乳腺癌多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和精準(zhǔn)預(yù)防的研究進(jìn)展

范靜依,沈洪兵

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤,也是女性主要的癌癥死亡原因之一。2018年,全球女性乳腺癌新診斷病例超過210萬,占女性惡性腫瘤病例的1/4[1]。在我國(guó),2015年乳腺癌新發(fā)人數(shù)達(dá)27.2萬,占女性所有新發(fā)惡性腫瘤的15%[2]。因此,闡明乳腺癌發(fā)生的危險(xiǎn)因素,建立切實(shí)有效的防治措施,對(duì)預(yù)防乳腺癌發(fā)生及降低乳腺癌死亡率至關(guān)重要。既往研究表明,乳腺癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)與年齡、初潮或絕經(jīng)年齡、生育年齡、家族史、乳腺良性病變、不良生活方式等因素相關(guān)[3]。針對(duì)這些傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)因素,歐美研究者們已經(jīng)開發(fā)了多種風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型量化其綜合效應(yīng),并用于評(píng)估個(gè)體發(fā)生乳腺癌的概率。近年來,隨著全基因組關(guān)聯(lián)研究的進(jìn)展,遺傳信息也被納入到乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型之中,為乳腺癌高危人群的早期識(shí)別及精準(zhǔn)預(yù)防提供了更多的依據(jù)。

1 乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的研究現(xiàn)況

1989年,Gail等開發(fā)的Gail模型[4](又名乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具,BCRAT)是使用最早、最廣泛的乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型之一,主要納入了激素(初潮年齡,初次活產(chǎn)時(shí)的年齡)、病理(既往乳腺活檢的數(shù)量,非典型增生的個(gè)人病史)和一級(jí)乳腺癌家族史等信息。后續(xù)有研究者考慮到不同種族的影響,在Gail模型的基礎(chǔ)上開發(fā)了針對(duì)非裔美國(guó)女性的Care模型[5]和針對(duì)西班牙裔美國(guó)女性的Hispanic Modification-Banegas模型[6]。隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,又有研究者在前期模型的基礎(chǔ)上加入了乳房密度這個(gè)因素,建立了Chen模型[7]、Barlow模型[8]和Tice模型[9](又名乳腺癌監(jiān)測(cè)聯(lián)盟模型,BCSC)。此外,家族性乳腺癌研究揭示了早發(fā)性乳腺癌/卵巢癌易感基因BRCA1、BRCA2,因此針對(duì)有乳腺癌或卵巢癌或兩者都有家族史的個(gè)人,研究者提出了BRCAPRO模型[10]和BOADICEA模型[11],以預(yù)測(cè)其攜帶BRCA1或BRCA2突變的可能性及隨時(shí)間推移患乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)。2004年出現(xiàn)的Tyrer-Cuzick模型[12](又名國(guó)際乳腺癌干預(yù)研究模型,IBIS)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮了體重指數(shù)、激素替代性治療、BRCA1/2突變等,全面綜合了環(huán)境、個(gè)人及家族史等因素,已被研究證實(shí)具有更好的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度。這些模型經(jīng)過廣泛研究和驗(yàn)證,已被應(yīng)用于識(shí)別乳腺癌高危人群、提供篩查信息、指導(dǎo)遺傳咨詢和乳腺癌相關(guān)研究。

雖然上述部分風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型已考慮納入高外顯性乳腺癌易感基因來表示遺傳風(fēng)險(xiǎn)的影響,但是低外顯易感基因的效應(yīng)并未體現(xiàn)。研究表明,在普通人群中,只有5%的乳腺癌病例發(fā)現(xiàn)了諸如BRCA1、BRCA2、PALB2、ATM和CHEK2等基因的突變,并且其中只有30%～40%的病例有乳腺癌家族史[13-17]。隨著基因組學(xué)研究的進(jìn)展,研究者們逐漸認(rèn)識(shí)到乳腺癌的易感性與多基因相關(guān),并且高頻低外顯性基因也影響乳腺癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。早期的候選基因關(guān)聯(lián)研究策略主要分析與乳腺癌發(fā)生發(fā)展相關(guān)的重要生物學(xué)通路基因及其變異位點(diǎn),如DNA修復(fù)通路、雌激素代謝通路、血管生成和細(xì)胞周期調(diào)控通路等[18-19]。近年來,全基因組關(guān)聯(lián)研究(Genome-wide Association Study, GWAS)憑借大樣本、多階段、全基因組覆蓋等優(yōu)勢(shì)在闡明諸多疾病及性狀的遺傳易感性方面取得了重要進(jìn)展。全球協(xié)作腫瘤基因環(huán)境研究(The Collaborative Oncologic Gene-environment Study, COGS)和OncoArray聯(lián)盟等大型研究組織,在長(zhǎng)期樣本積累的基礎(chǔ)上合作開展了多項(xiàng)大規(guī)模的乳腺癌全基因組關(guān)聯(lián)研究[20-22],已系統(tǒng)鑒定了近200個(gè)與乳腺癌發(fā)病相關(guān)的遺傳變異位點(diǎn)。將這些乳腺癌相關(guān)的遺傳易感位點(diǎn)納入預(yù)測(cè)模型,將有助于提高預(yù)測(cè)能力,進(jìn)而推進(jìn)女性乳腺癌個(gè)體化風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及防治。

