背景介绍 信号通路是指能将细胞外的分子信号经细胞膜传入细胞内发挥效应的一系列酶促反应通路 这些细胞 外的分子信号 ( 称为配体,Ligand) 包括激素 生长因子 细胞因子 神经递质以及其它小分子化合物等 当配体特异性地结合到细胞膜或细胞内的受体 (Receptor) 后, 将细胞外的信号传递到细胞

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1 肿瘤分子诊断相关基因 背景介绍... 2 与分子靶向药物疗效相关基因... 4 EGFR... 4 KRAS... 5 BRAF... 5 PIK3CA... 6 EML4-ALK... 6 Ret... 7 MEK C-MET... 9 ROS RET JAK C-Kit PDGFRA BCR-ABL HER AKT 与化疗药物疗效相关基因 P ERCC BRCA TYMS RRM STMN TUBB UGT1A TOP2A FR VEGFR

2 背景介绍 信号通路是指能将细胞外的分子信号经细胞膜传入细胞内发挥效应的一系列酶促反应通路 这些细胞 外的分子信号 ( 称为配体,Ligand) 包括激素 生长因子 细胞因子 神经递质以及其它小分子化合物等 当配体特异性地结合到细胞膜或细胞内的受体 (Receptor) 后, 将细胞外的信号传递到细胞内 细胞内各种不同的生化反应途径都是由一系列不同的蛋白组成的, 执行着不同的生理生化功能 各个 信号通路中上游蛋白对下游蛋白活性的调节 ( 包括激活或抑制作用 ) 主要是通过添加或去除磷酸基团, 从 而改变下游蛋白的立体构象完成的 所以, 构成信号通路的主要成员是蛋白激酶和磷酸酶, 它们能够快速 改变和恢复下游蛋白的构象 从细胞受体接收外界信号到最后做出综合性应答, 不仅是一个信号转导过程, 更重要的是将外界信号进行逐步放大的过程 受体蛋白将细胞外信号转变为细胞内信号, 经信号级联放大 分散和调节, 最终产生一系列综合性的细胞应答, 包括下游基因表达的调节 细胞内酶活性的变化 细胞 骨架构型和 DNA 合成的改变等 这些变化并非都是由一种信号引起的, 也可以通过几种信号的不同组合产 生不同的反应 2 2

3 信号通路传导途径多种多样, 目前最受关注的是与肿瘤治疗相关的 EGFR 信号通路, 现以 EGFR 信号通 路为例作简要介绍 配体与受体结合后, 引起受体的二聚化作用, 形成同型或异型二聚体 二聚化的受体发生交联磷酸化, 即一个受体和另外一个受体上特定酪氨酸残基磷酸化, 激活胞内区的 TK 亚区, 从而激发下一级信号传导 EGFR 主要与 HER2 形成二聚体 EGFR 活化可分为 3 个步骤 :(1)EGFR 与配体结合后可导致受体形成同 源二聚体, 也可与其他 EGFR 家族形成异源二聚体 ;(2) 二聚体的形成促使 EGFR 胞内区 6 个特异的受体酪 氨酸残基磷酸化, 分别依次将外界各种信号转导至胞内 主要通过两条途径将信号传递至细胞核, 一条是 Ras Raf MAPK 途径 ; 另一条是 PI3K AKT mtor 途径 ;(3) 当信号传导至细胞核后, 引起核内基因 转录水平的增加, 产生细胞增殖 抗化疗 新生血管 抗凋亡 转化 转移等生理生化反应 EGFR 通过介 导这些通路调节正常细胞的生长和分化, 增加肿瘤细胞的侵袭力 促进血管生成 抑制肿瘤细胞的凋亡 EGFR 在肿瘤中的高度表达及其在肿瘤细胞生长 分化中起着重要作用的这些特点, 使 EGFR 成为理想的肿 瘤诊断和治疗的靶点 研究表明在许多实体肿瘤中存在 EGFR 异常 EGFR 与肿瘤细胞的增殖 血管生成 肿瘤侵袭 转移 及细胞凋亡的抑制有关 其可能机制有 :EGFR 的高表达引起下游信号传导的增强 ; 突变型 EGFR 受体或 配体表达的增加导致 EGFR 的持续活化 ; 自分泌环的作用增强 ; 受体下调机制的破坏 ; 异常信号传导通路 的激活等 许多肿瘤中有突变型 EGFR 存在, 现已发现许多种 EGFR 突变型 突变型 EGFR 的作用包括 : 具有配体非依赖型受体的细胞持续活化 ; 由于 EGFR 的某些结构域缺失而导致受体控制机制的破坏 ; 异常 信号传导通路的激活 ; 细胞凋亡的抑制等 突变体的产生是由于 EGFR 基因的缺失 突变和重排 EGFR 的配体对细胞内信号传导有很大影响 3 3

