相關(guān)的基因位點(diǎn)突變，有部分有一定的健康和臨床指導(dǎo)價(jià)值。本文對(duì)近年來(lái)肺癌全基因組關(guān)聯(lián)發(fā)現(xiàn)的染色體遺傳易感基因多態(tài)位點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，作此綜述。

[關(guān)鍵詞] 全基因組關(guān)聯(lián)研究；肺癌；遺傳變異；單核苷酸多態(tài)性；基因組

[中圖分類號(hào)] R734.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-7210（2017）10（c）-0034-04

The progress of GWAS in lung cancer research

YANG Xingli1 FU Yongquan1 LIU Xiaojun2 ZHANG Wei2 TAO Tao2

1.Bringspring Science and Technology Co.， Ltd.， Liaoning Province， Shenyang 110027， China； 2.Hangzhou Miti-Genomics Co.， Ltd.， Zhejiang Province， Hangzhou 310053， China

[Abstract] In the last decade， there have been numerous genome-wide association studies for lung cancer. The studies′ target population have expanded from Caucasians to multi-racial， incorporating the disease and genetic relations with environment factors， such as smoking， air pollution， gender and drug effects for deeper understandings. Through these studies， researchers discover series of genetic mutations related to different cancer types using high-density microarray and next generation sequencing technologies. Some of these mutation findings have high values in health management and clinical usages. This article systemic reviews current genome-wide association studies for lung cancer.

[Key words] GWAS； Lung cancer； Genetic variant； SNP； Genome

肺癌已成為我國(guó)發(fā)病率和死亡率最高的一種癌癥。據(jù)《2015中國(guó)癌癥統(tǒng)計(jì)》顯示，中國(guó)男性肺癌的發(fā)病率為50.9/10萬(wàn)人年，中國(guó)女性肺癌的發(fā)病率也達(dá)22.4/10萬(wàn)人年[1]。肺癌是環(huán)境和遺傳因素共同作用的結(jié)果，80%以上的肺癌和煙草接觸有關(guān)，但僅有不到20%的吸煙人發(fā)生肺癌[2]，這說(shuō)明遺傳因素在肺癌發(fā)病中起重要作用。因此，研究肺癌發(fā)病中涉及的生物學(xué)通路、發(fā)現(xiàn)肺癌相關(guān)變異位點(diǎn)，在預(yù)測(cè)、診斷、治療、預(yù)后等方面具有重要臨床價(jià)值。早期研究使用候選基因法[3]，一次檢測(cè)一個(gè)或幾個(gè)基因多態(tài)性，但單個(gè)基因上的變異對(duì)癌癥的作用是微效的，腫瘤的發(fā)生是多個(gè)變異累積作用的結(jié)果[4]。為全面研究與癌癥易感性相關(guān)的遺傳變異，從全基因組水平對(duì)單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）進(jìn)行篩選和識(shí)別的全基因組關(guān)聯(lián)研究（genome-wide association study，GWAS）應(yīng)運(yùn)而生。

GWAS研究采用高通量的高密度基因芯片或測(cè)序儀，分析幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)個(gè)涵蓋人類基因組范圍的遺傳變異，采用較大的病例-對(duì)照研究樣本量，發(fā)現(xiàn)與疾病相關(guān)的陽(yáng)性位點(diǎn)，再以獨(dú)立的驗(yàn)證和篩選得到與該疾病關(guān)聯(lián)最為密切的易感性點(diǎn)。迄今為止，利用GWAS已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些與肺癌相關(guān)聯(lián)的疾病易感基因、區(qū)域和位點(diǎn)。為進(jìn)一步研究肺癌的遺傳機(jī)制，筆者特對(duì)肺癌GWAS研究進(jìn)展作一綜述。