2 乳腺癌多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分的應(yīng)用進(jìn)展

2.1 乳腺癌PRS的構(gòu)建及早期應(yīng)用 由于單個(gè)或少數(shù)基因位點(diǎn)的效應(yīng)較弱,無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)疾病的遺傳風(fēng)險(xiǎn),因此需要綜合多基因多位點(diǎn)信息,多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分(polygenic risk score, PRS)是目前常用的策略。PRS旨在量化多個(gè)基因或位點(diǎn)的累積效應(yīng),將數(shù)十、數(shù)百、數(shù)千甚至更多的基因組變異信息濃縮成衡量個(gè)體疾病易感性的分值,進(jìn)而應(yīng)用于人群風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、篩查及干預(yù)方案的制定,是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性疾病精準(zhǔn)預(yù)防的關(guān)鍵。目前,該方法已經(jīng)在惡性腫瘤[23-24]、心血管疾病[25-26]等慢性疾病的預(yù)防和早診早治中有了一系列應(yīng)用,顯示出巨大潛力。早在2008年,Gail就試圖用當(dāng)時(shí)已發(fā)現(xiàn)的7個(gè)乳腺癌相關(guān)SNP構(gòu)建PRS以提高乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的效能。但研究結(jié)果表明7個(gè)易感SNP對(duì)乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)的影響較小,PRS模型的準(zhǔn)確度[曲線下面積(AUC)=0.57]并沒有優(yōu)于傳統(tǒng)的Gail模型(AUC=0.61)。隨后,研究者將這7個(gè)SNP納入到Gail模型中,可將模型的AUC提高至0.63,但對(duì)模型的改善較小,預(yù)測(cè)效能及價(jià)值有限[27]。

隨著全基因組關(guān)聯(lián)研究的發(fā)展及越來越多乳腺癌易感位點(diǎn)的闡明,多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分的預(yù)測(cè)效能也在不斷提高。2015年,國(guó)際乳腺癌研究聯(lián)盟(Breast Cancer Association Consortium, BCAC)研究人員利用77個(gè)已知的乳腺癌易感性SNP建立了乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分PRS-77,評(píng)價(jià)了其應(yīng)用價(jià)值。結(jié)果表明,PRS最高1%的女性患乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)是中間40%～60%女性的3倍;此外,沒有家族史的女性中,PRS最低和最高20%女性的終身乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)分別為5.2%和16.6%,而在具有一級(jí)親屬乳腺癌家族史的女性中則為8.6%和24.4%,提示PRS-77對(duì)于有或無乳腺癌家族史的女性均具有較好的風(fēng)險(xiǎn)分層效能。同時(shí),該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分還有利于改善乳腺癌的臨床篩查方案。英國(guó)推薦一般女性在47歲時(shí)開始進(jìn)行乳房X線檢查(該年齡女性乳腺癌的平均10年絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)約為2.4%),這種基于年齡“一刀切”的篩查方法未考慮風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體差異,同時(shí)存在過度診斷的風(fēng)險(xiǎn)[28]。研究者發(fā)現(xiàn),通過PRS-77評(píng)估,遺傳風(fēng)險(xiǎn)最高10%的女性將在30～40年齡段即達(dá)到推薦方案的風(fēng)險(xiǎn)閾值,而處于遺傳風(fēng)險(xiǎn)最低10%的女性卻終身低于該閾值。因此,遺傳風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分可以更有效地進(jìn)行高危人群分層,指導(dǎo)乳腺癌篩查[29]。隨后,Dite等利用澳大利亞乳腺癌家庭登記系統(tǒng)的數(shù)據(jù),將PRS-77和現(xiàn)有的4種臨床乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型(Gail模型、BRCAPRO模型、BOADICEA模型和Tyrer-Cuzick模型)相結(jié)合,進(jìn)一步評(píng)估其預(yù)測(cè)價(jià)值。結(jié)果發(fā)現(xiàn),4種風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型單獨(dú)的AUC分別為0.66、0.65、0.64和0.57,而與PRS-77結(jié)合后,分別提高至0.70、0.69、0.66和0.63,這一結(jié)果發(fā)現(xiàn)納入PRS的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型可使50歲以下女性的乳腺癌預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度提高20%以上[30]。2017年8月開始,美國(guó)商業(yè)基因檢測(cè)公司Myriad Genetics在MyRisk多基因面板中整合了82個(gè)SNP,并利用由此產(chǎn)生的乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)和Tyrer-Cuzick模型對(duì)女性患乳腺癌的5年風(fēng)險(xiǎn)和終身風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)[31]。