4 与分子靶向药物疗效相关基因 分子靶向药物作用于与肿瘤发生 扩散 转移相关的蛋白小分子, 这些小分子大多是肿瘤信号通路 ( 如 EGFR 信号通路 ) 上的关键因子 2012 年的亚洲肿瘤大会上, 广东省人民医院副院长吴一龙教授提出 驱动 基因 的概念 把与癌症发生发展相关的重要基因称为驱动基因, 驱动基因决定了这个癌症的最主要的原因 当驱动基因突变后, 就会把癌细胞 驱动 起来 目前研究较多的驱动基因包括 EGFR ALK KRAS HER2 BRAF PIK3CA AKTI MEKI MET 等 这些驱动基因的检测, 可以指导临床肿瘤患者分子靶向治疗的 个体化用药 EGFR 表皮生长因子受体 (EGFR) 是原癌基因 C-erbB-1 (HER-1) 的表达产物, 定位于细胞膜上 EGFR 主 要通过两条途径将信号传递至细胞核, 一条是 Ras Raf MAPK 途径 ; 另一条是 PI3K PKC IKK 途径 当信号传导至细胞核后, 引起核内基因转录水平的增加, 使细胞增殖 转化 EGFR 信号传导的异常是导 致多种肿瘤发生的原因 EGFR 基因位于人类 7 号染色体的短臂上, 由 个碱基组成, 包括 28 个外 显子 其酪氨酸激酶功能区由外显子 18~24 编码, 研究发现一些病人 EGFR 基因的编码区, 主要是在外显 子 上会发生突变, 而这些突变与吉非替尼药物反应性有关, 原因可能是因为这些突变改变了 EGFR 胞内 ATP 结合区的结构, 提高了 EGFR 对吉非替尼的结合能力 目前, 虽然已经报道发现不下 30 种突变 与药物反应性有关, 不过主要是外显子 19 上的缺失突变和外显子 21 上 L858R 的点突变 外显子 19 上 位氨基酸的大约有 20 多种不同缺失约占突变的 45%, 其中以 2 种 dele746-a750(2235_2249del15 和 2236_2250del15) 最为常见, 占到外显子 19 缺失总数的 74%; 外显子 21 上 858 位氨基酸的替代约占 突变的 40-45%; 外显子 18 点突变 (G719S 或 G719C) 约占突变的 5%; 外显子 20 上的插入突变约占突 变的 1% 左右 另外, 值得强调的是一些突变作为二级突变与酪氨酸激酶抑制剂药物抗性有关, 从反应性变 成耐药 2005 年研究发现能够从 50% 耐药的病人身上检测到外显子 20 上的 T790M 突变 2012 年确定外 显子 20 上的插入突变对 TKI 治疗无反应性 4 4

5 KRAS RAS 基因是在 1964 年从大鼠肉瘤急性反转录病毒中分离出来的, 发现它们能够进行细胞转化, 该基 因在真核细胞的生长过程中起着重要的作用 KRAS 基因是遗传学 生化及分子生物学等方面的研究表明, KRAS 基因在细胞外刺激所产生的信号传导通路中处于中枢地位,KRAS 基因活性物与细胞增殖 凋亡之 间关系密切 RAS 基因家族由 KRAS HRAS 和 NRAS 组成, 基因家族的各成员相互间同源性可达 85% RAS 基因编码的蛋白质是 P21 蛋白, 分子量为 21KD, 由 个氨基酸组成, 也称之为 P21 高度相关 蛋白 P21 蛋白位于细胞膜的内表面, 具有 GTP 酶活性, 参于传导细胞增生信号的调控系统 其激活状态 为 GTP 结合状态, 失活状态为 GDP 结合状态, 其转变为活动性致癌基因的主要部位是第 和 61 密 码子的突变, 第 位密码子突变约占其突变的 95% 该基因的体细胞突变常见于多种恶性肿瘤, 在 肺癌患者中的突变率为 15-30%, 在结直肠癌患者中为占 44%, 胰腺癌占 90% BRAF BRAF 基因作为 Raf-MEK-ERK 信号转导通路中的重要成员, 在肿瘤细胞增殖 分化和凋亡等方面发挥 重要作用 正常的 BRAF 蛋白的功能是传递来自细胞膜的信号 BRAF 蛋白通常只在需要传递信号时保持活 性状态 然而, 突变的 BRAF 则一直保持活性状态, 并因此干扰了细胞信号传递链的正常功能, 引起细胞的 异常 5 5

