分化型甲状腺癌及其失分化机制的研究进展△

上官琳珏，赵春雷

杭州市肿瘤医院/杭州市第一人民医院集团核医学科，杭州310002

分化型甲状腺癌（differentiated thyroid cancer，DTC）起源于甲状腺滤泡细胞，包括乳头状甲状腺癌（papillary thyroid carcinoma，PTC）和滤泡性甲状腺癌（follicular thyroid carcinoma，FTC）两种。DTC的发生可能与促分裂原活化的蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）信号通路异常激活、双链复合蛋白8（paired box 8，PAX8）/过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）基因重排、其他的基因突变或扩增有关[1]。多数DTC患者接受传统的“手术+131I治疗+促甲状腺激素（thyroid stimulating hormone，TSH）抑制剂”系统治疗模式后，预后良好，无病生存期较长。但仍有2%～5%的DTC患者的肿瘤细胞在治疗过程中或自然病程中逐渐失去分化表型，出现摄碘能力丧失、侵袭性增强等失分化现象，临床上通常称之为放射性碘难治型DTC（radioactive iodine refractory DTC，RAIR-DTC）[2]。与DTC患者相比，RAIR-DTC患者的生存时间更短，预后更差。在基因族谱上，RAIR-DTC和DTC患者有一定的重叠性，通常具有相同的驱动基因，然而出现失分化的DTC患者往往具有更高的变异负荷[3]，表明在DTC的进展过程中，可能出现新的基因突变。在分子水平探寻肿瘤的发生发展和演化机制是目前甲状腺癌研究领域的重点之一。本文就目前DTC中常见的基因突变类型、与肿瘤进展相关的基因突变、与肿瘤进展相关的信号通路以及失分化过程中相关正常基因的异常表达情况进行综述。

1 DTC常见基因突变

1.1 鼠类肉瘤病毒癌基因同源物 B1基因突变

鼠类肉瘤病毒癌基因同源物B1（v-raf murine sarcoma viral oncogene homolog B1，BRAF）基因突变仅见于PTC患者中，约占PTC中所有突变类型的60%[4]。BRAF基因位于染色体7q34，可编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，该激酶位于MAPK信号通路的入口处，可调节细胞的生长和增殖过程[5]。BRAF基因最常见的突变是第600位密码子对应的缬氨酸突变为谷氨酸（V600E），BRAFV600E不依靠上游信号因子即可激活MAPK通路，导致该通路的过度活跃，促进细胞增殖分裂，导致肿瘤的形成，属于早期致瘤突变。此外，BRAFV600E还可上调转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）的表达。TGF-β可抑制PAX8mRNA的表达，同时抑制PAX8与钠碘转运体（sodium-iodide symporter，NIS）启动子的结合，抑制NIS的表达，导致患者摄取放射性碘的能力降低。研究发现，在BRAF突变的PTC患者中，NIS及甲状腺过氧化物酶（thyroid peroxidase，TPO）的表达水平明显降低，且更易出现淋巴结转移，复发风险较高[6]。研究表明，在发生肺转移的DTC患者中，BRAF突变组患者肺转移灶的不摄碘率高达84.2%，而在BRAF野生组患者中仅为5.6%[7]。但美国甲状腺协会（American Thyroid Association，ATA）2015版指南中并没有推荐BRAF突变用于首次术后肿瘤复发风险的评估，该指南认为，单独的BRAF突变不改变患者复发风险分层，仅当BRAF突变与其他突变如端粒酶逆转录酶（telomerase reverse transcriptase，TERT）启动子突变、磷脂酰肌醇-3-激酶催化亚单位α（phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha，PIK3CA）突变、肿瘤蛋白p53（tumor protein p53，TP53）突变等并存时，可能预示着预后不良[8]。

