结直肠癌化疗疗效预测相关基因的研究进展

高登鹏，张霄程，刘 英，陈 雷

(河北省廊坊市人民医院，河北 廊坊 065000)

结直肠癌化疗疗效预测相关基因的研究进展

高登鹏，张霄程，刘 英，陈 雷

(河北省廊坊市人民医院，河北 廊坊 065000)

结直肠癌；化疗；疗效；预测；基因

临床治疗结直肠癌首选根治性手术切除，但单纯手术治疗5年生存率约50%[1]，近一半患者术后出现复发或转移。为降低复发和转移风险，绝大多数患者术后需要接受化疗。根据病理分期，NCCN指南对结直肠癌化疗方案有详细解读，FOLFOX方案为首选辅助化疗，但因个体差异部分患者最终导致化疗失败。长期以来，临床医生不断探索最佳治疗方案，靶向药物被相继批准应用于临床，取得较好效果。随着基因检测技术的进步，目前肿瘤药物治疗的研究热点是根据不同个体的药物敏感性及耐药相关基因表达的情况来选择更有效的化疗及靶向药物治疗方案。结直肠癌常见化疗药物及靶向治疗药物有氟类、铂类、伊立替康及西妥昔单抗、贝伐单抗等，与其治疗效果相关的基因包括胸连酸合成酶基因(TYMS)、核苷酸切除修复交错互补基因1(ERCC1)、乳腺癌易感基因1(BRCA1)、受体相关蛋白80(RAP80)、表皮生长因子受体(EGFR)、KRAS、血管内皮生长因子(VEGF)等，现简要综述如下。

1 ERCC1

ERCC1是定位于人类染色体19q13.2-q13.3上的一段修复基因，全长15 kbp，编码含297个氨基酸的蛋白质[1]。它在核苷酸切除修复系统(nucleotide excision repair ，NER)中发挥关键作用，与DNA修复酶缺乏互补基因F结合形成ERCC1-XPF,这个二聚体可以识别5’端，并将损伤的寡核苷酸切除，在NER中发挥限速或调节的作用，这也是铂类-DNA交联损伤切除中的特殊一步[2]；另外，ERCC1-XPF在DNA修复后期的同源重组中起重要作用，同源重组修复正是肿瘤放化疗所致的癌细胞损伤修复的主要途径[3]。

奥沙利铂是目前广泛应用于结直肠癌化疗的药物，其化学名左旋反式二氨环己烷草酸铂，是第三类铂类药物，它半衰期较短，亲脂性很强，作用机制是其内含有1,2-二氨基环己烷(DACH)结构，可与癌细胞DNA链中的鸟氨酸形成DACH-Pt-DNA加合物，产生链间或链内交联，导致双向功能的DNA损伤，抑制DNA复制转录，从而诱导肿瘤细胞凋亡。这种损伤可以通过NER途径修复：铂类药物可以使受损细胞周期阻滞在G2/M期，而ERCC1高表达可以使停滞在G2/M期损伤的DNA迅速修复，使受损肿瘤细胞存活增多而产生耐药。相反，ERCC1低表达可以影响肿瘤细胞的DNA损伤修复能力，切除修复DACH-Pt-DNA加合物能力降低，从而使细胞对铂类药物化疗敏感性增加，从而推测ERCC1表达可作为铂类药物化疗敏感性的预测指标之一[4]。近年来多个临床研究已证实结直肠癌中ERCC1低表达者对铂类更敏感，化疗效果更佳。Stoehlmacher等[5]研究表明在接受草酸铂治疗的进展期肠癌患者中，ERCC1低表达者预后更好。朱娟等[6]以进行FOLFOX4治疗的晚期结直肠癌患者作为研究对象，证实ERCC1阴性患者化疗有效率高于阳性患者，预后好。Kim等[7]选择70例转移性结直肠癌患者给予FOLFOX4方案化疗，结果显示ERCC1表达阴性者总生存率明显延长，多变量分析显示ERCC1表达显著影响总生存率。Uchida等[8]研究证实ERCC1的过表达与L-OHP治疗的不敏感性相关。上述研究均表明：ERCC1的表达水平可以作为铂类药物化疗有效性、生存期的预测指标。