6 在结直肠癌 (CRC) 中,BRAF 突变率约为 15% 左右, 这些突变主要发生于外显子 15 上的激活区, 其 中约 92% 位于第 1799 位核苷酸上 (T 突变为 A), 导致其编码的缬氨酸由谷氨酸取代 (V600E) 部分没有 KRAS 基因突变的患者也会对 EGFR 靶向药物产生耐药性, 研究证明这主要是由于 KRAS 下 游的 BRAF 基因 V600E 突变造成的 BRAF 基因突变在多种恶性肿瘤细胞中都有报道, 除了结直肠癌外, BRAF 在恶性黑色素瘤 肺癌 甲状腺癌 肝癌及胰腺癌等均存在不同比例的突变 PIK3CA PIK3CA 定位于 3q26.3, 长 34kb, 包含 20 个外显子, 编码 1068 种氨基酸 PIK3CA 编码 I 类磷脂酰肌醇 -3- 激酶 (Phosphatidylinositol -3-kinases,PI3Ks) 的 p110 催化亚单位, 即 PI3Kp110a PI3Ks 是一组蛋白的多聚 体, 这些多聚体分为三类 ;I,II, 和 III I 类 (Class I) 蛋白可包括两个亚单位 :IA 和 IB IA 是由一个 p110 催化亚单位和一个 p85 调节亚单位组成的异源二聚体 PI3K 基因是编码 IA 类的 p110α 催化亚单位 PI3Ks 可 被生长因子受体酪氨酸激酶 (RTK) 激活 至今发现约有 20 类不同的 RTK EGFR 是第一类 RTK PI3K 的 活化可产生多种生物学效应, 包括调节细胞增殖 存活和细胞周期调控等方面 许多研究提示 PIK3CA 突变与肿瘤发生密切相关, 并认为其致瘤机制与 PI3K/AKT 信号转导通路有关 已发现在多种癌症中 ( 如非小细胞肺癌胞 乳腺癌 ) 存在 PI3K 基因突变,PI3K 基因突变导致 PI3K/Akt 信 号通路持续性活化 PI3K 作为 EGFR 下游信号分子被激活, 导致肿瘤细胞对 EGFR-TKI 药物的耐药 EGFR 信号途径下游的基因突变会使患者对西妥昔单抗和帕尼单抗治疗产生耐药性 最近 PI3K 基因的体细胞突变 在多种癌症中都有报道, 这包括结直肠癌 乳腺癌 脑癌 肝癌 胃癌和肺癌, 其中 PI3K 在乳腺癌的突变 率可高达 40% PI3K 点突变的位点在多个外显子中都有发现, 但主要是发生在 激酶 和 螺旋 两个结构域 (The Kinase and Helical Domains) 其中最常见的突变位于 PIK3CA 亚单位上的外显子 9 和 20 最近有 研究发现, 有 PI3K 突变的细胞会对药物拉帕替尼 (Lapatinib) 产生耐药性 EML4-ALK 2007 年日本学者 Soda 在一位吸烟的腺癌患者肿瘤组织中发现了间变性淋巴瘤激酶 (Anaplastic lymphomakinase,alk) 基因和棘皮动物微管相关蛋白样 4(Echinoderm microtubule Associated Proteinlike 6 6

