直肠癌分子标志物

结直肠癌 ( Colorectal cancer, CRC ) 是最常见的恶性肿瘤之一。根据全国肿瘤登记中心最新发布《2012中国肿瘤登记年报》的数据显示结直肠癌发病率位居第三,尤其是近两年,其发病率更是突飞猛进,在广东广州等省市的发病率增速已远超西方国家,严重威胁国人的健康和生

正文


结直肠癌 ( Colorectal cancer, CRC ) 是最常见的恶性肿瘤之一。根据全国肿瘤登记中心最新发布《2012中国肿瘤登记年报》的数据显示结直肠癌发病率位居第三,尤其是近两年,其发病率更是突飞猛进,在广东广州等省市的发病率增速已远超西方国家,严重威胁国人的健康和生命。当前,提高结直肠癌患者的疗效主要靠个体化综合诊治,而实现个体化诊治的主要依据是肿瘤的异质性。临床常用的病理分期为预测结直肠癌患者的预后及指导治疗提供了良好的依据,但它们都是以肿瘤浸润深度、淋巴结转移、远处转移为基础的,并没有考虑患者的异质性,临床发现同一分期的患者实行同一方案治疗效果不同,预后不同。因此,亟待能有效地区分及判别肿瘤生物学行为的分子标志物的出现。随着分子生物学的发展,越来越多的肿瘤分子标志物被发现并应用于肿瘤诊断、判断疗效、预测预后和转移等方面。而基于分子标志物的个体化治疗也大大改变肿瘤以往的治疗策略,提高患者的生存率及预后。以下将对直肠癌相关分子标志物作简要的概述。
MSI
微卫星由1~6个核苜酸组成,是具有高度多态性的简单串联重复序列,广泛分布于整个基因绀DNA序列中,复制过程中易于发生改变,人类基因组中最常见的微卫星序列是胞嘧啶(C)和腺嘌呤(A)的二聚体,微卫星不稳定(MSI)就是这些简单重复序列的改变,多由于DNA错配修复系统改变,无法修复DNA的复制错误引起。约15%的结直肠癌中存在MSI,主要是微卫星序列碱基对的替换和移码突变。散发性肠癌中最常见的就是hMLH1基因失表达而引起甲基化表基因沉默,导致MSI的发生。MSI的检查主要采用美国国立癌症研究所推荐的的5个微卫星标记(D2S123、 D5S346、 D17S250 、BAT25和 BAT26) 来评估 MSI,根据NCI 提出的 MI 判断标准, 把在一种肿瘤中 40%的 MSI位点上检出 MSI 的定义为高频 MSI (MSI-H) ,在低于 40%个位点上检出 MI的定义为低频 MSI (MSI-L) , 各位点均没有检出,则定义为微卫星DNA 稳定 (MSS )。多个临床研究及荟萃分析证实,MSI-H的结直肠癌患者预后良好的标志物,Ⅱ结直肠癌患者单纯手术后其5年生存率高达80%,而且其不但不能从5-FU 的辅助化疗中获益, 可能还有相反的作用。因此MSI-H成为目前认可度比较高的预后标志物,同时也是判断Ⅱ期结肠癌是否需要辅助化疗的主要依据之一。
KRAS
k-ras基因分为正常状态(野生型)和异常状态(突变型)两种类型。在大肠癌患者中k-ras基因点突变率达20-50%,且点突变几乎都位于编码区的第12、13和61位密码子, 其中大多数突变点位于第12位密码子,这种改变导致了不能控制的细胞增殖和恶性转变。研究结果证实具有k-ras基因突变的结直肠癌患者对西妥昔单抗(cetuximab)和帕尼单抗(panitumumab)存在治疗抵抗。大量临床研究表明,靶向药物西妥昔单抗和帕尼单抗对于未发生KRAS基因突变的患者有效率可达到60%,而对已发生KRAS基因突变的患者则完全无效,也就是说只有k-ras野生型患者才能从西妥昔单抗的治疗中获益。因此,晚期结直肠癌患者在使用西妥昔单抗治疗前应首先进行k- ras基因突变状态的检测。
BRAF