2 KRAS

KRAS癌基因是现知的最保守的一族癌基因，对于细胞生长、增殖、发育和分化调控、细胞的恶性转化都起着重要作用。在RAS基因家族中，和人类肿瘤有关的基因共三种：KRAS、HRAS、NRAS,分别定位在12，11及1号染色体上。其中KRAS基因含4个编码外显子和1个5’端非编码外显子，共同编码含189个氨基酸组成的RAS蛋白[9]。RAS蛋白位于细胞浆膜表面，是膜结合型的GTP/GDP结合蛋白，通过GTP和GDP的相互转化作用有节制的调节KRAS基因对信号系统的开启和关闭，传递细胞生长分化信号。由于GTP水解作用可灭活蛋白，因此RAS-GTP酶信号传导通常具有自限性，而在致癌基因活化时，上述特性遭到破坏，RAS蛋白一直处于GTP结合的活化形式，影响信号传导，使信号传递通道一直处于激活状态，刺激细胞不断生长分化，最终导致细胞的恶性转化。正常的KRAS基因可抑制肿瘤细胞的生长，一旦发生突变，RAS蛋白结构改变，失去原有信号传导作用，使细胞调控和增殖发生紊乱，导致肿瘤发生，所以KRAS基因突变在多种肿瘤发生中发挥重要作用[10]。结直肠癌患者KRAS基因突变率为27%～43%[11]。

西妥昔单抗是作用于胞外区的单克隆抗体，与EGFR特异性结合，其抗肿瘤机制包括：①干扰EGFR以及下游信号激活，通过增加细胞周期抑制因子p27 kip的表达，诱导细胞停留于G1期，从而抑制细胞增殖；②通过增加凋亡促进基因bax表达和减少凋亡抑制基因bcl-2表达而诱导肿瘤细胞凋亡；③抑制在肿瘤细胞黏附中起着关键作用的分子表达，起到抑制肿瘤侵袭及转移的作用。曾一度认为西妥昔单抗只能用于EGFR表达的患者，但后来的研究发现EGFR的表达状态与西妥昔单抗的治疗效果无关[12]。而诸多临床试验证明结直肠癌患者KRAS基因状态与西妥昔单抗疗效关系密切，这是因为EGFR靶向药物西妥昔单抗能有效阻断KRAS基因对下游信号的传导；在KRAS突变的肿瘤中，RAS蛋白持续活化，能不依赖上游的EGFR信号，从而对西妥昔单抗不敏感，致使肿瘤持续生长。临床已有多个大样本试验评估了KRAS基因状态对西妥昔单抗治疗效果的影响。OPUS研究探讨西妥昔单抗联合FOLFOX4一线治疗中KRAS基因突变与疗效的关系。结果显示在KRAS 野生型患者中可见无进展生存期(PFS)和客观有效率(ORR)收益，而KRAS突变型患者加用西妥昔单抗未见疗效获益[13]。Tejpar等[14]对EV-EREST研究进行分析，在伊立替康治疗失败的结直肠癌患者中加用西妥昔单抗，将148例患者随机分为西妥昔单抗标准剂量组和剂量递增组。结果显示：KRAS突变型患者无论采用标准剂量还是剂量递增方案治疗均无效，野生型患者的有效率分别为30.4%和41.9%，野生型和突变型患者的PFS期分别为173 d和83 d。可见，KRAS野生型患者能从伊立替康联合西妥昔单抗治疗中获益，剂量递增后疗效有所提高，突变型患者则无效。Van Cutsem等[15]对Ⅲ期CRYSTAL研究进行回顾性分析，对540例转移性结直肠癌患者获得KRAS基因型评价。对KRAS野生型患者，FORFIRI方案加用西妥昔单抗的有效率及无进展生存期均显著提高(P<0.05)，表明KRAS野生型患者接受西妥昔单抗联合FORFIRI治疗能获得良好的疗效，疾病进展危险显著降低，而KRAS突变型患者未能从额外的西妥昔单抗应用中获益。上述研究均证实：KRAS基因状态，可以预测结直肠癌患者是否能从靶向治疗药物西妥昔单抗的治疗中获益，为个体化治疗方案的确定提供理论依据。