7 4,EML4) 基因融合而成的具有致瘤性的变异基因 EML4 和 ALK 两个基因分别位于人类 2 号染色体的 p21 和 p23 带, 相隔约 10Mb 距离 EML4-ALK 融合基因的重排发生在 2 号染色体短臂上的 2 区 1 带和 2 区 3 带, 由 2 号染色体短臂插入引起, 迄今已发现多种变异类型 这两个基因片段的倒位融合能够使得组织表达新的融 合蛋白 EML4-ALK 通过体外克隆性转化实验和体内基因重组基础上的肺部选择性表达实验证实 : 不同的 EML4-ALK 融合变体均具有恶性转化和致瘤性能力 根据这些证据可以将 EML4-ALK 融合基因定义为肺癌的 一种新的癌基因 EML4-ALK 基因融合主要发生于腺癌,EGFR KRAS 野生型, 轻度吸烟 / 不吸烟, 年轻男性患者 可 能是 T790M KRAS 和 MET 之外另一潜在的 EGFR-TKI 耐药机制之一 多个研究提示白种人 EML4-ALK 基因融合在肺癌中的频率一般为 3%~11.6%, 我国患者为 12% ( 吴一龙教授等,2010) EML4-ALK 融合 基因的出现多与腺癌 非吸烟和轻度吸烟者 年轻患者相关 目前针对该基因的靶向药物于 2011 年 8 月由 FDA 批准上市, 是由辉瑞公司 (Pfizer) 生产的靶向药物克唑替尼 (Crizotinib), 成为非小细胞肺癌靶向治 疗的又一高效药物 两项多中心单臂临床试验显示, 对于 ALK 阻陛的 NSCLC 患者, 克唑替尼具有显著的 治疗活性 一项是 PROFILE1001 研究第 2 部分扩展队列研究, 共纳入 119 例患者, 克唑替尼组的客观缓 解率 (ORR) 为 610A, 中位缓解持续时间为 48.1 周 另一项研究是 PROFILE 1005, 来自 12 个国家的 136 例既往化疗失败的 ALK 阳性晚期 NSCLC 患者 ( 930A 的患者至少接受过 2 个以上化疗方案的治疗 ) 接受克 唑替尼治疗 结果显示, 患者 ORR 为 50%, 中位缓解持续时间为 41.9 周 两项研究观察到的最常见的不 良反应 ( 25%) 为视力障碍 恶心 腹泻 水肿和便秘 (NCCN,2012) 2012 版 NCCN 指南推荐对于 ALK 阳性的 NSCLC 患者一线治疗可选择克唑替尼 Ret 甲状腺癌是内分泌系统较常见的恶性肿瘤之一, 占头颈部肿瘤的首位 据 2007 年甲状腺癌流行病调查 显示, 甲状腺癌发病率约为 3.1/10 万, 女性为 10.6/10 万, 年新增发病率为 16% 甲状腺乳头状癌 (PTC) 起源于甲状腺滤泡上皮细胞, 是甲状腺恶性肿瘤中最常见的类型, 占所有甲状腺肿瘤的 80% 7 7

8 Ret 原癌基因定位于 10 号染色体 10q11.2, 含 21 个外显子, 全长约 60kb, 编码一种跨膜的酪氨酸蛋 白激酶受体, 其对神经内分泌系统 肾脏发育 神经嵴细胞增殖分化及肠神经系统发育具有重要作用 Ret 原癌基因在甲状腺乳头状癌中的激活机制为基因重排, 迄今为止, 已发现至少 10 余种类型的 Ret/PTC 重 排, 所有重排都是由 DNA 损伤导致的 Ret 基因酪氨酸激酶域与不同基因的 5 末端融合而成的 Ret 基因在 甲状腺乳头状癌中发生基因重排的方式主要有三种, 其中 Ret 原癌基因分别与同一染色体的 H4 及 ELEI 基 因重排后产生了 Ret/PTCl 和 Ret/PTC3 型癌基因, 而 Ret 原癌基因与 17 号染色体的 RIa 基因重排后产生 了 Ret/PTC2 型癌基因 在这 3 种重排方式中,Ret/PTC1 Ret/PTC3 重排基因约占所有重组基因的 90%, 且前者更为多见 Ret 原癌基因发生重排后其编码的酪氨酸蛋白激酶功能区可发生持续的激活, 通过下游信 号的传导使细胞发生恶性转化 MEK1 MEK1 基因定位于 15q21 MEK( 丝裂原活化蛋白激酶激酶 ) 是 Ras-Raf-MEK-ERK 通路中重要的信号 分子, 目前已发现多个亚型,MEK1 和 MEK2 是 MEK 家族的两个成员, 其中 MEK1 和 MEK2 激活 ERK, 在细 胞增殖 细胞凋亡 细胞分化 肿瘤发生等方面发挥着重要作用 因此在 ERK 信号通路研究中, 常以 MEK1/MEK2 作为肿瘤治疗的靶标, 开发新型抗肿瘤药物 丝裂原活化蛋白激酶激酶 1( Mitogen Activated ProteinKinase Kinase,MEK1) 是有丝分裂原激活的蛋 白激酶 ( Mitogen Activated Protein Kinase,MAPK) 信号传导通路中的重要信号分子之一 ( 詹启敏,2005 年 ) MEK1 是 MAPK 的上游激酶, 参与调节着此通路, 具体通路为 Ras-Raf-MEK1-ERK1/2 在肿瘤的 发生中, 发现了由于 Raf MEK1 等基因的突变, 导致该通路持续活化, 这被认为是引起肿瘤无限增殖特性 的重要原因之一 (Fukasawa 等,1997 年 ); 目前发现 MEK1 在许多肿瘤中有过度表达,MEK1 的活化可 使哺乳动物细胞发生转化 另外, 在裸小鼠, 活化性 MEK 的组成性表达可减少细胞对生长因子的依赖性, 自主生长及诱导肿瘤形成 ( 司履生等,2002 年 ) 目前, 针对 MEK1 的抑制剂也处于临床试验中, 如 :MEK 抑制剂 AZD6244( 阿斯利康公司 ) 是一种小分子的 MEK 选择性抑制剂, 能抑制由 MAP2K1 突变诱导产 生的 ERK 活化 8 8

