蔣潔

【摘要】 流行病學調查顯示， 甲狀腺癌是人類惡性腫瘤中受遺傳因素影響最高的癌癥之一， 因此， 遺傳學研究對甲狀腺癌具有重要的意義。在此， 本文回顧與遺傳變異和非家族性分化型甲狀腺癌（DTC）易感相關的研究， 著重分析常見單核苷酸多態(tài)性（SNPs）的全基因組相關性研究（GWAS）。有一些SNPs位點在數(shù)十次對不同種族的平行研究中被重復鑒定出來。盡管有幾個SNPs位點的累積效應與癌癥風險的增加表現(xiàn)出明顯的正相關性， 但SNPs對DTC的總體預測能力似乎非常有限。因此， 目前僅對常見的幾個SNPs位點進行基因分型還不能夠在臨床中作為診斷參考。

【關鍵詞】 疾病遺傳易感;單核苷酸多態(tài)性;遺傳位點;甲狀腺癌;腫瘤

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2020.25.091

【Abstract】 Epidemiological investigation shows that thyroid cancer is one of the most affected cancers by genetic factors. Therefore， genetic research is of great significance to thyroid cancer. This paper reviews the studies related to genetic variation and susceptibility to non-familial differentiated thyroid cancer （DTC） susceptibility， and focuses on the analysis of genome-wide association studies （GWAS） of common single nucleotide polymorphisms （SNPs）. Some SNPs have been identified repeatedly in dozens of parallel studies of different races. Although the cumulative effect of several SNPs loci shows a significant positive correlation with the increase in cancer risk， the overall predictive power of SNPs for DTC seems to be very limited. Therefore， several SNPs genotypes can not be used as a reference in clinical diagnosis.

【Key words】 Genetic predisposition to disease; Single nucleotide polymorphism; Genetic locus; Thyroid cancer; Tumor

甲狀腺癌是最常見的甲狀腺惡性腫瘤， 約占全身惡性腫瘤的1%。以惡性度較低、預后較好的乳頭狀癌最常見， 除髓樣癌外， 絕大部分甲狀腺癌起源于濾泡上皮細胞。發(fā)病率與地區(qū)、種族、性別有一定關系。任何年齡均可發(fā)病， 但以青壯年多見。絕大多數(shù)甲狀腺癌發(fā)生于一側甲狀腺腺葉， 常為單個腫瘤。在過去幾十年中， 甲狀腺癌的全球發(fā)病率呈上升趨勢。發(fā)病率的增加幾乎可以完全歸因于甲狀腺乳頭狀癌（papillary thyroid carcinoma， PTC）， 占70歲以下甲狀腺癌患者的80%以上[1]。與PTC類似， 由濾泡上皮細胞癌變引起的濾泡甲狀腺癌（follicular thyroid carcinoma， FTC）是第二大最常見的甲狀腺惡性腫瘤， 其發(fā)病率約為5%。這兩種類型的甲狀腺癌， PTC和FTC， 被稱為分化型甲狀腺癌（differentiated thyroid cancer， DTC）。

目前國內甲狀腺癌發(fā)病率逐年升高， 甲狀腺癌發(fā)病緩慢， 惡性程度較低， 大多數(shù)患者在無意間發(fā)現(xiàn)頸前腫塊或頸部淋巴結腫大而去醫(yī)院檢查， 部分患者診斷為甲狀腺癌晚期。有的患者可帶瘤生存數(shù)年而無任何癥狀， 有的卻迅速惡化。甲狀腺癌并不可怕， 據(jù)臨床資料證實， 通過定期篩查及早發(fā)現(xiàn)， 45歲之前的患者基本都能治愈。甲狀腺癌已成為發(fā)病率快速上升的惡性腫瘤之一， 尤其好發(fā)于中青年女性， 女性和男性比例為3∶1， 已成為近20年來我國癌癥譜中女性惡性腫瘤上升速度快的腫瘤。但是早期確診并及時接受科學規(guī)范的治療， 95% 的甲狀腺癌是可以被治愈的[2]。其中分化良好的甲狀腺癌患者， 95% 可以較長期存活。同時， 甲狀腺癌可以分為四種：PTC、FTC、甲狀腺髓樣癌（MTC）、甲狀腺未分化癌（ATC）。其中PTC和FTC屬于惡性程度相對較低的癌， 預后較好;MTC和ATC屬于惡性程度相對較高的癌， 預后較差。這四種癌癥， 無論良惡性程度高低， 都是存在擴散轉移的風險的。只不過PTC擴散轉移的風險相對較低， 即便轉移了， 往往轉移的比較局限， 能夠手術切除。對于FTC、MTC、ATC來說， 其轉移風險就比較高了， 而且一旦轉移， 往往范圍十分廣泛， 難以進行有效地手術切除。