3 TYMS

TYMS编码的胸苷酸合成酶(TS)是肿瘤生长的重要因子。TS催化胸腺嘧啶脱氧核苷(dTMP)起始合成唯一通路尿嘧啶脱氧核苷(dUMP)的甲基化反应，对细胞内DNA合成和细胞生长所需的TMP生成非常重要。5-Fu经过一系列的酶促反应后，迅速转化为活性代谢产物——磷酸氟尿嘧啶脱氧核苷(FdUMP)，后者与TS结合形成三元复合体，可抑制TS的活性，阻断dTMP合成，从而影响DNA的生物合成，抑制肿瘤细胞生长繁殖。因此TS是5-Fu发挥抗癌作用的靶酶，其基因表达水平可反映5-Fu的抗癌疗效。

Qiu等[16]对1 112例来自24个研究中心且接受5-Fu为基础化疗的结直肠癌患者进行Meta荟萃分析,结果显示: TS低表达者对5-Fu化疗的敏感性较高。Shirota等[17]研究发现，在转移性结直肠癌患者中，TYMS低表达组中位生存时间较高表达组显著延长，表明低表达组患者对5-Fu化疗更敏感。TS常见的三种基因型为3R/3R, 2R/3R, 2R/2R，其基因多态性影响mRNA的表达，Morganti等[18]发现结直肠癌患者癌组织中3R/3R基因型的TSmRNA表达水平较另两种基因型明显增高，主要的原因为3R序列的TSmRNA比2R序列的翻译活性明显增高。由于基因多态性影响TS表达水平，因此基因多态性也影响5-Fu的敏感性。Salgado等[19]研究显示，结直肠癌2R/2R基因型患者较3R/3R 基因型患者对5-Fu显著敏感，预后更好，差异有统计学意义。如上所述，临床上已有许多研究证明，TYMS表达水平的高低和基因多态性能预测5-Fu化疗的敏感性，对临床上化疗药物的选择有指导意义。

4 BRCA1

BRCA1定位于人类17q21染色体，长100 kb，包含24个外显子， BRCA1基因表达的蛋白质由1 863个氨基酸及其对应的220 kD核磷酸蛋白组成。它是一种抑癌基因，参与基因的转录调节、细胞凋亡和泛素化等。BRCA1参与了NER等多种DNA修复途径，这些过程是通过BRCA1和细胞内负责DNA损伤修复的蛋白互相作用实现的。BRCA1可抑制DNA损伤药物顺铂诱导的细胞凋亡，加强修复，从而使铂类药物出现耐药。已有研究证实，BRCA1可预测铂类药物的化疗疗效，其中Wang等[20]在胃癌和非小细胞肺癌患者中发现，BRCA1表达水平与顺铂的敏感性呈负相关；Taron等[21]研究发现BRCA1高表达可使顺铂耐药增加,认为其高表达可增强细胞修复能力,使肿瘤细胞不容易被铂类药物杀死而产生耐药,BRCA1低表达者则不易形成耐药,使化疗有效率增加。 Weberpals等[22]在卵巢癌的研究中也发现，BRCA1基因低表达的患者更能从铂类为基础的化疗方案中获益。