1.2 RET/PTC基因重排

RET/PTC基因重排是PTC中仅次于BRAF突变的常见基因突变类型，属于肿瘤早期的突变事件。根据重排位置的不同，目前共已知16种RET/PTC基因，其中以RET/PTC1和RET/PTC3最为常见[9]。有研究指出，RET/PTC基因重排与电离辐射的暴露密切相关，辐射诱导的PTC通常起源于基因重排、激活的RET激酶或神经酪氨酸激酶受体（neurotrophic tyrosine kinase receptor，NTRK）编码的受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，TRK），且以基因重排更为多见[10]。RET/PTC基因重排的机制是由于参与重排的基因空间位置邻近，当辐射引起DNA损伤后更容易发生基因重组，导致肿瘤基因融合的发生率很高[11]。1986年切尔诺贝利核电站爆炸事件发生后，事故影响到的碘缺乏地区儿童的PTC患病率急剧上升，其中80%的患儿存在RET/PTC基因重排，且以RET/PTC3基因重排最为明显[12]，类似的发病趋势也在广岛和长崎原子弹爆炸后受到辐射的幸存者及因头颈部恶性肿瘤接受外照射放疗的患者中观察到[13-14]。RET/PTC基因重排患者的平均年龄较小，易出现局部淋巴结受累等侵袭性特征，但经过系统治疗后通常预后较好[4]。RET/PTC基因重排在低分化甲状腺癌（poorly differentiated thyroid cancer，PDTC）中少见，且尚未发现甲状腺未分化癌（anaplastic thyroid cancer，ATC）中存在RET/PTC基因重排[15]。由此推测，RET/PTC基因重排可能不是促进肿瘤细胞失分化的因素。

1.3 RAS基因突变

RAS基因包括H-RAS、K-RAS、N-RAS三种亚型，其编码产物为p21蛋白。p21可与鸟苷二磷酸（guanosine diphosphate，GDP）、鸟苷三磷酸（guanosine triphosphate，GTP）结合，具有GTP酶活性，并受GTP酶激活蛋白（GTPase-activating protein，GAP）的调控，参与调控细胞生长和分化过程。RAS基因位于MAPK和磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB，又称 AKT）/雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）信号通路的上游，RAS突变后可异常激活MAPK和PI3K/AKT/MTOR信号通路，导致细胞异常增殖，从而促使肿瘤的发生，属于早期致癌突变。RAS突变常见于FTC或滤泡型乳头状甲状腺癌（follicularvariantpapillary thyroid cancer，FVPTC），容易出现血管侵犯却很少侵犯局部淋巴结，可保留与碘转运和碘代谢相关基因的表达，通常保留了较强的摄取碘的能力，对131I治疗反应良好[13]。研究表明，RAS突变与肿瘤的侵袭性、远处转移和预后相关，推测RAS突变可能在促进肿瘤的进展中发挥作用[16-17]。

1.4 PAX8/PPARγ基因重排

PAX8属于特异性转录因子，可调控促甲状腺激 素受体（thyroid stimulating hormone receptor，TSHR）、甲状腺球蛋白（thyroglobulin，TG）、TPO及NIS等甲状腺特异蛋白的表达。过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）属于类固醇-甲状腺-维甲酸受体超家族，其中PPARγ对甲状腺细胞的生长、增殖和分化过程具有重要作用。PAX8/PPARγ基因重排是由于t（2；3）（q13；p25）染色体异位所致，属于早期突变，常见于FTC及FVPTC患者，且以前者更为多见。PAX8/PPARγ基因重排可导致PAX8基因与PPARγ基因发生融合，使PAX8-PPARγ融合蛋白表达水平升高。PAX8-PPARγ融合蛋白属于肿瘤蛋白，可明显抑制PPARγ与其反应元件的结合，促使甲状腺细胞的异常增殖分化，诱发肿瘤[18]。此外，PAX8-PPARγ融合蛋白还可以通过下调PAX8的表达，减少其与NIS上游增强子的结合，从而抑制NIS的表达，降低摄碘能力。研究表明，在ATC和失分化的DTC患者中，PAX8的表达水平明显降低[19]。Mu等[20]将PAX8基因转染至甲状腺癌细胞后，检测结果显示，NIS、TPO、TG等蛋白表达水平升高，为RAIR-DTC的基因治疗带来了可能。