1 易感人群

1.1 歐洲人群

自2008年起，有多個(gè)肺癌GWAS研究在歐洲人群中實(shí)施，最先發(fā)現(xiàn)的高風(fēng)險(xiǎn)基因區(qū)域位于染色體15q24～15q25，之后在染色體5p15、6p21區(qū)域上也找到多個(gè)和肺癌相關(guān)的SNP位點(diǎn)[5-6]。這些研究發(fā)現(xiàn)，定位于染色體15q上的CHRNA3、CHRNA5基因，5p上的TERT-CLPTM1L基因和6p上的BAT3-MSH5基因的多個(gè)位點(diǎn)變異與肺癌風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)烈相關(guān)。其中，15q25.33上的rs1051730高風(fēng)險(xiǎn)變異在多個(gè)獨(dú)立肺癌GWAS研究中被發(fā)現(xiàn)，但此變異的作用機(jī)制和影響程度的結(jié)論不盡相同。Han等[7]通過META分析相關(guān)肺癌GWAS研究的數(shù)據(jù)，收錄31個(gè)獨(dú)立研究成果，作出綜合進(jìn)行調(diào)整后的結(jié)論，使得對(duì)rs1051730在肺癌中的作用認(rèn)識(shí)更加客觀真實(shí)。

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一個(gè)已知肺癌危險(xiǎn)因素。Artigas等[8]通過GWAS研究，發(fā)現(xiàn)和COPD相關(guān)的多個(gè)位點(diǎn)。Liu等[9]對(duì)這些位點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行定向測(cè)序后GWAS分析，發(fā)現(xiàn)CCDC147基因和DBH基因各有一個(gè)罕見突變是家族性遺傳罕見肺癌的高風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)，和吸煙導(dǎo)致的氣道功能變相關(guān)。Wang等[10]使用一款包含24萬(wàn)個(gè)低頻變異探針的芯片，對(duì)4個(gè)歐洲人群的肺癌GWAS數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，首次發(fā)現(xiàn)位于BRCA2基因的一個(gè)罕見變異與肺癌易感性相關(guān)。研究佐證了先前的CHEK2基因與鱗狀細(xì)胞癌存在聯(lián)系的研究結(jié)果，并首次在歐洲人群發(fā)現(xiàn)rs13314271變異和肺腺癌相關(guān)，此變異最先由Miki等[11]在亞洲人群中發(fā)現(xiàn)。McKay等[12]主導(dǎo)的迄今為止的最大的一個(gè)肺癌GWAS研究，收入14 803例肺癌樣本和12 262例對(duì)照樣本，定位出18個(gè)肺癌易感基因座，10個(gè)為新發(fā)現(xiàn)基因座，其中4個(gè)與肺癌整體發(fā)病相關(guān)，另6個(gè)和腺癌發(fā)病相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，8p21上的高風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)rs1178047攜帶者有更強(qiáng)的吸煙傾向和更早的吸煙年齡，但和開始吸煙后的成癮性無(wú)關(guān)。endprint

1.2 亞洲人群

2011年我國(guó)Hu等[13]發(fā)表了第一篇漢族人群肺癌GWAS研究結(jié)果，對(duì)2383例肺癌病例和3160例對(duì)照病例進(jìn)行了芯片掃描，在一個(gè)包含6313例患者和6409例對(duì)照的樣本中進(jìn)行驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn)了4個(gè)染色體區(qū)域的遺傳變異與中國(guó)人群肺癌發(fā)病顯著相關(guān)，其中13q22區(qū)域的rs753955，22q12區(qū)域的rs17728461和rs36600是中國(guó)人群特異性的肺癌易感位點(diǎn)變異。2012年Dong等[14]在中國(guó)人群中的研究共納入7463例肺癌患者和7483名對(duì)照者，又發(fā)現(xiàn)3個(gè)與中國(guó)人群肺癌相關(guān)的新易感位點(diǎn)，分別是10p14上的rs166 3689， 5q32上的rs2895680和20q13.2上的rs4809957。研究也發(fā)現(xiàn)rs2895680、rs4809957、rs247008和rs9439 519和吸煙數(shù)量相關(guān)。Bae等[15]用GWAS方法研究已在其他人群發(fā)現(xiàn)的肺癌基因高風(fēng)險(xiǎn)變異在韓國(guó)人群中的分布和作用，發(fā)現(xiàn)15q25.1和5p15.33上的rs2036527和rs2853677也為韓國(guó)人群的高風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)，6p21上3個(gè)在歐洲人群中常見的高風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)rs3117582、rs3131379和rs4324798在韓國(guó)人群中極少發(fā)生且和肺癌發(fā)病不相關(guān)。在先前的GWAS研究中，在15q25區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量和尼古丁成癮相關(guān)高風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)。我國(guó)Cheng等[16]利用重測(cè)序深度分析了該區(qū)域，發(fā)現(xiàn)rs6495304和rs74733525兩個(gè)全新漢族人群肺癌特異性位點(diǎn)（白人中罕見）。該研究表明，rs6495304和吸煙行為及腦組織中的CHRNA3表達(dá)密切相關(guān)，可能對(duì)尼古丁成癮有影響。

