精准医疗背景下基因和基因组学对外科疾病治疗决策的影响

韩俊毅 陈炳官



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精准医疗背景下基因和基因组学对外科疾病治疗决策的影响

韩俊毅 陈炳官

精准医疗是指以个人基因组学信息为基础，结合蛋白质组学、代谢组学等相关内环境信息，为病人量身设计出最佳治疗方案，以期达到治疗效果最大化而副作用最小化的一门定制医疗模式。因此精准医疗比传统医疗具有针对性、高效性及预防性等特征，将开启医疗新时代。为此， 2015年奥巴马总统在国情咨文中宣布了预算为2.15亿美元的精准医学计划(precision medicine initiative)[1]。精准医疗计划的实施得益于近年来基因组学、蛋白质组学和代谢组学等检测技术的成熟和成本的下降。2007年二代基因测序技术使测序成本有了大幅降低，从而基因测序得到了广泛的应用。Illumina公司自2007年每个基因组的测序成本费用已从2007年的1000万美元降到了目前的1000 美元。

精准医学的发展已经促进了很多重要的新发现和个体化的新疗法，例如针对乳腺癌、肺癌、大肠癌、黑色素瘤和白血病，根据病人的分子检测结果设计个体化的治疗方案，既能提高生存率，又能减少不良影响[2]。然而，开发能更有效判断预后和预测疗效的生物标记物，仍是目前肿瘤临床研究的重要目标。与癌症有关的单基因突变已经证明有判断预后和预测的价值，例如KRAS基因突变与否被广泛用于指导结肠癌的化疗。但是单基因突变的分析无法完全解开癌症的复杂性。因此，全基因组水平分析对癌症的诊断、预后及治疗效果的判断可能更有决定性的意义。本文试就基因和基因组学对外科疾病治疗决策的影响进行简单阐述。

一、单基因突变对外科治疗策略的影响

1.乳腺癌易感基因(BRCA)基因突变 研究表明，携带突变肿瘤抑制基因BRCA1或BRCA2的妇女具有高乳房癌风险(60%～80%累积风险)。正常的乳腺和卵巢组织表达的BRCA基因在DNA损伤修复中起重要作用，突变的基因则使DNA损伤得不到正常修复，使患乳癌和卵巢癌的风险增加。针对携带突变肿瘤抑制基因BRCA1或BRCA2的妇女人群，预防性双乳房切除术和卵巢切除术成为乳腺癌和卵巢癌的风险控制策略。过去10年中，在英国预防性双乳房切除术的女性人数几乎增加了1倍。这样的策略大大减少了BRCA1或BRCA2基因突变携带者患乳腺癌的风险(90%)。不过，在美国有近64%的BRCA1或BRCA2携带者选择避免手术，而采用高灵敏度的磁共振成像(MRI)来早期检测肿瘤。由于目前卵巢癌筛查方法存在很大的局限性，因此预防性双侧输卵管卵巢切除术可使得BRCA1或BRCA2基因突变携带者患妇科癌症风险降低80%～96%。

2.腺瘤性息肉病基因(APC)和错配修复基因(MMR)突变 APC基因突变与家族性腺瘤息肉病(FAP)密切相关，多数病人在40岁前恶变为结肠癌。因此APC基因突变的FAP综合征病人，应该推荐手术。但是由于20岁以前癌变罕见，所以手术通常可被推迟到青春期后期，或者在主要的工作生活变化间期，如完成学业到就业期间或工作转换中间。

MMR基因中hMLH1，hMSH2，PMS2或hMSH6的胚系突变是另一种遗传性结直肠癌的主要原因，即非息肉的结直肠癌(或Lynch综合征)。MMR基因参与许多细胞功能，包括DNA修复、细胞凋亡等。Lynch综合征与胃、小肠、肝、胆管、上尿路、脑和皮肤的癌症风险增加相关，与卵巢癌和子宫内膜癌的高风险也密切相关。虽然并非像FAP病人那样需要做预防性手术，但是Lynch综合征病人异时性结肠癌的风险增加，因此在手术时需要更多考虑全结肠切除。

3.RET基因突变 多发性内分泌腺瘤(MEN)是影响不同的内分泌腺体的遗传性临床综合征。MEN综合征的不同的表现型，包括MEN1，MEN2A，MEN2B和甲状腺髓样癌(MTC)，通常与嗜铬细胞瘤(PHEO)和/或甲状旁腺功能亢进(亢进症)的多发性甲状旁腺腺瘤有关。RET原癌基因是21外显子中跨膜受体的酪氨酸激酶，参与细胞生长和分化过程的信号转导。其激活性的胚系点突变分别存在于95%和98%的MEN2A和MEN2B家庭，和大约95%的MTC家庭。美国甲状腺协会专家小组在指南中建议RET基因突变的四种不同的风险等级，从A(最低)到D(最高)。携带RET基因突变(如Met918Thr)的MEN或MTC家庭中的儿童为风险等级D，应尽可能在出生后第1年手术；而风险等级B和C的病人(外显子10、11、13、14和15的RET有突变)应在5岁前做甲状腺全切除；风险等级A的病人(外显子5和8的RET基因有突变)可以推迟到5岁后或降钙素阳性时行甲状腺全切除，然后终身补充甲状腺素。然而最近的数据显示，RET基因突变携带者，如果基础降钙素检测不到，几乎就没有MTC的风险。同时，也发现降钙素血清水平<30～40 ng/L与甲状腺内微小MTC有关，但无淋巴结转移证据。因此，RET突变基因携带者在随访过程中随访降钙素水平，有利于个性化设计手术治疗的时间和方法。针对有异型增生的甲状腺结节，结合细针穿刺活检的细胞学和RET分子检测结果进行癌变风险分级，可以减少不必要和/或广泛的外科手术。

