韓俊毅 陳炳官

?

·講 座·

精準(zhǔn)醫(yī)療背景下基因和基因組學(xué)對外科疾病治療決策的影響

韓俊毅 陳炳官

精準(zhǔn)醫(yī)療是指以個人基因組學(xué)信息為基礎(chǔ)，結(jié)合蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)等相關(guān)內(nèi)環(huán)境信息，為病人量身設(shè)計出最佳治療方案，以期達(dá)到治療效果最大化而副作用最小化的一門定制醫(yī)療模式。因此精準(zhǔn)醫(yī)療比傳統(tǒng)醫(yī)療具有針對性、高效性及預(yù)防性等特征，將開啟醫(yī)療新時代。為此， 2015年奧巴馬總統(tǒng)在國情咨文中宣布了預(yù)算為2.15億美元的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計劃(precision medicine initiative)[1]。精準(zhǔn)醫(yī)療計劃的實(shí)施得益于近年來基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等檢測技術(shù)的成熟和成本的下降。2007年二代基因測序技術(shù)使測序成本有了大幅降低，從而基因測序得到了廣泛的應(yīng)用。Illumina公司自2007年每個基因組的測序成本費(fèi)用已從2007年的1000萬美元降到了目前的1000 美元。

精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展已經(jīng)促進(jìn)了很多重要的新發(fā)現(xiàn)和個體化的新療法，例如針對乳腺癌、肺癌、大腸癌、黑色素瘤和白血病，根據(jù)病人的分子檢測結(jié)果設(shè)計個體化的治療方案，既能提高生存率，又能減少不良影響[2]。然而，開發(fā)能更有效判斷預(yù)后和預(yù)測療效的生物標(biāo)記物，仍是目前腫瘤臨床研究的重要目標(biāo)。與癌癥有關(guān)的單基因突變已經(jīng)證明有判斷預(yù)后和預(yù)測的價值，例如KRAS基因突變與否被廣泛用于指導(dǎo)結(jié)腸癌的化療。但是單基因突變的分析無法完全解開癌癥的復(fù)雜性。因此，全基因組水平分析對癌癥的診斷、預(yù)后及治療效果的判斷可能更有決定性的意義。本文試就基因和基因組學(xué)對外科疾病治療決策的影響進(jìn)行簡單闡述。

一、單基因突變對外科治療策略的影響

1.乳腺癌易感基因(BRCA)基因突變 研究表明，攜帶突變腫瘤抑制基因BRCA1或BRCA2的婦女具有高乳房癌風(fēng)險(60%～80%累積風(fēng)險)。正常的乳腺和卵巢組織表達(dá)的BRCA基因在DNA損傷修復(fù)中起重要作用，突變的基因則使DNA損傷得不到正常修復(fù)，使患乳癌和卵巢癌的風(fēng)險增加。針對攜帶突變腫瘤抑制基因BRCA1或BRCA2的婦女人群，預(yù)防性雙乳房切除術(shù)和卵巢切除術(shù)成為乳腺癌和卵巢癌的風(fēng)險控制策略。過去10年中，在英國預(yù)防性雙乳房切除術(shù)的女性人數(shù)幾乎增加了1倍。這樣的策略大大減少了BRCA1或BRCA2基因突變攜帶者患乳腺癌的風(fēng)險(90%)。不過，在美國有近64%的BRCA1或BRCA2攜帶者選擇避免手術(shù)，而采用高靈敏度的磁共振成像(MRI)來早期檢測腫瘤。由于目前卵巢癌篩查方法存在很大的局限性，因此預(yù)防性雙側(cè)輸卵管卵巢切除術(shù)可使得BRCA1或BRCA2基因突變攜帶者患婦科癌癥風(fēng)險降低80%～96%。

2.腺瘤性息肉病基因(APC)和錯配修復(fù)基因(MMR)突變 APC基因突變與家族性腺瘤息肉病(FAP)密切相關(guān)，多數(shù)病人在40歲前惡變?yōu)榻Y(jié)腸癌。因此APC基因突變的FAP綜合征病人，應(yīng)該推薦手術(shù)。但是由于20歲以前癌變罕見，所以手術(shù)通?？杀煌七t到青春期后期，或者在主要的工作生活變化間期，如完成學(xué)業(yè)到就業(yè)期間或工作轉(zhuǎn)換中間。

MMR基因中hMLH1，hMSH2，PMS2或hMSH6的胚系突變是另一種遺傳性結(jié)直腸癌的主要原因，即非息肉的結(jié)直腸癌(或Lynch綜合征)。MMR基因參與許多細(xì)胞功能，包括DNA修復(fù)、細(xì)胞凋亡等。Lynch綜合征與胃、小腸、肝、膽管、上尿路、腦和皮膚的癌癥風(fēng)險增加相關(guān)，與卵巢癌和子宮內(nèi)膜癌的高風(fēng)險也密切相關(guān)。雖然并非像FAP病人那樣需要做預(yù)防性手術(shù)，但是Lynch綜合征病人異時性結(jié)腸癌的風(fēng)險增加，因此在手術(shù)時需要更多考慮全結(jié)腸切除。