1.3 非洲裔人群

美國(guó)非裔人群的吸煙率低于高加索人群，但肺癌發(fā)病率要高于高加索裔，且死亡率高[3]。Patel等[17]對(duì)美國(guó)非洲裔、夏威夷裔、日本裔、拉丁裔和白人的吸煙者進(jìn)行了10年的追蹤，發(fā)現(xiàn)非洲裔人群尿液中尼古丁類似物，3-PheOH酶和強(qiáng)致癌物PheT顯著高于其他人群。通過GWAS分析，將相關(guān)的變異定位在GSTT1和GSTT2基因，該基因作用為調(diào)控多芳香環(huán)族物質(zhì)的體內(nèi)解毒過程，但未明確位點(diǎn)。Zanetti等[18]進(jìn)行了一項(xiàng)多中心非裔美國(guó)肺癌患者的GWAS研究，在866例患者和796例對(duì)照者中進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)位于15q25.1和5p15.33上的rs2036527和rs2853677分別影響CHR？鄄NA5和TERT基因，與歐洲白人、東亞人群相同，為肺癌高風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)。

2 環(huán)境與肺癌的作用

空氣污染和吸煙是肺癌發(fā)病的重要危險(xiǎn)因素。Wei等[19]通過GWAS研究了石棉污染下的肺癌風(fēng)險(xiǎn)，觀察到C7orf54基因上的的rs13383928和肺癌相關(guān)性最顯著，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Liu等[20]的GWAS研究也證實(shí)MIRLET7BHG基因上的多個(gè)SNP位點(diǎn)和石棉污染導(dǎo)致的肺癌相關(guān)，在女性中更具風(fēng)險(xiǎn)性，但也未顯示統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的明顯差異。

在東亞國(guó)家，女性中不吸煙者居多，且不吸煙女性患肺癌時(shí)腺癌為常見類型。因此，多個(gè)女性非吸煙者肺癌GWAS實(shí)驗(yàn)在東亞各國(guó)實(shí)施。Hosgood等[21]對(duì)3467例肺癌女性和3787例對(duì)照女性進(jìn)行GWAS研究，證實(shí)TP63上的rs10937405和rs4488809是東亞女性肺腺癌的高風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)，且rs10937405影響更大。Lan等[22]在亞洲非吸煙女性肺癌患者中進(jìn)行了一個(gè)收錄共計(jì)5510例肺癌患者及4544例對(duì)照者的GWAS研究，發(fā)現(xiàn)10q25.2、6q22.2和6p21.32上的共3個(gè)非吸煙女性肺癌易感位點(diǎn)，并證明位于15q25內(nèi)的易感位點(diǎn)只在吸煙女性人群中顯著增加肺癌風(fēng)險(xiǎn)。

我國(guó)Zhang等[23]實(shí)施的中國(guó)吸煙人群的肺癌GWAS研究發(fā)現(xiàn)，14q22.1上的rs1316298和15q22.32上的rs4589502兩個(gè)和吸煙相關(guān)的肺癌風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)攜帶rs1316298的TT基因型或者rs4589502的CT或TT基因型人群，吸煙對(duì)其具有更大危害效應(yīng)，對(duì)此類人群，應(yīng)當(dāng)禁煙。