二、RNA基因表达谱和全基因测序分析对常见肿瘤外科治疗策略的影响

基因组学包括RNA基因表达谱和全基因测序分析。大肠癌、头颈部癌、胰腺癌等常见肿瘤的基因图谱已经发表[3-5]。基因组分析已被越来越多地应用在癌症风险评估和制定多学科综合治疗的计划中。

1.乳腺癌 已有研究表明，应用活检组织的基因表达分析可以预测乳腺癌新辅助治疗的病理学上的反应性。通过基因组分析定制新辅助治疗，反应率可能会增加。而且，基因谱分级可以作为决定行乳腺切除术或肿块切除加放疗的依据。复发指数高的乳癌病人，行肿块切除加放疗比乳腺切除术后的局部复发率高，说明复发指数高的乳癌病人应当行乳腺切除术。年龄<50岁的乳腺癌病人，如具有高复发评分应建议接受乳房切除术。目前已有美国公司开发的OncotypeDX基因谱分级和荷兰公司的Mamma Print高通量检测均已用于指导乳腺癌的临床诊治。

2.胰腺癌 活检组织的基因组分析对胰腺癌治疗也有潜在重要意义。最近发现，胰腺癌细胞中染色体重排导致的基因毁坏非常普遍。根据染色体结构变异模式，可将胰腺癌分为稳定型、局部重排型、零散型和不稳定型[5]。未来将有希望直接根据基因组分子分型，包括突变分析和表达谱分析，更好地识别“治疗敏感的肿瘤”，优化新辅助治疗，结果将得到更多的治愈性切除的病人群体，提高生存率。

3.直肠癌 美国Genomic Health公司开发的结肠癌基因表达谱产品是建立在1800例以上Ⅱ期和Ⅲ期结肠癌样本基础上。其前期研究发现7个基因与肿瘤复发相关，6个基因与手术后5-氟尿嘧啶和亚叶酸钙化疗获益与否相关。最终临床研究确认了12个基因可预测结肠癌低风险，中度风险和高风险的肿瘤复发指数。这一指数既指导了高危Ⅱ期结肠癌病人辅助治疗，也避免了低危结肠癌的昂贵的过度治疗。另外，荷兰公司也在全基因组表达的研究基础上选择出有意义的18基因组合，可以预测病人是否能受益于化疗。尽管不能改变外科手术治疗方案，这种类型的预测指标可用于癌症的多学科综合治疗的决策过程。

小结:基因组中遗传和表观遗传学的改变相互作用以多种途径破坏正常的生物化学的作用过程，最终导致肿瘤的发生发展。确定这些基因的异常最终可能有利于准确预测肿瘤复发、癌症相关的死亡、治疗反应，甚至可能提供潜在的癌症治疗新靶点。实践证实某些单基因突变分析已经对癌症手术决策带来了一定的影响，而肿瘤的基因组分析对手术决策的影响尚在探索中。预计根据肿瘤活检组织的基因组分析结果的精准新辅助治疗可能会提高手术切除率，特别是R0切除率，缩小手术范围，使长期生存率和生活质量的提高。目前，基因组指导治疗的临床试验TAILORx或MINDACT正在进行，研究结果将有助于确定基因组分析对手术决策影响的真正意义。

然而基因和基因组学应用仍要解决很多问题。首先，由于活检组织有限，有必要进一步改善分析技术；第二，活检过程中肿瘤种植的风险也需要进一步评估；第三，由于肿瘤的异质性，所取组织的基因组和表观基因组结果并不一定代表整个肿瘤的全貌，造成预测和精准靶向治疗不确定性。多点取材可能有利于解决这个问题，但是否增加肿瘤种植的风险尚待探讨；最后，由于肿瘤细胞与肿瘤微环境的相互作用影响肿瘤的发生发展。采用激光捕获显微切割的肿瘤和正常组织的分别分析生物标志物可能对精准靶向治疗的意义更为显著。特别是阻断PD1/PD-L1和CTLA4通路的免疫治疗，同时参考肿瘤和周围组织的生物标志物能更为精准的预测疗效[6]。肿瘤特异性免疫治疗的设计的关键在于精准发现和设计肿瘤抗原。个体肿瘤的基因组学分析有利于发现能成为肿瘤抗原的变异基因，提高特异免疫治疗的设计和效果[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.

上海浦东新区学科带头人培养计划(PEWd2010-05)

200120 上海，同济大学附属东方医院

陈炳官，Email：chen.bingguan@seimc.com.cn

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10.3969/j.issn.1003-5591.2015.04.021

2015-04-14)