到目前為止， 有幾個增加DTC風險的因素已經被確定。根據(jù)其性質的不同， 風險因素大致可分為可改變因素和不可改變因素?？筛淖円蛩匕ㄉ罘绞?、低碘飲食、環(huán)境因素和頻繁的醫(yī)療監(jiān)測等。不可改變因素主要有性別（女性患甲狀腺癌的幾率是男性的3倍）、年齡（40～70歲）、家族史（良性或惡性甲狀腺疾病家族史）、種族、遺傳綜合征和遺傳易感性等。該綜述作者回顧了與遺傳變異和非家族性見單核苷酸多態(tài)性（single-nucleotide polymorphisms， SNPs）與DTC的關系。

1 人類基因組DTC

SNP被定義為個體與個體之間的DNA序列中某一個核苷酸的變化。美國國家生物技術信息中心（NCBI）dbSNP數(shù)據(jù)庫記錄了6.608億個基因突變， 而人類基因組中只有32億個堿基對， 也就是說平均每5～10個核苷酸中就會出現(xiàn)一次變異， 這顯然是不正確的。事實上， dbSNP數(shù)據(jù)庫包含了所有關于短基因變異的全部信息， 而不僅僅是SNPs。有些突變可能是多余的， 或者出現(xiàn)頻率非常低的， 因此它們不一定在每個人身上都能找得到， 或者可能僅適用于某一特定的種族。據(jù)估計[3]， SNPs在個體中出現(xiàn)的頻率應該在0.3%～1%。

在數(shù)據(jù)庫中， SNP被指定為“rs1234567890”， 其中“rs”代表“參考SNP（referenceSNP）”， “1234567890”可以是任何兩位數(shù)或更長的數(shù)字。如果SNP在人群中出現(xiàn)的頻率為>1%， 通常被稱為“常見（common）”， 而那些不太常見的則被稱為“罕見（rare）”。SNPs是最常見和最容易檢測到的遺傳變異類型， 這使它們成為遺傳相關性研究的熱點之一。

2 遺傳相關性研究的類型和方法

遺傳變異（如SNPs）可能直接導致某種疾病， 也可能賦予生物體某種新的功能。遺傳相關性研究的目的即是鑒定基因突變與某種可定量的性狀（如體重、身高、血壓等）或某種表現(xiàn)型的出現(xiàn)或消失（如腫瘤， 包括DTC等）之間的相關關系。復雜疾病的遺傳學研究目的是探索與發(fā)現(xiàn)正常生命過程中某種潛在的病理狀態(tài)， 通過發(fā)現(xiàn)與鑒定某些潛在的治療靶點和生物標記物指導臨床研究， 并最終將其應用于疾病的預防或個性化的疾病診斷和治療優(yōu)化， 改善疾病預后。

自2000年以來， 已發(fā)表的關于甲狀腺癌的遺傳學研究總數(shù)約為500項， 在遺傳變異與DTC易感的相關性研究方面取得了廣泛進展。從歷史的角度看， 遺傳相關性研究已經經歷了幾代人。最開始在大約100個樣本中分析1～2個SNPs， 然后在幾百個樣本中分析更多的SNPs， 再然后在接近1000個樣本中分析更多符合流行病學設計的SNPs。最新的研究已經可以看到投入大量資金， 包括幾千個甚至數(shù)萬或數(shù)十萬的參與者的列隊研究。增加樣本量對通過統(tǒng)計學方法來檢測中、弱關聯(lián)信號至關重要的。

一般來說， 遺傳相關性研究可以分為基于假設的研究和不基于假設的研究。第一種類型的研究被稱為“目標基因方法”， 主要研究有限數(shù)量的基因與某一途徑或某一功能之間的關系。由于這類研究中的SNP數(shù)量從幾個到幾百個不等， 因此可采用低通量到中通量聚合酶鏈式反應技術進行基因分型。這一類SNPs與甲狀腺癌的相關性研究包括RET基因的3個SNP位點、腫瘤蛋白p53的1個SNP位點、6個DNA損傷相關基因的9個SNP位點、突變型共濟失調毛細血管擴張癥（ATM）與叉頭盒E1（FOXE1）的2個SNP位點、43個切爾諾貝利甲狀腺癌患者的DNA修復相關基因的141個SNP位點， 以及在97個涉及甲狀腺細胞分化和增殖的基因和在甲狀腺癌組織中差異表達的基因中被標記的和有假定功能的768個SNP位點的研究分析[4]。