3 肺癌預(yù)后藥物敏感性

除了研究與肺癌發(fā)病相關(guān)的遺傳變異之外，人體對(duì)癌癥治療的藥物敏感性和預(yù)后也是臨床遺傳學(xué)研究的重要內(nèi)容。已有學(xué)者使用GWAS研究方法考察變異和各種類型肺癌生存期的關(guān)系。Tang等[24]發(fā)現(xiàn)，CAMK2D基因上的rs10023113可能可作為漢族人早期非小細(xì)胞肺癌生存期預(yù)測(cè)的一個(gè)指標(biāo)。Sato等[25]發(fā)現(xiàn)，EIF4E2基因上的rs1656402，ETS2基因上的rs1209950，DSCAM基因上的rs9981861，與以鉑類和紫杉醇藥物治療的晚期非小細(xì)胞肺癌患者生存期減少有關(guān)。Wu等[26]發(fā)現(xiàn)，CMKLR1基因上的rs1878022，SORCS2基因的rs10937823也和鉑類治療的多個(gè)種族患者生存期相關(guān)。Hu等[27]通過GWAS發(fā)現(xiàn)5個(gè)SNP與中國(guó)肺癌患者生存期相關(guān)，其中的rs7629386和rs3850370作用與歐美研究報(bào)道的一致。Wu等[28]分析全基因組SNP與小細(xì)胞肺癌患者鉑類藥化療敏感性及生存期的關(guān)系，首先發(fā)現(xiàn)YAP1基因上的rs1820453，以及DYNC2H1基因下游的rs716274與患者生存期相關(guān)。但總而言之，以GWAS方法研究遺傳變異和肺癌患者生存期和藥物敏感性雖有一系列結(jié)果，但可重復(fù)性差，不可作為臨床參考，可能與腫瘤異質(zhì)性和入組患者數(shù)量不足有關(guān)。

4 信號(hào)通路肺癌GWAS研究

GWAS通路分析是將GWAS所檢測(cè)的遺傳變異按可能的生物學(xué)通路排列，并比較各個(gè)通路在病例組和對(duì)照組中的差異，有利于發(fā)現(xiàn)新的與疾病關(guān)聯(lián)的基因集合。Shi等[29]在歐洲肺鱗癌人群中，利用GWAS研究炎性反應(yīng)通路中數(shù)條信號(hào)通路的差異，發(fā)現(xiàn)12p 13.33上的rs6489769是RAD52基因的高風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)，可能影響染色體同源重組時(shí)DNA雙鏈修復(fù)過程。Spitz等[30]發(fā)現(xiàn)CVR1B基因內(nèi)含子區(qū)域的rs12809597，是二手煙導(dǎo)致的肺癌的高風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)，這和CVR1B參與氣道重塑的功能相符。Feng等[31]利用通路GWAS分析，發(fā)現(xiàn)位于T細(xì)胞蛋白酪氨酸磷酸酶信息通路上的基因PTPN2有兩個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)rs2847297和rs2847282，且有作為肺癌診斷的潛力。endprint

5 討論與展望

GWAS開創(chuàng)了研究腫瘤遺傳易感基因的新時(shí)代，雖然在肺癌GWAS領(lǐng)域我國(guó)起步較晚，但近幾年來(lái)中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在此領(lǐng)域有多篇高影響因子科研結(jié)果論文發(fā)表，整體已接近世界先進(jìn)水平，但肺癌遺傳病因?qū)W的研究工作仍然任重道遠(yuǎn)。首先，目前GWAS所用芯片只能檢測(cè)變異頻率較高的SNP，但可能存在“罕見變異-常見疾病”的情況被忽視，需要更大樣本量，或者測(cè)序技術(shù)/低頻芯片的大量應(yīng)用。其次，DNA拷貝數(shù)變異、缺失/插入、甲基化對(duì)肺癌作用仍缺少研究。第三，有些遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素只在有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素存在時(shí)顯現(xiàn)效應(yīng)，如中國(guó)女性的肺癌可能和中國(guó)女性從事烹飪工作較多有關(guān)，所以在研究中應(yīng)盡可能整合已知的環(huán)境因素進(jìn)行分析。第四，要將研究成果應(yīng)用于實(shí)際，即應(yīng)用于肺癌的個(gè)體化預(yù)警、預(yù)防、干預(yù)和治療中。這些工作都有很大的難度，但同時(shí)也具有很大的機(jī)遇。

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（收稿日期：2017-07-07 本文編輯：程 銘）endprint