3.RET基因突變 多發(fā)性內(nèi)分泌腺瘤(MEN)是影響不同的內(nèi)分泌腺體的遺傳性臨床綜合征。MEN綜合征的不同的表現(xiàn)型，包括MEN1，MEN2A，MEN2B和甲狀腺髓樣癌(MTC)，通常與嗜鉻細(xì)胞瘤(PHEO)和/或甲狀旁腺功能亢進(jìn)(亢進(jìn)癥)的多發(fā)性甲狀旁腺腺瘤有關(guān)。RET原癌基因是21外顯子中跨膜受體的酪氨酸激酶，參與細(xì)胞生長和分化過程的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。其激活性的胚系點(diǎn)突變分別存在于95%和98%的MEN2A和MEN2B家庭，和大約95%的MTC家庭。美國甲狀腺協(xié)會專家小組在指南中建議RET基因突變的四種不同的風(fēng)險等級，從A(最低)到D(最高)。攜帶RET基因突變(如Met918Thr)的MEN或MTC家庭中的兒童為風(fēng)險等級D，應(yīng)盡可能在出生后第1年手術(shù)；而風(fēng)險等級B和C的病人(外顯子10、11、13、14和15的RET有突變)應(yīng)在5歲前做甲狀腺全切除；風(fēng)險等級A的病人(外顯子5和8的RET基因有突變)可以推遲到5歲后或降鈣素陽性時行甲狀腺全切除，然后終身補(bǔ)充甲狀腺素。然而最近的數(shù)據(jù)顯示，RET基因突變攜帶者，如果基礎(chǔ)降鈣素檢測不到，幾乎就沒有MTC的風(fēng)險。同時，也發(fā)現(xiàn)降鈣素血清水平<30～40 ng/L與甲狀腺內(nèi)微小MTC有關(guān)，但無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移證據(jù)。因此，RET突變基因攜帶者在隨訪過程中隨訪降鈣素水平，有利于個性化設(shè)計手術(shù)治療的時間和方法。針對有異型增生的甲狀腺結(jié)節(jié)，結(jié)合細(xì)針穿刺活檢的細(xì)胞學(xué)和RET分子檢測結(jié)果進(jìn)行癌變風(fēng)險分級，可以減少不必要和/或廣泛的外科手術(shù)。

二、RNA基因表達(dá)譜和全基因測序分析對常見腫瘤外科治療策略的影響

基因組學(xué)包括RNA基因表達(dá)譜和全基因測序分析。大腸癌、頭頸部癌、胰腺癌等常見腫瘤的基因圖譜已經(jīng)發(fā)表[3-5]?；蚪M分析已被越來越多地應(yīng)用在癌癥風(fēng)險評估和制定多學(xué)科綜合治療的計劃中。

1.乳腺癌 已有研究表明，應(yīng)用活檢組織的基因表達(dá)分析可以預(yù)測乳腺癌新輔助治療的病理學(xué)上的反應(yīng)性。通過基因組分析定制新輔助治療，反應(yīng)率可能會增加。而且，基因譜分級可以作為決定行乳腺切除術(shù)或腫塊切除加放療的依據(jù)。復(fù)發(fā)指數(shù)高的乳癌病人，行腫塊切除加放療比乳腺切除術(shù)后的局部復(fù)發(fā)率高，說明復(fù)發(fā)指數(shù)高的乳癌病人應(yīng)當(dāng)行乳腺切除術(shù)。年齡<50歲的乳腺癌病人，如具有高復(fù)發(fā)評分應(yīng)建議接受乳房切除術(shù)。目前已有美國公司開發(fā)的OncotypeDX基因譜分級和荷蘭公司的Mamma Print高通量檢測均已用于指導(dǎo)乳腺癌的臨床診治。

2.胰腺癌 活檢組織的基因組分析對胰腺癌治療也有潛在重要意義。最近發(fā)現(xiàn)，胰腺癌細(xì)胞中染色體重排導(dǎo)致的基因毀壞非常普遍。根據(jù)染色體結(jié)構(gòu)變異模式，可將胰腺癌分為穩(wěn)定型、局部重排型、零散型和不穩(wěn)定型[5]。未來將有希望直接根據(jù)基因組分子分型，包括突變分析和表達(dá)譜分析，更好地識別“治療敏感的腫瘤”，優(yōu)化新輔助治療，結(jié)果將得到更多的治愈性切除的病人群體，提高生存率。