9 C-MET c-met 是一种原癌基因, 定位于人第 7 号染色体 7q31 区, 大小约为 110kb, 包括 21 个外显子 c-met 是 一种由 c-met 原癌基因编码的蛋白产物, 为肝细胞生长因子受体, 具有酪氨酸激酶活性, 与多种癌基因产 物和调节蛋白相关, 参与细胞信息传导 细胞骨架重排的调控, 是细胞增殖 分化的重要因素 目前认为, c-met 与多种癌症的发生和转移密切相关, 研究表明, 许多肿瘤病人在其肿瘤的发生和转移过程中均有 c-met 过度表达和基因扩增 c-met 基因扩增能活化 EGFR 信号转导通路下游的 ERBB3/PI3K/AKT 信号途径, 促进肿瘤细胞生长, 抑 制其凋亡, 引发肿瘤细胞对 EGFR-TKIs 类药物的耐药性, 是非小细胞肺癌 (NSCLC) 对吉非替尼 厄洛 替尼等分子靶向药物产生继发耐药的重要机制之一, 也与 NSCLC 的预后不良相关 分子靶向新药克唑替尼 (Crizotinib) 对 c-met 基因扩增的肺癌细胞具有显著的抗肿瘤活性 ROS1 在肿瘤患者中, 染色体重排是 ROS1(C-rosOncogene 1 Receptor Tyrosine Kinase,C-ros, 原癌基 因 1 酪氨酸激酶 ) 活化的首要机制, 而原癌基因形式的 ROS1 被认为是激活与恶性肿瘤形成相关的下游信号 通路的物质, 可能参与了肺癌发生的过程 9 9