1.5 NTRK融合基因

NTRK基因包括NTRK1、NTRK2和NTRK3等3种基因型，分别负责编码TRKA、TRKB、TRKC蛋白。神经营养因子与TRK蛋白结合后可激活下游PI3K/AKT/MTOR和MAPK信号通路。NTRK融合基因可异常活化信号通路并促进肿瘤的发生。仅5%甲状腺癌患者存在NTRK融合基因的表达，包括NTRK1和NTRK3基因，NTRK1基因可与原肌球蛋白3（tropomyosin 3，TPM3）、TPR或TGF基因融合；NTRK3基因主要与ETV6基因融合，与其他基因融合的情况较为少见[21-22]。约15%辐射诱导的PTC患者中存在ETV6-NTRK3的表达，是辐射诱导的PTC患者中另一种常见的基因突变[23]。研究显示，NTRK融合基因与RET/PTC基因重排在淋巴结转移等侵袭性特征上具有相似性[21]，与具有RET/PTC基因重排的PTC患者相比，存在NTRK1融合基因的PTC患者的侵袭性更大，预后更差[24]。

1.6 间变性淋巴瘤激酶融合基因

间变性淋巴瘤激酶（anaplastic lymphoma kinase，ALK）基因位于人染色体2p23，可编码TRK。ALK基因可通过基因易位与其他基因形成融合基因，与BRAFV600E相互排斥[25]。ALK基因易位在PTC患者中较为少见，研究显示，1%～5%的PTC患者中存在ALK基因易位，其中ALK与纹蛋白（striatin，STRN）基因形成的融合基因最为常见[25-26]。STRN-ALK融合基因可导致ALK激酶结构域发生改变，促使甲状腺细胞过度增殖，从而诱发肿瘤[26]。部分辐射诱导的PTC患者存在棘皮动物微管相关蛋白样 4（echinoderm microtubule associated protein like 4，EML4）-ALK融合基因，该融合基因在非小细胞肺癌患者中更为常见[27]。研究显示，ALK融合基因可能与肿瘤腺外侵犯及淋巴结转移等侵袭性特征相关，可促进DTC细胞失分化和疾病进展[26,28-29]。但也有研究指出，ALK融合基因与肿瘤的侵袭性无关[25]。目前，已有研究使用ALK靶向药物如克唑替尼，治疗ALK阳性甲状腺癌患者[28]。

1.7 ARAP 3基因突变

ARAP3基因位于第5号染色体，其编码的ARAP3蛋白是一个多结构域蛋白质，属于ARAP超蛋白家族。研究指出，ARAP3基因与肠道肿瘤的发生发展密切相关[30]。Wang等[31]发现，下调ARAP3基因的表达可以明显抑制PTC细胞增殖、集落形成、迁移和侵袭过程，表明ARAP3基因可能在PTC的发生发展中发挥重要作用。目前关于ARAP3基因在PTC中的具体作用机制尚不明确，未来是否可以作为PTC靶向治疗的潜在靶点，尚需要进一步的探索验证。

2 与DTC疾病进展相关的基因突变

2.1 TERT启动子突变

TERT是端粒酶不可缺少的催化亚单位之一，可限制端粒酶的活性。正常人体组织中端粒酶的活性处于抑制状态，TERT启动子突变可增强端粒酶活性，从而促进细胞异常增殖，在肿瘤发生中发挥重要作用[32-33]。TERT启动子突变常见于C288T和C250T两个位点，在多种恶性肿瘤包括FTC及部分PTC中均可见。研究显示，在20%～50%的PDTC及30%～75%的ATC患者中存在TERT启动子突变，突变率远高于PTC及FTC患者[8,34]。由于TERT启动子突变通常与其他突变，特别是BRAF突变同时存在，因此，TERT启动子突变本身并非促进肿瘤形成的驱动突变，而是在促进肿瘤进展过程中发挥作用，属于肿瘤的后期变异事件[35-36]。目前，暂无证据表明颈部放射线接触史及环境碘摄取量与TERT启动子突变有关[36-37]。在一项对66例远处转移的DTC患者的随访研究中发现，TERT启动子突变与远处转移病灶的不摄碘现象密切相关，所有存在TERT启动子突变的患者在随访终点均可进展为RAIR-DTC[38]。虽然TERT启动子突变影响甲状腺细胞的摄碘机制尚不明确，但该突变仍可以作为预测DTC对放射性碘治疗效果的分子标志物[39]。