3.直腸癌 美國Genomic Health公司開發(fā)的結(jié)腸癌基因表達(dá)譜產(chǎn)品是建立在1800例以上Ⅱ期和Ⅲ期結(jié)腸癌樣本基礎(chǔ)上。其前期研究發(fā)現(xiàn)7個基因與腫瘤復(fù)發(fā)相關(guān)，6個基因與手術(shù)后5-氟尿嘧啶和亞葉酸鈣化療獲益與否相關(guān)。最終臨床研究確認(rèn)了12個基因可預(yù)測結(jié)腸癌低風(fēng)險，中度風(fēng)險和高風(fēng)險的腫瘤復(fù)發(fā)指數(shù)。這一指數(shù)既指導(dǎo)了高危Ⅱ期結(jié)腸癌病人輔助治療，也避免了低危結(jié)腸癌的昂貴的過度治療。另外，荷蘭公司也在全基因組表達(dá)的研究基礎(chǔ)上選擇出有意義的18基因組合，可以預(yù)測病人是否能受益于化療。盡管不能改變外科手術(shù)治療方案，這種類型的預(yù)測指標(biāo)可用于癌癥的多學(xué)科綜合治療的決策過程。

小結(jié):基因組中遺傳和表觀遺傳學(xué)的改變相互作用以多種途徑破壞正常的生物化學(xué)的作用過程，最終導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生發(fā)展。確定這些基因的異常最終可能有利于準(zhǔn)確預(yù)測腫瘤復(fù)發(fā)、癌癥相關(guān)的死亡、治療反應(yīng)，甚至可能提供潛在的癌癥治療新靶點(diǎn)。實(shí)踐證實(shí)某些單基因突變分析已經(jīng)對癌癥手術(shù)決策帶來了一定的影響，而腫瘤的基因組分析對手術(shù)決策的影響尚在探索中。預(yù)計根據(jù)腫瘤活檢組織的基因組分析結(jié)果的精準(zhǔn)新輔助治療可能會提高手術(shù)切除率，特別是R0切除率，縮小手術(shù)范圍，使長期生存率和生活質(zhì)量的提高。目前，基因組指導(dǎo)治療的臨床試驗(yàn)TAILORx或MINDACT正在進(jìn)行，研究結(jié)果將有助于確定基因組分析對手術(shù)決策影響的真正意義。

然而基因和基因組學(xué)應(yīng)用仍要解決很多問題。首先，由于活檢組織有限，有必要進(jìn)一步改善分析技術(shù)；第二，活檢過程中腫瘤種植的風(fēng)險也需要進(jìn)一步評估；第三，由于腫瘤的異質(zhì)性，所取組織的基因組和表觀基因組結(jié)果并不一定代表整個腫瘤的全貌，造成預(yù)測和精準(zhǔn)靶向治療不確定性。多點(diǎn)取材可能有利于解決這個問題，但是否增加腫瘤種植的風(fēng)險尚待探討；最后，由于腫瘤細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境的相互作用影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展。采用激光捕獲顯微切割的腫瘤和正常組織的分別分析生物標(biāo)志物可能對精準(zhǔn)靶向治療的意義更為顯著。特別是阻斷PD1/PD-L1和CTLA4通路的免疫治療，同時參考腫瘤和周圍組織的生物標(biāo)志物能更為精準(zhǔn)的預(yù)測療效[6]。腫瘤特異性免疫治療的設(shè)計的關(guān)鍵在于精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)和設(shè)計腫瘤抗原。個體腫瘤的基因組學(xué)分析有利于發(fā)現(xiàn)能成為腫瘤抗原的變異基因，提高特異免疫治療的設(shè)計和效果[7]。

1 Francis S.Collins and Harold Varmus.A new initiative on precision medicine.N Engl J Med,2015,372:793-795.

2 Reimers MS，Engels CC，Kuppen PJ，et al.How does genome sequencing impact surgery?.Nat Rev Clin Oncol,2014,11:610-618.

3 Cancer Genome Atlas Network.Comprehensive molecular characterization of human colon and rectal cancer.Nature，2012,487:330-337.

4 The Cancer Genome Atlas Network.Comprehensive genomic characterization of head and neck squamous cell carcinomas，2015, 517:576-582.

5 Waddell N,Pajic M,Patch AM,et al.Whole genomes redefine the mutational landscape of pancreatic cancer.Nature,2015,518:495-501.

6 Herbst RS,Soria JC,Kowanetz M,et al. Predictive correlates of response to the anti-PD-L1 antibody MPDL3280A in cancer patients.Nature,2014,515:563-567.

7 Tran E,Turcotte S,Gros A,et al.Cancer immunotherapy based on mutation-specific CD4+T cells in a patient with epithelial cancer.Science,2014,344:641-645.

上海浦東新區(qū)學(xué)科帶頭人培養(yǎng)計劃(PEWd2010-05)

200120 上海，同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院

陳炳官，Email：chen.bingguan@seimc.com.cn

R605

A

10.3969/j.issn.1003-5591.2015.04.021

2015-04-14)