食管癌分子分型的遺傳學(xué)基礎(chǔ)

李利艷，敬 佩，李榮耀，李恩民

1999年美國國立癌癥研究所提出腫瘤分子分型的概念，即通過綜合的分子分析技術(shù)進行腫瘤的分類，由以形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑肿犹卣鳛榛A(chǔ)的新的腫瘤分類系統(tǒng)。這一觀點的提出，推動了以DNA、RNA和蛋白分子在腫瘤中差異表達為基礎(chǔ)的分子分型研究的廣泛開展。近年來，由于食管癌的遺傳學(xué)研究不斷深入，高通量測序技術(shù)不斷完善，食管癌的分子分型研究同樣發(fā)展迅速。大量文獻報道了食管癌基因組測序及食管癌遺傳異常的研究成果，進一步推進了食管癌變的分子機制研究，為食管癌的分子分型奠定了理論基礎(chǔ)。

1 食管癌相關(guān)基因突變

利用全基因組測序(whole genome sequencing,WGS)或全基因組外顯子測序(whole exome sequencing,WES)等方法，揭示食管癌相關(guān)遺傳基因的突變情況[1-5]，詳見表1-2。

表1 ESCC相關(guān)突變基因[1-5]

表2 EAC相關(guān)突變基因[6-7]

1.1 ESCC相關(guān)基因突變

1.1.1NOTCH1人類的NOTCH1基因位于核基因組9q34.3，是蛋白編碼基因，其編碼蛋白為I型跨膜蛋白，是NOTCH蛋白家族的成員，擁有細胞表面受體和基因轉(zhuǎn)錄因子雙重功能，主要在脂肪、皮膚和脾臟等組織細胞中表達。從腫瘤相關(guān)功能的角度，NOTCH1基因歸屬于原癌基因的范疇。實驗研究發(fā)現(xiàn)，NOTCH1基因的突變是ESCC中較常見的原癌基因突變。NOTCH蛋白家族，除了NOTCH 1外，還有NOTCH 2、NOTCH 3和NOTCH 4等，是細胞NOTCH信號通路關(guān)鍵的跨膜蛋白節(jié)點，在55%的Ⅰ期ESCC 中有突變，提示NOTCH信號通路在早期ESCC中發(fā)揮作用。2016年，Song等用二代測序技術(shù)(next generation-sequencing,NGS)分析了104例中國ESCC中NOTCH1基因的突變情況，發(fā)現(xiàn)該基因的突變與細胞的分化、病程、癌細胞局部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)，且NOTCH1基因突變的食管癌患者相較于未突變患者生存期短、化療抵抗[12]?；诖?，該文作者提出NOTCH1基因及其突變或可用于ESCC分子分型，預(yù)警ESCC患者預(yù)后。

1.1.2FAM135B人類的FAM135B(family with sequence similarity 135，member B,FAM135B)基因位于核基因組8q24.23，其編碼的蛋白主要表達于睪丸、大腦和腎上腺等組織細胞。目前，有關(guān)FAM135B基因在腫瘤等疾病發(fā)生發(fā)展中的生物學(xué)功能尚不清楚。Song等研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AM135B在6.8%(6/88)的ESCC組織中發(fā)生非沉默性突變，在25%(35/140)的ESCC組織中存在擴增，其突變與ESCC患者的預(yù)后不良顯著正相關(guān)[2]。同樣，F(xiàn)AM135B也可能成為ESCC分子分型的重要分子，預(yù)警ESCC患者的預(yù)后。

1.2 EAC相關(guān)基因突變

1.2.1TP53TP53編碼p53蛋白，被稱為“基因組的守護者”，是人類癌癥中最常見的突變基因之一[13]，也是EAC中突變頻率最高的抑癌基因。WGS和WES研究表明，EAC和發(fā)育異常的BE都有高達70%的TP53基因突變率，表明該基因在EAC發(fā)病中發(fā)揮作用[6,14-15]。另外，突變的TP53基因與EAC患者的不良預(yù)后相關(guān)，但與腫瘤分期無關(guān)[8]。根據(jù)TP53基因的突變狀態(tài)對EAC患者進行分層分析，可能對EAC臨床個體化治療具有指導(dǎo)意義；例如，TP53基因在EAC中的突變狀態(tài)可以預(yù)測對標準化療方案(如氟尿嘧啶或順鉑)的反應(yīng)性[16]。

1.2.2ARID1A人類的ARID1A基因位于核基因組1p36.11，是一種重要的抑癌基因，編碼一種ATP依賴的染色質(zhì)重塑因子，屬于SWI/SNF重塑復(fù)合物成員[17]。在EAC中，ARID1A調(diào)節(jié)癌細胞的生長增殖和侵襲，且ARID1A敲除的癌細胞增殖能力增強，而ARID1A缺失的癌細胞，ARID1A重新表達可顯著抑制癌細胞的增殖[9]。ARID1A的突變廣泛存在，且與多種人類腫瘤的發(fā)生相關(guān)。ARID1A在EAC中的突變率較ESCC中的高[7]，與EAC患者的不良預(yù)后正相關(guān)，可用于EAC分子分型，可能是識別胃腸道腫瘤患者對免疫治療反應(yīng)的分子標志物。