2.2 TP53基因突变

TP53位于染色体17q31，是一个广谱的抑癌基因，其编码产物为p53蛋白，在监控细胞周期G1期DNA损伤、抑制细胞过度增殖、维持细胞正常生长、抑制恶性细胞增殖的过程中发挥重要作用。TP53基因突变好发于外显子，其功能失活多由异常编码的蛋白质导致，少部分是由于基因本身缺失而导致的功能失活[3]。TP53的功能失活仅见于PDTC（约25%）和ATC（50%～80%）患者[40-41]。研究发现，在DTC和ATC并存的同一病灶中，p53蛋白异常表达仅可见于ATC病灶部分[42]。研究显示，TP53突变可导致BRAF突变的PTC患者向ATC进展[43-44]，表明TP53突变不是肿瘤的驱动突变，而在肿瘤的进展阶段出现，可促进肿瘤恶性进展，属于肿瘤后期突变事件。多项研究显示，TP53的功能失活是肿瘤进展过程中的最后一步，是评估恶性肿瘤患者预后的分子标志物之一[3,40,45]。

3 与DTC进展相关信号通路的异常激活

3.1 PI 3K/AKT/MTOR信号通路异常激活

PI3K/AKT/MTOR信号通路在细胞生长、增殖过程中发挥重要作用。多种细胞生长因子与其相应的受体结合均可以激活PI3K/AKT/MTOR信号通路，MTOR是PI3K/AKT信号通路下游的效应分子，信号通路的异常激活可以影响MTOR的下游靶点，减弱对细胞生长及细胞周期的调节作用，约70%的恶性肿瘤细胞中MTOR蛋白表达水平较高。磷酸酶及张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）基因和PIK3CA基因是该通路中的关键节点，在甲状腺癌的发生发展过程中发挥重要作用[41,46]。PI3K/AKT信号通路异常激活多与PTEN功能缺失、PIK3CA突变、AKT突变、PIK3CA拷贝数增加等有关，在PDTC及ATC患者中更常见，极少见于分化良好的DTC患者中，表明PI3K/AKT信号通路的异常激活可能与DTC失分化有关。此外，在PI3K基因的介导下，胰岛素样生长因子1（insulin like growth factor 1，IGF1）可抑制NISmRNA的转录过程，减少甲状腺滤泡细胞对碘的摄取，从而导致肿瘤对放射性碘治疗不敏感。

3.2 WNT/β-catenin信号通路异常激活

WNT基因调控的WNT通路是动植物体内高度保守的信号转导通路，主要调控细胞增殖与分化。WNT信号通路可分为经典型通路（WNT/βcatenin通路）和非经典型通路（WNT/平面细胞极性或WNT/Ca2+通路）。肿瘤细胞中存在异常活化的WNT信号通路，通路中β-catenin突变、APC突变、Axin突变及WNT本身突变均可使该通路异常活化，导致细胞内β-catenin的累积。β-catenin进入细胞核后可与TCF/LEF家族结合，激活下游靶基因（如cyclin D1等），从而促进肿瘤细胞的分化和增殖过程[47]。同时，研究指出，DTC的失分化可能与WNT/β-catenin信号通路的异常激活有关。βcatenin在ATC细胞核中的检出率明显高于DTC[48]，由此推测异常激活的WNT/β-catenin信号通路可能与DTC的失分化有关。