2.2 乳腺癌PRS的應(yīng)用拓展 前期PRS構(gòu)建主要依據(jù)GWAS發(fā)現(xiàn)的少數(shù)乳腺癌顯著易感位點(diǎn),未能考慮基因組其他遺傳變異對(duì)于乳腺癌易感性的影響。2018年,Khera等[32]提出了基于全基因組的多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分(Genome-wide polygenic score,GPS),通過放寬閾值納入更多的易感位點(diǎn),從而改善PRS;他們還發(fā)現(xiàn),當(dāng)以關(guān)聯(lián)性P<5×10-4且連鎖不平衡r2<0.2的標(biāo)準(zhǔn)篩選遺傳變異時(shí),乳腺癌GPS的預(yù)測(cè)效能最高,能夠鑒定出1.5%的乳腺癌高危人群,其發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)為一般人群的3倍。

值得注意的是,已發(fā)表的大多PRS相關(guān)研究主要關(guān)注乳腺癌總體人群,但乳腺癌不同亞型往往存在較大的異質(zhì)性。因此,隨著多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分的進(jìn)展,有研究者開始嘗試對(duì)乳腺癌特異亞型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分的構(gòu)建,以期為個(gè)體預(yù)防提供更精準(zhǔn)的證據(jù)。2019年,BCAC研究人員在前期研究的基礎(chǔ)上針對(duì)ER特異性乳腺癌進(jìn)一步優(yōu)化了PRS的構(gòu)建。他們首先采用多個(gè)顯著性標(biāo)準(zhǔn)在總?cè)橄侔〨WAS數(shù)據(jù)中篩選出預(yù)測(cè)效能最高的PRS(由305個(gè)易感SNPs構(gòu)成),在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步納入6個(gè)獨(dú)立的ER陽性乳腺癌易感SNPs和位于BRCA2及CHEK2基因上的2個(gè)罕見變異?；谶@313個(gè)SNPs,研究者分別使用總?cè)橄侔?quán)重、亞型特異性權(quán)重、混合權(quán)重等方法分別構(gòu)建PRS。結(jié)果表明,對(duì)于ER陽性和陰性乳腺癌,基于總?cè)橄侔?quán)重構(gòu)建的PRS對(duì)腫瘤發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的效應(yīng)(PRS每增加1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的比值比)分別為1.73和1.37;亞型特異性PRS的效應(yīng)分別是1.74和1.45;混合權(quán)重PRS的效應(yīng)分別是1.74和1.47,表明混合權(quán)重PRS(即PRS-313)的預(yù)測(cè)效能最佳。隨后他們將PRS-313在10項(xiàng)前瞻性研究和UK Biobank的獨(dú)立測(cè)試集中進(jìn)行了驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)PRS-313比之前報(bào)道的PRS-77的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)效果更佳,相較于PRS-313中間40%～60%的女性,最高1%的女性患ER陽性和ER陰性乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)分別增加了3.37倍和1.78倍,而最低1%的女性患ER陽性和ER陰性乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)則分別降低84%和73%。該研究表明PRS可以有效預(yù)測(cè)不同亞型的乳腺癌風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)一步指導(dǎo)乳腺癌精準(zhǔn)預(yù)防方案的制定[33]。