5 RAP80

RAP80是一种受体相关蛋白基因，定位于人的第5号染色体(5q35)，编码的RAP80蛋白为全长719个氨基酸残基组成的蛋白质，分子量约80 kD。RAP80蛋白是在BRCA1发挥作用时的一个伴侣蛋白，是BRCA1复合物进行DNA修复过程中的重要结构单元，RAP80蛋白结合到BRCA1蛋白识别的DNA损伤的必需区域，从而使BRCA1能到达DNA损伤位点，通过泛素化途径在DNA损伤修复过程中发挥重要作用。Sobhian等[23]研究表明，对于使用铂类药物治疗的癌症患者，无论其BRCA1表达水平高低，RAP80的表达水平均会影响其疗效。铂类药物对RAP80表达量相对较低的患者有更好的疗效，而RAP80高表达的患者则对铂类药物有较强的耐药性。张文君等[24]研究发现，接受铂类化疗的胃癌患者中，BRCA1或RAP80低表达者的生存时间较中高表达者明显延长，且两者均为低表达的患者平均生存时间是两个基因均为高表达患者的2.2倍。

6 EGFR

EGFR是原癌基因cerb-1的表达产物，它是一种具有配体依赖性酪氨酸激酶活性的跨膜糖蛋白。EGFR的主要配体有表皮生长因子、双调蛋白、转化生长因子-α等。EGFR与配体结合形成二聚体，通过自动磷酸化过程实现多种细胞的增殖分化。它存在于除造血干细胞以外的大多数细胞中，其过度被激活可促进肿瘤细胞增殖、抑制细胞凋亡、促进肿瘤血管生成，EGFR在结直肠癌、乳腺癌、非小细胞肺癌和胰腺癌等多种恶性肿瘤中呈过度表达。EGFR是肿瘤靶向治疗的重要靶点，有研究表明EGFR高表达的患者更容易受益于西妥昔单抗、帕尼单抗及吉非替尼等[25]。也有研究认为EGFR蛋白表达与EGFR单抗疗效间无相关性[26]。EGFR的表达水平还能预测伊立替康的化疗敏感性，Vallbohmer等[27]研究证明，EGFR高表达患者对伊立替康为主的化疗方案更敏感。Miller等[28]在给予伊立替康化疗的转移性结直肠患者的研究中发现，EGFR高表达者较低表达者的化疗有效率及生存期均显著提高。

7 VEGF

VEGF是参与血管新生及血管发生过程的同二聚体糖蛋白，分子量约45 kD，它是一个生长因子家族，包括VEGF-A,胎盘生长因子(PLGF)、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E和VEGF-F等。VEGF是由肿瘤细胞、巨噬细胞、血管内皮细胞及多种间质细胞分泌的，它与VEGF结合后，使受体经转磷酸化和二聚化过程而活化，在内皮细胞生长、增殖、迁移和血管构建中发挥重要作用。多种肿瘤细胞通过上调VEGF表达水平促使肿瘤生长。贝伐单抗是一个靶向VEGF的单克隆抗体，于2004年被美国食品药品管理局(FDA)批准用于一线治疗转移性结直肠癌。贝伐单抗通过中和VEGF及阻断其信号传导，从而抑制VEGF诱导的血管内皮细胞生长、增殖、迁移等，减低内皮细胞通透性和一氧化氮生成，并可抑制细胞因子的产生，最终发挥抑制肿瘤生长的作用。由于贝伐单抗直接影响VEGF及其受体，所以VEGF及其相关受体的表达水平可能与贝伐单抗的疗效相关。马冬[29]报道，VEGF-A表达水平可以预测贝伐单抗在晚期胃癌治疗中的疗效。