2 食管癌相關(guān)基因拷貝數(shù)變異

拷貝數(shù)變異(copy number variation,CNV)是指基因組中大于1 kb的DNA片段，通常在1 kb至3 Mb范圍，發(fā)生插入、擴增或缺失等變異，可改變相應(yīng)基因的編碼序列，影響基因遠距離表達調(diào)控，進而影響基因的表型，引起疾病的發(fā)生或增加疾病發(fā)生的易感性，是一種重要的與疾病易感相關(guān)的遺傳變異[18]。人群中頻率大于1%的CNV也被稱作拷貝數(shù)多態(tài)性(copy number polymorphism，CNP)，為常見的CNV。CNV覆蓋更多的核苷酸序列，因而可能覆蓋更多的功能性基因的DNA，對基因表達和疾病易感性的影響較SNP更大[19]。目前，利用熒光原位雜交技術(shù)(fluorescence in situ hybridization,FISH)、NGS以及比較基因組雜交技術(shù)(comparative genomic hybridization,CGH)等高通量手段，已鑒定出多個與食管癌相關(guān)的基因組拷貝數(shù)變異位點[20-21]。然而，迄今為止，有關(guān)CNV與食管癌的發(fā)生發(fā)展、預(yù)后及治療等的研究尚少。

2.1 ESCC相關(guān)基因拷貝數(shù)變異

人類的PIK3CA基因位于染色體3q26.3，共包含20個外顯子，編碼磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase,PI3K)的催化亞基p110ɑ。PIK3CA基因突變在人類惡性腫瘤中十分常見，近1/3人類實體腫瘤存在PIK3CA突變，且突變形式多樣，包括缺失和擴增等[22]。PIK3CA基因突變導(dǎo)致PI3K/PTEN/AKT/mTOR信號通路的異常活化，進而影響ESCC的發(fā)生發(fā)展[23]。Shigaki H等研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)生在PIK3CA基因第九和第十二外顯子的突變與ESCC較好的預(yù)后呈正相關(guān)[24]。因此，通過PIK3CA基因CNV探索ESCC生物分子標記物具有廣闊的臨床應(yīng)用價值。然而，PIK3CA突變在ESCC發(fā)生發(fā)展中的機制依然不清楚。

2.2 EAC相關(guān)基因拷貝數(shù)變異

人類的ERBB2基因，又稱HER2基因，位于核基因組17q12，隸屬于細胞表皮生長因子受體酪氨酸激酶基因家族，是重要的原癌基因，與家族其它成員EGFR/HER1、HER3和HER4共同形成了一個廣泛的信號網(wǎng)絡(luò)，促進腫瘤細胞增殖、抑制腫瘤細胞凋亡、促進腫瘤細胞遷移。HER2蛋白二聚化通過促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)、磷酸肌醇-3激酶(phosphoinsitide-3-kinase,PI3K)和磷脂酶 C(PLC)-γ，至少3種途徑進行信號傳遞。與PI3K途徑不同，HER2蛋白的多種二聚體(HER1/HER2、HER2/HER3和HER2/HER4)均可激活MAPK途徑。在EAC中，ERBB2基因存在著普遍的癌性擴增，但擴增部位及其與EAC發(fā)生發(fā)展和預(yù)后的相關(guān)性尚待深入研究。有研究顯示，對于HER2陽性EAC患者，采用曲妥珠單抗和帕妥珠單抗聯(lián)合放化療進行新輔助治療，相較于對照組，其安全性、耐受性及初步療效更好[25]。因此，ERBB2/HER2可作為EAC分子分型的潛在分子標志物，用于指導(dǎo)EAC化療藥物的選擇。

3 食管癌相關(guān)基因單核苷酸多態(tài)性

單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)是由于基因組序列中的單個核苷酸(A、T、G和C)的替換而引起的多態(tài)性，而堿基的插入、缺失以及重復(fù)序列拷貝數(shù)的變化通常不屬于SNP[26]。一個SNP表示在基因組某個位點上有一個核苷酸發(fā)生的變化，主要由單個堿基的轉(zhuǎn)換或顛換所引起。SNP具有以下特點：數(shù)量多，廣泛分布在人群中；遺傳穩(wěn)定性高，可以標記不同個體特定位點上的基因型、分析特定基因在群體中的基因頻率以及不同個體之間表型差異的遺傳基礎(chǔ)等；易于基因分型與篩查。以往，曾有人運用全基因組關(guān)聯(lián)分析(genome-wide association study GWAS)鑒定與食管癌相關(guān)的SNPs變異位點[27]。若將這些位點與食管癌預(yù)后之間的關(guān)聯(lián)及其相關(guān)分子機制進行深入探討，將有助于實現(xiàn)實驗室結(jié)果與臨床表型相結(jié)合，進而指導(dǎo)食管癌的早期診斷及個性化靶向治療。