2.3 PRS和環(huán)境因素共同預(yù)測(cè)乳腺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn) 應(yīng)用PRS和環(huán)境危險(xiǎn)因素共同構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型,可以進(jìn)一步優(yōu)化乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)效能,為乳腺癌的防治提供更多的指導(dǎo)[34-36]。乳腺癌和前列腺癌隊(duì)列協(xié)會(huì)(BPC3)的一項(xiàng)研究使用92個(gè)乳腺癌相關(guān)SNP構(gòu)成的PRS-92、乳腺癌不可改變的危險(xiǎn)因素(家族史、身高和生育史)和可改變的危險(xiǎn)因素(BMI、MHT、飲酒和吸煙)構(gòu)建乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型并進(jìn)行評(píng)價(jià)[37]。結(jié)果顯示,危險(xiǎn)因素單獨(dú)構(gòu)建的模型AUC為0.588,單獨(dú)PRS構(gòu)建的模型AUC為0.623,而將兩者結(jié)合,整體模型的AUC可提高至0.648。盡管AUC值較低,但是這些模型,尤其是包括PRS在內(nèi)的模型,可以發(fā)現(xiàn)人群中乳腺癌絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的顯著分布差異,進(jìn)而更好的進(jìn)行高危人群分層。美國(guó)預(yù)防服務(wù)工作組(USPSTF)目前建議年齡為50～74歲的女性每2年進(jìn)行1次乳腺X線篩查。而該研究發(fā)現(xiàn),上述PRS-92和傳統(tǒng)危險(xiǎn)因素共同構(gòu)建的模型可以改善這一篩查建議。例如,該模型的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)有16.1%的女性在40歲時(shí)發(fā)生乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)即高于50歲女性的平均風(fēng)險(xiǎn),需考慮提前接受乳腺X線篩查;此外,有32.0%的女性人群年齡達(dá)到50歲時(shí),其乳腺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)尚低于40歲女性的平均風(fēng)險(xiǎn),因此這些女性從目前的乳腺癌篩查方案中獲益較低[37]?；诨蚺c環(huán)境因素共同構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型,可以提高模型的預(yù)測(cè)能力,改善乳腺癌的篩查方案。

3 乳腺癌多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分面臨的挑戰(zhàn)

首先,PRS識(shí)別的高危人群僅占全部病例的一小部分。如上文提及的BCAC 2019年研究顯示,在PRS占最高比例1%、5%、10%和20%的女性中,其發(fā)生的乳腺癌病例分別占全人群乳腺癌病例的3.6%、12%、21%和35%[33]。該問題在一定程度上可歸因于“遺傳度缺失”。已有研究表明,罕見的低頻變異有可能解釋很大一部分的遺傳度[38]。因此,未來的乳腺癌多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分模型將需要納入更多類型的易感性變異,包括常見、低頻和罕見變異[39]。同時(shí),隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展和成本的下降,基于全基因組測(cè)序的分型信息進(jìn)行PRS構(gòu)建已成為可能,但其預(yù)測(cè)效能是否更具有優(yōu)勢(shì)還有待進(jìn)一步評(píng)估。

其次,作為一種復(fù)雜性疾病,遺傳和環(huán)境因素共同影響乳腺癌的發(fā)生。雖然已有研究考慮到分析乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型中的基因-環(huán)境交互作用[40]。但是,與遺傳變異不同,環(huán)境因素可以在個(gè)人的整個(gè)生命周期內(nèi)不斷發(fā)生變化(尤其是生活方式和飲食習(xí)慣)。因此,需要通過前瞻性隊(duì)列研究設(shè)計(jì),對(duì)環(huán)境因素或相關(guān)生物標(biāo)志物進(jìn)行多次測(cè)量,并開發(fā)新的統(tǒng)計(jì)方法,以建立具有時(shí)間依賴性因素的乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型。

此外,我們還需要考慮不同種族和病理亞型患者中的乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型。目前的乳腺癌PRS基本都是針對(duì)歐美人群進(jìn)行開發(fā)和驗(yàn)證,由于不同人群遺傳結(jié)構(gòu)的差異,其并不一定適用于亞洲人群。另有研究表明,現(xiàn)有的PRS對(duì)ER陽性乳腺癌的預(yù)測(cè)性較高,但對(duì)ER陰性乳腺癌的預(yù)測(cè)性稍差[33]。因此,我們?nèi)孕栝_展大量的研究來開發(fā)適合于亞洲人群的乳腺癌PRS,并提高對(duì)ER陰性乳腺癌患者的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。

最后,我們還應(yīng)該意識(shí)到,PRS旨在評(píng)估個(gè)體在未來某一時(shí)間段內(nèi)罹患疾病風(fēng)險(xiǎn)的概率,而非診斷個(gè)體是否患有疾病。對(duì)PRS的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),有可能會(huì)帶來一系列的倫理和法律問題,引發(fā)不良的社會(huì)心理,也會(huì)阻礙PRS的大規(guī)模應(yīng)用。因此,如何對(duì)遺傳風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分進(jìn)行科學(xué)的解讀、提高公眾對(duì)新型風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方案的認(rèn)可度、確定最佳的服務(wù)機(jī)制和開發(fā)新的風(fēng)險(xiǎn)咨詢方式也是當(dāng)前研究者和醫(yī)務(wù)工作者需要考慮的問題。