10 Shaw 在 2012 年 ASCO 年会上报道了 Crizotinib 治疗 ROS1 阳性 NSCLC 患者的初步疗效, 研究结果显示 : 与 EML4-ALK 阳性相似,ROS1 重排是 Crizotinib 治疗的又一个潜在靶点 携带 ROS1 基因重排的患者对 ALK 抑制剂 Crizotinib 高度敏感, 缓解率高达到 57.1% 肺癌患者 ROS1 基因重排阳性率约为 % ROS1 基因重排的局部晚期或转移性非小细胞肺癌患 者能够从克唑替尼治疗中获益, 检测 ROS1 重排是筛选克唑替尼合适患者的重要前提 RET 韩国首尔国家大学基因组医学研究所 Ju 等研究发现 : 针对 1 例 EGFR KRAS ALK 基因均为野生型 的 33 岁男性非吸烟肺腺癌患者的肝脏转移灶, 研究者通过转录组测序的方法, 从 52 种融合基因变异中发 现了最有意义的 KIF5B-RET 融合变异, 并进一步从 20 例 EGFR KRAS 基因野生型肺癌患者中发现了 2 例含有 KIF5B-RET 融合变异 值得注意的是, 针对 KIF5B-RET 这一在 NSCLC 中发现的新融合基因, 该 研究还进一步发现, 转染表达 KIF5B-RET 融合基因的 Ba/F3 细胞显示出了 RET 的高表达和磷酸化活化, 而体外实验发现, 多靶点药物如索拉非尼 舒尼替尼及凡德他尼均能抑制该细胞的增殖 2012 年 2 月, 自 然医学 (Nat Med) 杂志连续有 3 篇短讯 (Brief Communications) 报告了肺癌中的 RET 融合基因及其临 床意义 这与之前 Ju 等在 基因组学研究 (Genome Res) 杂志上发表的肺癌 KIF5B-RET 融合基因的报 道一致 这些研究明确提示, 肺癌中存在具有重要临床价值的新分子亚型 RET 融合基因型肺癌 JAK2 JAK 家族是一类非受体型酪氨酸蛋白激酶, 包括 JAK1 JAK2 JAK3 和 TYK2 等 4 种 JAK 一部分生长因 子和大部分细胞因子能通过 JAK 激活信号转导因子和转录激活因子 (STAT), 从而影响基因的转录调节 JAK-STAT 信号传导途径参与细胞的增殖 分化 凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程 JAK2 基因 的一些突变持续激活 JAK-STAT 途径, 是肿瘤发生的起因 骨髓增殖性疾病 (MPD) 主要包括真性红细胞增多症 (PV) 原发性血小板增多症 (ET) 和原发性骨 髓纤维化 (IMF) 已经证实有约 90% 的 PV 及 50% 的 ET 和 IMF 患者存在 JAK2 基因 V617F 点突变 在修订的 2008 WHO 分类系统中, 有无 JAK2 突变成为 MPD 主要的诊断指标 所以,JAK2 基因突变检测可用于 MPD 10 10

11 的诊断 Ruxolitinib phosphate 是由诺华和美国 Incyte 公司研制开发的首个作用于 Janus 激酶 1 型和 2 型 (JAK1, JAK2) 的抑制剂, 于 2011 年 11 月 16 日获美国 FDA 批准上市, 其商品名为 Jakafi 这是 FDA 至今唯一批 准的治疗骨髓纤维化 (Myelofibrosis,MF) 的药物 C-Kit C-Kit 原癌基因表达产物 c-kit 受体与其配体细胞因子结合后, 可激发酪氨酸残基磷酸化, 从而调节细 胞的生长, 对肿瘤细胞的增殖 恶性演进及凋亡等方面都有重要作用 胃肠间质瘤 (GIST) 具有 c-kit 基因 突变, 从而导致酪氨酸激酶持续激活, 引起细胞异常增殖与凋亡抑制, 从而形成肿瘤 C-Kit 是靶向药物伊马替尼 (Imatinib)/ 格列卫 (Glivec/Gleevec) 作用的靶点 该基因 9 11 和 13 外 显子位点突变的 GIST 患者对格列卫治疗反应良好, 但 C-Kit 基因 17 外显子 D816V 突变与耐药有关 因此, 检测肿瘤患者 C-Kit 基因突变情况可用于判断格列卫治疗能否有效 PDGFRA PDGFRA 基因编码的蛋白质是血小板衍生生长因子受体 A(Pdgfr-a), 为一种单链跨膜糖蛋白, 与 C-kit 同属 III 型酪氨酸蛋白激酶家族, 且结构相似, 两者的氨基酸序列有很高的同源性 PDGFRA 与配体 PDGF 结合后形成受体配体复合物并活化 PDGFRA, 从而激活磷脂酰肌醇 camp 及多种蛋白质的磷酸化途径, 通 过各种信号转导通路将有丝分裂等信号传递入细胞核, 诱导相应基因表达, 促进 DNA 合成, 引起细胞分裂 和增殖 当受体或配体发生异常突变, 可导致恶性肿瘤 PDGFRA 基因突变主要发生于外显子 12 和 18 研究发现,12 外显子突变为敏感性突变,PDGFRA 基因 18 外显子 D842V 突变是导致 GIST 患者格列卫原发耐药的原因,PDGFRA 突变与 C-kit 基因突变是 相互独立的 因此, 检测肿瘤患者 PDGFRA 基因突变情况可用于判断格列卫治疗能否有效 BCR-ABL BCR-ABL 融合基因是由 9 号染色体长臂上 C-abl 原癌基因易位至 22 号染色体长臂的断裂点集中区 (bcr) 形成的 格列卫可以选择性地阻断 ATP 与 ABL 激酶结合位点, 有效地抑制 BCR-ABL 激酶底物中酪氨酸残 基的磷酸化, 使该酶失活, 进而阻止了一系列的信号传导 格列卫只杀伤 BCR-ABL 阳性细胞, 不杀伤 11 11