非假設依賴型研究不對疾病中可能涉及的基因或途徑做出假設， 而是在基因組水平進行基因分型， 這種研究方法被稱為全基因組相關性研究（gnome-wide association studies， GWAS）。使用現(xiàn)代人類SNP芯片， 如Affymetrix芯片可以同時檢測大約100萬個SNPs， 而Illumina平臺可以同時檢測大約400萬個SNPs。下一代測序（next-generation sequencing， NGS）技術理論上可以在DNA樣本中檢測到所有的SNPs。

靶基因研究和GWAS研究通常都有典型的病例對照設計。SNPs與疾病的相關性研究通常有兩個或兩個以上的階段。第一階段， 也稱為“發(fā)現(xiàn)階段”， 是在相對較小的樣本中對全套SNP進行基因分型（例如SNP芯片）， 目的是確定所有有統(tǒng)計學意義的SNP集合。第二階段， 稱為“驗證階段”， 是在一個相對較大的獨立樣本中采用單軌跡分析方法分析第一階段中確定的SNPs， 目的是分離并確定具有統(tǒng)計學顯著性的SNPs。驗證步驟也可以在另一個獨立的病例/對照樣本中再次重復， 以進一步縮小目標SNP的范圍。

研究的每一個階段都需要進行統(tǒng)計分析， 通常是做卡方檢驗或Logistic回歸分析。對不同階段的分析結果進行聯(lián)合分析最終通常以優(yōu)勢比（OR）的置信區(qū)間和P值來表示。用于遺傳相關性研究的統(tǒng)計方法現(xiàn)在已經很成熟， 分析很精確， 包括多重比較對照、群體分層、相關性分析和技術質控等。一般情況下， P=5×10-8被認為是標準GWAS的合理閾值[5]。

3 DTC的主要GWAS研究結果

大多數(shù)靶基因研究都能夠鑒別出一個或幾個與DTC相關的SNPs（P<0.05）。但是， 這些研究通常關聯(lián)信號相對較弱， 結果混雜， 重現(xiàn)性差， 或缺乏因果證據(jù)。截至目前， 針對DTC的GWAS相關性研究已有7個[6]。樣本的數(shù)量（包括病例組和對照組）從2000～28萬不等， 研究結果的OR值在1.2～2.1的范圍內。2q35染色體上的rs966423位點位于DIRC3基因中， 其功能尚未確定， 但被認為是一個假定的腫瘤抑制基因。8p12染色體上的SNP rs2439302位于編碼neuregulin 1的NRG1基因的第1個內含子上， neuregulin 1是一種人類表皮生長因子受體3（HER3）的配體。在甲狀腺癌細胞中， NRG1在HER2/HER3二聚體存在的條件下可激活MAPK和AKT信號通路。rs966513位于FOXE1基因上游約60 kb處， 是第1個被多個實驗室報道， 也是作用最強的與甲狀腺癌易感起決定性作用的SNP， 其功能相關性直到最近才被證實[7]。rs966513和其他幾個與rs966513連鎖不平衡的位于9q22.33染色體上SNPs， 共同構成一種新的甲狀腺特異的多基因非編碼RNA基因， 其染色體定位與FOXE1啟動子序列部分重疊， 能夠通過改變遠端增強子的活性來調節(jié)FOXE1和PTCSC2的轉錄。rs965513和rs1867277共同參與FOXE1和PTCSC2的轉錄調控。rs965513與正常甲狀腺組織中的FOXE1、未剪接的PTCSC2以及促甲狀腺激素受體（TSHR）表達降低相關[8]。因此， FOXE1除了具有甲狀腺特異轉錄因子的作用外， 還可能具有抑癌的作用。在一項功能研究中， 在14q13.3染色體上的rs944289能夠調控具有抑癌特性的lincRNA基因PTCSC3在甲狀腺癌細胞株中的表達[9]?；謴图毎抵蠵TCSC3的表達能夠抑制細胞生長， 并且影響相應基因的表達， 包括：①DNA復制、重組修復、基因表達、氨基酸代謝[10];②細胞運動、腫瘤形態(tài)、細胞死亡;③細胞的裝配與組織、細胞功能和組織形態(tài)網(wǎng)絡[11]。值得注意的是， rs944289 （PTCSC3）和rs2439302 （NRG1）不僅與甲狀腺癌相關， 還與濾泡腺瘤相關[12]。這表明PTCSC3和NRG1可能參與甲狀腺腫瘤的發(fā)生過程。14q13.3染色體可能包含不止一種易誘發(fā)甲狀腺癌的遺傳變異。有研究顯示[13]， 與血清促甲狀腺激素水平和甲狀腺惡性腫瘤相關的SNP rs116909374可能與MAP3K12結合抑制蛋白1（MBIP）基因有關， 其產物能調控JNK信號通路， 該通路參與多種人類癌癥的細胞內信號轉導， 其中就包括甲狀腺惡性腫瘤。