BRAF基因位于人类染色体7q34,其功能编码区由2510对碱基组成,编码MAPK通路中的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,该酶将信号从RAS转导至MEK1/2,从而参与调控细胞内多种生物学事件。BRAF基因突变在多种恶性肿瘤细胞中都有报道。在结直肠癌中,BRAF突变率约为15%左右,这些突变主要发生于编码激活区的外显子15上,其中约92%位于第1799位核苷酸上(1799 T>A),导致其编码的谷氨酸被缬氨酸取代(V600E)。近年的研究结果提示,对于那些KRAS基因为野生型、但存在BRAF基因V600E(1799T>A)突变的患者,抗EGFR单抗治疗无效。值得注意的是,BRAF突变除了是预测性指标(predictive factor)之外,还是一个预后指标(prognostic factor),BRAF突变的mCRC患者预后不良 。因此, NCCN指南明确指出如果KRAS基因无突变时,必须检测排除BRAF基因突变,如果后者存在V600E突变,则不应该给予抗EGFR单抗治疗。
PI3K
PI3K(Phosphoinositide 3-Kinases)是一组蛋白多聚体,这些多聚体分为三类:I,II和III。其中I类蛋白包括IA和IB两个亚单位,IA是由一个p110催化亚单位和一个p85调节亚单位组成的异源二聚体。PIK3CA基因编码IA类的p110催化亚单位。PI3Ks可被生长因子类的受体酪氨酸激酶(RTK)激活。至今发现约有20类不同的RTK,EGFR就是其中重要的一类RTK。PI3K的活化可产生多种生物学效应,包括调节细胞增殖、细胞存活和细胞周期调控等。目前,与结直肠癌相关的主要有PIK3CA基因,其突变在多种癌症中都有报道,包括结直肠癌、乳腺癌、脑癌、肝癌、胃癌和肺癌。目前,PIK3CA突变在多个外显子中均有发现,但主要发生在“激酶”和“螺旋”两个结构域,其中最常见的突变位于外显子9和20,涵盖了最常见的4种突变:H1047R(3140 A>G)、E542K(1624 G>A)、E545D(1635 G>T)、E545K(1633 G>A)。研究发现,有PIK3CA突变的肿瘤细胞使用针对EGFR的靶向药物(Lapatinib)会产生耐药性,这也一定程度上解释了为什么在KRAS、BRAF野生型的患者中应用抗EGFR靶向药仍有仍有部分无效。因此,PIK3CA也常用于预测化疗难治性CRC对抗EGFR治疗的耐药性。
UGT1A1
伊立替康(Irinotecan,CPT-11),是DNA拓扑异构酶I抑制剂,可阻断DNA复制叉,进而阻止DNA链的重新组装,引起DNA双链的断裂,造成细胞死亡,是结直肠癌患者最常用的化疗药物之一。伊立替康为前体药物,在体内经过羧酸酯酶转化为活性代谢物7-乙基-10-羟基喜树碱(SN-38),其活性较伊立替康强100到1000倍。肝内的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶1A1(UGT1A1)负责将SN-38 转化成无活性的SN-38 葡糖苷酸(SN38G),从胆汁排出,从而保护健康细胞免受伊立替康毒性的影响。影响UGT1A1酶活性为其启动子区的TA重复序列变异(UGT1A1*28)。UGT1A1*28位点野生型含有6个TA重复序列,即6/6型。突变性含有7个TA重复序列,包括纯合突变型(7/7型)和杂合突变型(6/7型)。研究表明 TA重复数量越多,UGT1A1蛋白表达就越低,引起伊立替康代谢速度减低,进而导致骨髓抑制、腹泻等不良反应增加。UGT1A1*28突变杂合子(6/7型)产生毒副作用的几率为12.5%,突变型纯合子(7/7型)则有50%的可能性产生毒副作用。另有多个亚洲人群的临床研究结果显示,UGT1A1基因的211 G>A突变(UGT1A1*6)可使UGT1A1的葡萄糖醛酸化的能力下降70%,其突变频率在东亚人群中(日本、韩国和中国)约为13%。因此,临床上使用伊立替康时应常规检测UGT1A1基因的多态性。
ERCC1
奥沙利铂(L-OHP、草酸铂、乐沙定)等铂类药物是目前临床上最常用的肿瘤化疗药物之一,其药理作用主要是引起靶细胞DNA链内和链间交联,阻碍DNA合成与复制,从而抑制肿瘤细胞生长。这类药物耐药有多种因素参与,其中DNA修复,特别是核苷酸切除修复(NER)能力加强,是铂类化疗耐药性产生的主要机制之一。核苷酸切除修复交叉互补基因1(ERCC1)是核酸外切修复家族中重要成员,为NER系统关键成员,参与DNA链切割和损伤识别。其表达量的高低直接影响DNA修复的生理过程。临床研究已证实ERCC1参与顺铂等化疗药物的耐药发生,其表达水平与多种肿瘤铂类化疗疗效和生存期呈负相关,即表达水平低的患者对铂类药物敏感,表达水平高的患者表现耐药。因此,临床上检测ERCC1基因mRNA的表达有利于判断患者对铂类化疗药物的敏感性。BRCA1