在2009年的世界胃肠肿瘤大会上，达成了对结直肠癌患者实行个体化治疗的共识，强调应根据治疗目的和各种标志物信息制定个体化的多学科综合治疗方案[30]。本文对结直肠癌化疗敏感性相关基因作了简单概述，大量临床报道证实针对不同基因表达水平制定不同的个体化化疗方案对于改善结直肠癌患者预后具有重要意义。如何通过一些分子标志物的检测，为患者“量体裁衣”，指导临床用药，提高化疗药物的有效率，减少无效用药及毒副反应，尚需大样本的回顾性和前瞻性研究予以证实。相信未来通过多种相关基因联合检测指导的个体化治疗，一定能为结直肠癌患者延长生存期，改善生存质量。

[1] Reed E. ERCC1 and clinical resistance to platinum-based therapy[J]. Clin Cancer Res,2005,11(17):6100

[2] Sancar A,Reardon JT. Nucleotide excision repair in E coliandman[J]. Adv Protein Chem,2004,69(1):43

[3] Clingen PH,De Sileal U,Mc Hugh PJ,et al. The XPF-ERCC1 endonuclease and homologous recombination contribute to the repair of minor groove DNA interstrand crosslinks in mammalian cells produced by the pyrrolo[2,1-c][1,4]benzodiazepine dimerSJG-136[J]. Nucleic Acids Res,2005,33(10):3283

[4] Siddik ZH. Cisplatin:mode of eytotoxic action and molecular basis of resistance[J]. J Oneogene,2003,22(47):7265

[5] Stoehlmacher J，Park D J,Zhang W,et al. A multivariate analysis of genomic polymorphisms:prediction of clinical outcome to 5-Fu/oxaliplatin combination chemotherapy in refractory colorectal cancer[J]. Br J Cancer,2004,91(2):344-354

[6] 朱娟，肖菊香，张彦兵，等. 核苷酸切除修复交叉互补基因-1在结直肠癌中的表达及其意义[J]. 第四军医大学学报，2008,29(5):470-473

[7] Kim SH,Kwon HC,Oh SY,et al. Prognostic value of ERCC1,thymidylate synthase,and glutathione S-transferase pi for 5-FU/oxaliplatin chemotherapy in advanced colorectal cancer[J]. Am J Clin Oncol,2009,32(1):38

[8] Uchida K,Danenberg PV,Danenberg KD,et al. Thymidylate synthase, dihydropyrimidine dehydrogenase,ERCC1,and thymidine phosphorylase gene expression in primary and metastatic gastrointestinal adenpcarcinoa tissue in patients treated on a phase I trial of oxaliplatin and capecitabine[J]. BMC Cancer,2008,15(8):386

[9] Malumbres M,Barbacid M. RAS oncogenes:the first 30 years[J]. Nat Rev Cancer,2003,12(3):459-465

[10] 陈彻，刘福坤，祁晓平，等. 直肠癌术前放疗前后K-ras基因突变的研究[J]. 中华外科杂志，2005,43(11)：710-712

[11] Siddiqui AD,Piperdi B. KRAS mutation in colon cancer:a marker of resistance to EGFR-1 therapy[J]. Ann Surg Oncol,2010,17(4):1168-1176

[12] Chung KY,Shia J,Kemeny NE,et al. Cetuximab shows activity in colorectal cancer patients with tumors that do not express the epidermal growth factor receptor by inmunohistochemistry[J]. J Clin Oncol,2005,23(12):1803-1810

[13] Bokemeyer C，Bondarenko I,Hartmann JT,et al. KRAS status and efficacy of first-line treatment of patients with metastatic colorectal ( metastatic CRC) with FOLFOX with or without cetuximab: The OPUS experience[J]． J Clin Oncol，2008，26(1):178

[14] Tejpar S,Peeter M,Humbler Y,et al. Relationship of efficacy with KRAS status(wild type versus mutant)in patients with irinotecan-refractory metastatic colorectal cancer (mCRC),treated with irinotecan (q2w)and escalating doses of cetuximab(q1w):The EVERST experience (preliminary data)[J]. Prec Am Soc Clin Oncol,2008,25(18):4001