4 風險SNPs的累積效應和預測能力

一些主要風險SNPs的累積效應已經在不同的人群群體中被研究。其中最強的有5個SNPs， 包括rs966423（DIRC3）、rs2439302（NRG1）、rs965513（PTCSC2/FOXE1）、rs944289（PTCSC3/NKX2-1）和rs116909374 （MBIP1）[14]。統(tǒng)計學分析認為， 每增加一個等位基因， 甲狀腺癌的發(fā)生幾率在美國俄亥俄州增加1.51倍， 在波蘭增加1.35倍。而同時存在7個或者更多的風險等位基因將甲狀腺癌的發(fā)生幾率增加到10倍左右[15]。在一項意大利的DTC研究中， 研究人員測試了12個SNPs， 攜帶14個或更多風險等位基因的人比攜帶7個或更少基因的人患癌癥的幾率高8倍[16]。

然而， 出乎意料的是， 高度顯著的SNP對DTC的預測能力非常有限。當對俄亥俄州和波蘭的研究群體進行特征分析時， 曲線下面積（area under curve， AUC）分別為71%和61% [17]。一項國內的研究發(fā)現(xiàn)AUC比例在54%～60%[18]。此外， 這5個SNPs僅解釋了俄亥俄州約11%的DTC家族風險， 而在波蘭約6%。在中國人口中， 基于SNPs數(shù)據(jù)的總體家族相對風險為5.98%。在意大利， 12個SNPs只能解釋約4%的DTC風險， 而FOXE1 SNP單獨不到1%。這些發(fā)現(xiàn)與在家族系列醫(yī)學流行病學調查中獲得的遺傳因素對甲狀腺癌風險的影響的估計（約20%～50%）形成了強烈的反差。

5 討論

在對甲狀腺癌易感性的遺傳學分析方面的顯著進展已經鑒定出了幾個顯示顯著關聯(lián)信號染色體位點。其中rs966423（DIRC3）、rs2439302（NRG1）、rs965513（PTCSC2/FOXE1）、rs944289（PTCSC3/NKX2-1）、rs116909374（MBIP1）的重現(xiàn)性最好。一些研究不斷發(fā)現(xiàn)新的目標SNPs， 其中一些還可能有種族特異性。雖然尚未完全了解所有遺傳變異影響的確切生物學機制， 但相關性信號的高統(tǒng)計學意義清楚地表明它們與甲狀腺癌的發(fā)生的相關關系。毫無疑問， 還有更多的SNPs可能導致甲狀腺癌的遺傳易感性， 但除非是非常大的隊列研究， 否則它們的影響將很難在統(tǒng)計學上檢測出來。

SNP研究結果與DTC易感的多因素多基因模型是一致的。在臨床中， 基因分型的目標是能夠對甲狀腺癌的發(fā)生進行風險估計。這些預測需要在統(tǒng)計學上足夠有說服力， 從而能夠用于患者的咨詢， 甚至用于甲狀腺癌癥患者的個性化治療或預后， 以及對其他正常個體進行甲狀腺癌風險的前瞻性評估。顯然， 這一點目前作者還做不到。但這也更加說明作者需要更多更廣的甲狀腺癌的遺傳相關性研究， 從而不斷縮小醫(yī)學流行病學調查和遺傳流行病學研究之間對遺傳易感估計的差異。

作者認為， 未來在以下兩個主要方面需要進行進一步的研究。首先， 應該將不太顯著的和罕見的SNP、非SNP的遺傳信息、種族和環(huán)境等因素納入研究范疇。NGS技術的進步將會在很大程度上助力這方面的研究。然而， 如果研究設計和計算方法不能并駕齊驅， 大量高通量研究數(shù)據(jù)也不可能提高作者對復雜疾病遺傳學的理解。因此， 第二個主要的研究方向將包括更好地定義疾病的表型（即不僅僅是簡單的DTC分型， 還應包括對腫瘤形態(tài)和腫瘤侵襲特征的分析）， 以及代謝通路、生物網(wǎng)絡方向的研究。這些研究將對多因素引起的復雜疾病非常有幫助， 可以用來估計許多個可能協(xié)同作用的基因-環(huán)境和基因-基因相互作用的影響?？傊?， 為了更好地進行個性化疾病風險預測， 作者仍有許多有待發(fā)現(xiàn)的地方。

參考文獻

[1] Hińcza K， Kowalik A， Kowalska A. Current Knowledge of Germline Genetic Risk Factors for the Development of Non-Medullary Thyroid Cancer. Genes （Basel）， 2019， 10（7）：482.