BRCA1是重要的抑癌基因,它编码的BRCA1蛋白在DNA损伤修复、基因转录调节、中心体复制、细胞周期调控和细胞凋亡等过程中起重要作用。具有DNA损伤修复功能的BRCA1基因高表达会降低铂类药物的疗效。临床研究表明:铂类药物的疗效与肿瘤组织中BRCA1基因mRNA表达水平密切相关,BRCA1基因表达水平低的患者对铂类药物敏感,反之表达水平高的患者表现耐药。因此,BRCA1基因表达水平的检测也常用于预测患者对铂类药物的敏感性。
DPD
5-氟尿嘧啶(5-FU)及卡培他滨(希罗达)等氟类药物是尿嘧啶的氟代衍生物,这些药物在体内转化为5-氟尿嘧啶脱氧核苷酸(5F-dUMP)从而抑制脱氧胸苷酸合成酶(TS),阻止脱氧尿苷酸(dUMP)甲基化为脱氧胸苷酸(dTMP),从而影响DNA的合成;另外,也能掺入RNA 中干扰蛋白质合成,从而起到抑制肿瘤细胞生长的作用。二氢嘧啶脱氢酶(DPD)为一种含1025个氨基酸的蛋白,由定位于染色体1q22的DPYD基因编码,是嘧啶类分解代谢的起始和限速酶,将5-FU还原为二氢氟尿嘧啶(FUH2),再经过另外2种酶催化形成最终代谢产物经肾脏排出体外,在5-FU的降解与灭活过程中的重要作用,其酶活性的高低直接影响着5-FU在体内的毒性。研究显示DPD活性缺乏可导致5-FU体内清除受阻,半衰期显著延长,分解减弱而合成增加,导致5-FU在血浆中浓度的升高,细胞毒性也相应增强,从而引起毒副反应的发生。迄今为止已确定DPYD基因有近40种不同的突变和多态性,其中导致DPYD失活的最常见的一处为剪切位点突变(IVS14+1G>A,DPYD*2A),造成外显子14缺失,使得5-FU的合成途径活跃、降解代谢减慢,其活性代谢产物的累积可以导致血液、神经以及消化系统的毒性。因此,DPD酶活性的检测可以预测5-FU毒副作用。
TYMS
TYMS(thymidylate synthase)基因编码的胸苷酸成酶(TS)是嘧啶核苷酸合成的限速酶,是肿瘤生长的重要因子。同时它是5-FU发挥细胞毒性作用的目标酶。5-FU的代谢物5-FdUMP与TS结合,阻碍TS的正常功能,从而抑制DNA合成。在结直肠癌等多种肿瘤的临床研究中,都显示TYMS 基因mRNA表达水平与5-FU疗效密切相关。临床研究结果表明:TYMS mRNA表达水平低的肿瘤患者接受氟类化疗的效果较好,中位生存期较长;反之,TYMS高表达的患者对氟类疗效较差。
总的来说,目前直肠癌分子标志物主要分为预后预测标志物(Prognostic markers)和疗效预测标志物 (Molecular predictive markers)。目前除了MSI-H是较为公认的预后标志物外,还没有真正得到确诊的预后分子标志物,而绝大多数分子标志物为针对化疗药的疗效预测标志物。不够怎样,随着分子标志物的不断涌现,其与治疗方案相关性的明确,肿瘤治疗将告别凭经验制订治疗方案的阶段,逐步过渡到根据患者基因或蛋白上的特性来指导治疗的时代,即根据分子标记来进行真正意义上的肿瘤个体化治疗。

直肠癌相关分子诊断标记物

药物

靶标

检测内容

检测适用标本

指标结果

疗效评估

奥沙利铂

ERCC1

mRNA表达水平

手术组织/活检组织/石蜡切片/蜡块

BRCA1

mRNA表达水平

手术组织/活检组织/石蜡切片/蜡块

氟尿嘧啶

DPD

基因多态性

酶活性

全血

TYMS

mRNA表达水平

手术组织/活检组织/石蜡切片/蜡块

伊立替康

UGT1A1

基因多态性

全血

6/6TA

6/7TA

毒性大

7/7TA

3156G>A

211G>A

爱必妥

KRAS

基因突变

手术组织/活检组织/石蜡切片/蜡块

没有突变

效果好

BRAF

任一突变

无效或效果差

PIK3CA

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