3.1 ESCC相關(guān)基因單核苷酸多態(tài)性

人類的PLCE1基因位于染色體10q23，是長度334.3 kb的單拷貝基因[31]。該基因所編碼的蛋白 PLCε1屬于磷脂酶C家族，具有復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)與作用機制。與ESCC相關(guān)的PLCE1基因的多態(tài)性位點有rs2274223、rs11187842、rs11187870、rs3765524、rs3781264和rs753724等。Abnet等學(xué)者報道了PLCE1基因錯義突變位點rs3765524的多態(tài)性與ESCC存在相關(guān)性[32]。然而，有關(guān)該位點核苷酸變化情況及與ESCC預(yù)后的關(guān)系尚存在爭議。

3.2 EAC相關(guān)基因單核苷酸多態(tài)性

Gharahkhani等利用PubMed中的BE及EAC相關(guān)GWAS結(jié)果進行Meta分析，確認了8個新的BE或EAC風(fēng)險基因位點：rs17451754、rs17749155、rs10108511、rs62423175、rs9918259、rs7852462、rs139606545和rs9823696，分別在CFTR、MSRA、LINC00208、BLK、KHDRBS2、TPPP、CEP72、TMOD1、SATB2、HTR3C、ABCC5等基因之中或其附近[30]。然而與之相關(guān)的功能與機制方面的研究甚少，其臨床價值如何也有待研究。

4 食管癌相關(guān)融合基因

基因融合(gene fusion)是指由于某種機制(如基因組變異)使得兩個在不同部位的基因，部分或全部序列融合到一起，形成一個新的基因。融合基因的產(chǎn)生常見于如下3種機制：①染色體易位(chromosomal translocation)；②中間缺失(interstitial deletion)；③染色體倒位(chromosomal inversion)。在此過程中，產(chǎn)生了可能與各種癌癥發(fā)生發(fā)展緊密相關(guān)的融合基因。融合基因的致癌機制主要有以下幾種：①原基因的部分序列缺失，導(dǎo)致基因調(diào)控區(qū)(如5′-UTR和3′-UTR)改變或者編碼的蛋白重要結(jié)構(gòu)域缺失，進而改變原基因的表達調(diào)控或所編碼蛋白的結(jié)構(gòu)與功能，參與癌癥發(fā)生；②啟動子交換使得原本調(diào)控原癌基因的區(qū)域被其他基因置換，進而導(dǎo)致原癌基因的轉(zhuǎn)錄異常；③基因融合后所編碼的嵌合蛋白，失去其原有的結(jié)構(gòu)與功能。目前已發(fā)現(xiàn)了一些食管癌相關(guān)融合基因，但數(shù)量較少，其功能與臨床意義也有待研究探討[35]。

4.1 ESCC相關(guān)融合基因

有研究報道，成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor,FGF)信號異常激活、FGF受體(fibroblast growth factor receptor,FGFR)表達、FGFR編碼基因轉(zhuǎn)錄物選擇性剪接、FGFR突變或易位或FGF的可利用性升高均增加患癌風(fēng)險[33]。另外，Mizukami等研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GFR3的外顯子18和TACC3的外顯子11之間融合，形成FGFR3-TACC3融合基因。盡管該融合基因在ESCC中的發(fā)生頻率只占1%，但是攜帶該融合基因的患者可以從酪氨酸激酶抑制劑治療中獲益[34]。然而，有關(guān)該融合基因在ESCC發(fā)生發(fā)展中的作用尚不清楚。

4.2 EAC相關(guān)融合基因

目前，EAC相關(guān)融合基因尚鮮有研究。2016年，Andrew等通過RNA-seq(RNA sequencing)發(fā)現(xiàn)，在大約10%的EAC病例中，發(fā)生RPS6KB1-VMP1基因融合。VMP1和RPS6KB1基因均位于17q23.1，同向，VMP1基因位于RPS6KB1基因的5′端；然而，基因融合后，VMP1基因位于融合基因的3′端。RPS6KB1-VMP1是一種通過調(diào)節(jié)自噬相關(guān)過程促進EAC的融合基因，融合基因陽性的EAC患者總生存率明顯降低。因此，該融合基因可能作為EAC診斷的生物分子標志物，協(xié)助判斷EAC患者的預(yù)后。

綜合而言，基于臨床特征、病理分型和分子分型的個體化治療方案對進展期食管癌非常重要。未來食管癌的治療模式將會逐漸發(fā)展為分子分型指導(dǎo)下的個體化治療。