[2] Hwangbo Y， Park YJ. Genome-Wide Association Studies of Autoimmune Thyroid Diseases， Thyroid Function， and Thyroid Cancer. ?Endocrinol Metab （Seoul）， 2018， 33（2）：175-184.

[3] Stephens LA， Powell NG， Grubb J， et al. Investigation of loss of heterozygosity and SNP frequencies in the RET gene in papillary thyroid carcinoma. Thyroid， 2005， 15（15）：100-104.

[4] Rogounovitch TI， Saenko VA， Ashizawa K， et al. TP53 codon 72 polymorphism in radiation-associated human papillary thyroid cancer. Oncology Reports， 2006， 15（4）：949-956.

[5] Akulevich NM， Saenko VA， Rogounovitch TI， et al. Polymorphisms of DNA damage response genes in radiation-related and sporadic papillary thyroid carcinoma. Endocrine-related cancer， 2009， 16（2）：491.

[6] Damiola F， Byrnes G， Moissonnier M， et al. Contribution of ATM and FOXE1 （TTF2） to risk of papillary thyroid carcinoma in Belarusian children exposed to radiation. International Journal of Cancer， 2014， 134（7）：1659-1668.

[7] Lonjou C， Damiola F， Moissonnier M， et al. Investigation of DNA repair-related SNPs underlying susceptibility to papillary thyroid carcinoma reveals MGMT as a novel candidate gene in Belarusian children exposed to radiation. Bmc Cancer， 2017， 17（1）：328.

[8] Landa I， Ruiz-Llorente S， Montero-Conde C， et al. The variant rs1867277 in FOXE1 gene confers thyroid cancer susceptibility through the recruitment of USF1/USF2 transcription factors. PLoS Genet， 2009， 5（9）：e1000637.

[9] Dudbridge F， Gusnanto A. Estimation of significance thresholds for genomewide association scans. Genet Epidemiol， 2008， 32（3）：227-234.

[10] Gudmundsson J， Sulem P， Gudbjartsson DF， et al. Common variants on 9q22. 33 and 14q13. 3 predispose to thyroid cancer in European populations. Nat Genet， 2009， 41（4）：460-464.

[11] Takahashi M， Saenko VA， Rogounovitch TI， et al. The FOXE1 locus is a major genetic determinant for radiation-related thyroid carcinoma in Chernobyl. Hum Mol Genet， 2010， 19（12）：2516-2523.

[12] Gudmundsson J， Sulem P， Gudbjartsson DF， et al. Discovery of common variants associated with low TSH levels and thyroid cancer risk. Nat Genet， 2012， 44（3）：319-322.

[13] 殷德濤， 馬潤聲， 李紅強， 等. 卷曲螺旋結構域67蛋白和B細胞淋巴瘤/白血病-2蛋白在甲狀腺乳頭狀癌中的表達及臨床意義. 中華實驗外科雜志， 2017， 34（6）：1023-1026.

[14] 王源源， 林向得， 傅星淏， 等. 長鏈非編碼RNA BANCR對甲狀腺乳頭狀癌干性的影響. 中華實驗外科雜志， 2019， 36（8）：1405.

[15] 包剛， 李興， 潘衛(wèi)， 等. 甲狀腺癌相關基因1在乳腺癌組織的表達及對乳腺癌細胞增殖凋亡的影響及機制. 中華實驗外科雜志， 2018， 35（8）：1523-1525.

[16] 李紅光， 趙利紅， 張振華， 等. 黏蛋白1基因調控酪氨酸蛋白激酶/信號轉導與轉錄激活因子3信號通路抑制甲狀腺癌細胞增殖及促進細胞凋亡機制. 中華實驗外科雜志， 2017， 34（11）：1889-1891.

[17] 李曉娜， 李玉杰， 董玉科， 等. 微小RNA-451靶向巨噬細胞游走抑制因子調控甲狀腺癌細胞增殖、凋亡的機制. 中華實驗外科雜志， 2017， 34（6）：956-958.

[18] 張利芳， 蔡琳， 王云華， 等. 硒蛋白P基因多態(tài)性與乳頭狀甲狀腺癌發(fā)病風險的關聯(lián)性分析. 吉林大學學報（醫(yī)學版）， 2020， 46（2）：383-388.

[收稿日期：2020-06-30]