4 DTC失分化过程中正常基因的异常表达

4.1 血管内皮细胞生长因子基因异常表达

血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是一种血管内皮细胞特异性丝裂原，能特异性促进内皮细胞的分化和增殖，该蛋白家族包括 VEGFA、VEGFB、VEGFC、VEGFD和VEGFE等成员。血管内皮细胞生长因子受体（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）具有酪氨酸激酶活性，其中VEGFR1和VEGFR2主要参与血管生成，VEGFR3主要参与淋巴管的生成。与正常的甲状腺滤泡细胞相比，甲状腺癌细胞能分泌更高水平的VEGF等营养性因子作用于周围毛细血管内皮细胞以维持其正常功能。TSH也能刺激甲状腺癌细胞分泌VEGF[49]。VEGF水平升高与甲状腺癌的侵袭性密切相关[50-53]。RAIR-DTC的恶性程度较高，其肿瘤细胞中VEGF的表达水平较高，可促进血管内皮细胞的增殖，促进新生血管生成。在RAIR-DTC的患者中肿瘤血管系统的紊乱可能导致VEGFR活性增加，继而引起PI3K/AKT/MTOR和MAPK信号转导通路的激活，促进肿瘤的进展[7,54-55]。研究表明，使用可以抑制VEGFR1、VEGFR2、VEGFR3及其他激酶的多激酶抑制剂如索拉非尼和乐伐替尼，可以抑制肿瘤新生血管生成，延长患者的无进展生存期[56-57]。

4.2 NIS基因异常表达

NIS的表达是甲状腺滤泡细胞摄碘的生理基础，DTC病灶能够摄碘是由于肿瘤细胞保留了NIS的表达及功能。在DTC的进展过程中，NIS表达下调及功能障碍导致病灶失去摄碘能力，是DTC患者失分化的原因之一。既往采用维甲酸及PPARγ激动剂等治疗RAIR-DTC，促进NIS功能的恢复，但疗效并不理想且不良反应严重，目前已不常用。近期研究发现，通过使用抑制RAF激酶和MAPK激酶的靶向药物阻断信号传导通路中的某些靶点，可以恢复NIS的表达及功能，使部分不摄碘的病灶重新恢复摄碘能力[58]。在应用MAPK激酶抑制剂司美替尼或BRAF抑制剂达拉非尼治疗放射性碘治疗无效的甲状腺癌远处转移患者的研究中，多数远处转移灶恢复了充分的摄碘能力，达到了明显的碘治疗效果[59-60]。

4.3 葡萄糖转运体基因异常表达

葡萄糖转运体（glucose transporter，GLUT）是哺乳动物体内转运葡萄糖跨细胞膜进入细胞的最重要的载体，是一组与细胞正常生理代谢密切相关的膜蛋白。目前GLUT蛋白家族已确认的有13个成员，根据其互补DNA（complementary DNA，cDNA）克隆先后顺序分别命名为GLUT1～13。在许多病理情况下GLUT可出现异常表达，在甲状腺癌组织中，GLUT1、GLUT4、GLUT10mRNA表达水平较高，尤其以GLUT1mRNA表达水平的升高最为明显。GLUT1的表达水平与肿瘤的增殖状态及恶性程度呈正相关，GLUT1mRNA表达水平较高的患者往往预后不良。上调RAIR-DTC患者GLUT1mRNA的表达，患者摄取18F-氟代脱氧葡萄糖（18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG）能力增强，在18F-FDG正电子发射断层显像（positron emission tomography，PET）/计算机断层扫描（CT）显像中往往显示为葡萄糖高代谢灶，这是18F-FDG PET/CT用于失分化甲状腺癌诊断的分子生物学基础。

5 小结与展望

DTC的发生发展与多个基因的协同作用相关，DTC失分化是目前甲状腺癌治疗中的重点及难点，从基因层面探索DTC失分化过程中的异常表现，有助于更好地探讨DTC失分化的原因及演化过程。检测DTC分子标志物，能更好地在患者的诊疗过程中提供指导并及时调整个体化治疗方案，如分子靶向治疗合适的介入时机等。但DTC失分化的具体机制尚需进一步阐明，针对相关基因靶点的检测手段及治疗策略仍在进一步的探索之中。