[15] Van Cutsem E,Lang I,D’haens G,et al. KRAS status and efficacy in the first-line treatment of patients with metastatic colorectal cancer(mCRC) treated with FORFIRI with or without cetuximab:The CRYSTAL experience[J]. Prec Am Soc Clin Oncol,2008,2(1):2

[16] Qiu LX,Tang QY,Bai JL,et al. Predictive value of thymidylate synthase expression in advanced colorectal cancer patients receiving fluoropyrimidine-based chemotherapy:evidence from 24 studies[J]. Int J Cancer，2008，123(45):2384-2389

[17] Shirota Y,Stoehlmacher J,JAN Brabender J,et al．ERCC1 and thymidylate synthase mRNA levels predict survival for colorectal cancer patients receiving combination oxaliplatin and fluorouracil chemotherapy[J]. J Clin Oncol,2001，19(23)：4298-4304

[18] Morganti M,Ciantelli M,Giglioni B,et al. Relationships between promoter polymorphisms in the thymidylate synthase gene and mRNA levels in colorectal cancers[J]. Eur J Cancer,2005,41(14):2176-2183

[19] Salgado J,Zabalegui N,Gil C,et al. Polymorphisms in the thymidylate synthas and dihydropyrimdine dehydrogenase gene predict reponse and toxicity to capecitabine-raltitrexed in colorectal cancer[J]. Oncol Rep,2007,17(2):325-328

[20] Wang L,Wei J,Qian X,et al. ERCC1 and BRCA1 mRNA expression levels in metastatic malignant effusions is associated with chemosensitivity to cisplatin and/or docetaxel[J]. BMC Cancer,2008,8(1):97

[21] Taron M,Rosell R,Felip E,et al. BRCA1 mRNA expression levels as an indicator of chemoresistance in lung cancer[J]. Hum Mol Genet,2004,13(20): 2443-2449

[22] Weberpals J,Garbuio K,O’Brien A,et al. The DNA repair proteins BRCA1 and ERCC1 as predictive markers in sporadic ovarian cancer[J]. Int J Cancer,2009,124(6):806-819

[23] Sobhian B,Shao G,Lilli DR,et al. RAP80 targets BRCA1 to specific ubiquitin structures at DNA damage sites[J]. Science,2007,316(5828)：1198-1202

[24] 张文君，魏嘉. BRCA1基因和RAP80 mRNA表达水平与胃癌铂类化疗预后的相关性研究[J]. 中国肿瘤临床与康复，2012,19(2):122-125

[25] Michaelis M,Bliss J,Amold SC,et al. Cisplatin-resistant neuroblastoma cells express enhanced levels of epidermal growth factor receptor(EGFR)and are sensitive to treatment with EGFR-specific toxins[J]. Clin Cancer Res，2008,4(20):6531-6537

[26] Messersmith WA，Ahnen DJ. Targeting EGFR in colorectal cancer[J]. N Engl J Med，2008,359(67):1834-1836

[27] Vallbohmer D,Iqbal S,Yang DY,et al. Molecular determinants of irinotecan efficacy[J]. Int J Cancer,2006,19(10):2435-2442

[28] Miller HJ,Jhatakia S,Grimminger PP,et al. Use of ERCC1 and EGFR expression to predict irinotecan efficacy in patients with metastatic colorectal adenocarcinoma[J]. J Clin Oncol,2010, 28(2):15

[29] 马冬. 血管内皮生长因子A和神经纤毛蛋白-1可预测贝伐单抗在晚期胃癌的疗效[J]. 循证医学，2012,12(3)：130

[30] 苏洋，张俊, 朱正纲. 氟尿嘧啶类药物的疗效预测标志物的研究进展[J]. 世界华人消化杂志，2011，19(2):170-176

10.3969/j.issn.1008-8849.2015.21.042

R735.3

A

1008-8849(2015)21-2391-04

2015-02-10