12 BCR-ABL 阴性细胞 研究表明,BCR-ABL 基因突变或扩增可使慢性粒细胞白血病 (Chronic Myelognous Leukemia,CML) 患者对格列卫产生继发性耐药 毫无疑问,TKI 耐药中最重要的 BCR-ABL 基因突变为 T315I 所以, 检测 CML 患者 BCR-ABL 基因突变情况可用于判断是否对格列卫治疗耐药 HER2 HER2 基因在非小细胞肺癌 (NSCLC) 中的突变率大概在 2-4%,HER2 突变一般发生在 20 外显子上 研究发现 HER2 突变可以使自身激活, 从而使多种细胞发生恶性转化或者细胞恶性程度增加 HER2 基因 突变有人群特殊性, 不同种族 不同地域的肺癌人群可能有不同的突变率, 多见于不吸烟 ( 或者吸烟数量 少于 100 支 ) 的患者, 尤其是女性 亚裔 肺腺癌患者 一般情况下,HER2 基因突变与 EGFR 或 KRAS 基因突变之间相互排斥, 且对小分子酪氨酸抑制剂 ( 例如拉帕替尼 ) 敏感 AKT1 现已明确 AKT 活性失调是与肿瘤发生密切相关的遗传缺陷 在激活状态下,AKT 通过对大量底物的激酶 活性执行抗凋亡及细胞增殖功能 在人类恶性化细胞中已发现多种 AKT 基因中的遗传变异 AKT1 基因上调 最初在胃细胞中发现, 同时还发现通过 mtor 通路在肺癌细胞中引起顺铂抗性 AKT1 是一种蛋白激酶, 也是 PI3K/AKT 途径的活性中心, 参与调控如抑制细胞凋亡 促进细胞周期进 程和细胞增殖等 AKT1 基因的突变能显著改变其表达产物的活性, 与肿瘤的发生发展显著相关 研究表明, 针对 AKT1 基因 E17K 突变的检测对乳腺癌 结直肠癌和卵巢癌的预防和早期诊断有重要意义 与化疗药物疗效相关基因 化疗药物通常作用于快速分裂的细胞, 抑制细胞 DNA 合成复制 微管的形成, 代谢关键酶活性 临床 结果显示, 每个化疗方案都只有 20% 左右的患者获益 化疗的疗效与病人个体差异 ( 病人对化疗药物敏感 程度以及对药物的耐受程度 ) 及药物本身的毒性反应有关 近年来, 大量临床研究表明每一种化疗药物都 有与其对应的评估其作用的靶标, 化疗药物的疗效主要与相关基因的表达水平相关, 如 TP53 ERCC1 BRCA1 RRM1 TYMS STMNQ TUBB3 DPD TYMP TOP2A UGT1A1 等 这些基因的表达水 12 12

13 平和多态性可以科学地预测药物的疗效, 提高治疗的针对性, 为临床用药提供指导 TP53 TP53 基因是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因 (50% 以上人类肿瘤中发生 TP53 基因突变 ) 人类 TP53 基因定位于 17 号染色体, 所编码的 p53 蛋白 ( 分子量为 53kD) 是一种半衰期短的核内磷酸化蛋白, 能 和 DNA 的特定顺序结合调节其周围基因的转录, 它常通过自身修饰或和其它蛋白相互作用来调节细胞周期 及细胞凋亡 引起肿瘤形成或细胞转化的突变型 p53 蛋白, 是一种肿瘤促进因子, 而野生型 TP53 基因是一种抑癌 基因, 它的失活对肿瘤形成起重要作用 p53 蛋白还有帮助细胞基因修复缺陷的功能 ; 对于受化疗药物作 用而受伤的癌细胞, 则起修复作用 有研究表明, 野生型 TP53 基因能够抑制多药耐药蛋白基因转录, 减少 多药耐药蛋白生成, 其突变型 TP53 基因可增强多药耐药基因表达 突变型 TP53 基因被认为一种新的耐药 相关基因 据研究报道,TP53 基因变异与肿瘤细胞对铂类化疗药的耐药性相关, 但不影响紫杉醇类药的敏 感性 所以,TP53 基因突变检测可用于指导临床肿瘤患者化疗的个体化用药 ERCC1 铂类药物是对具有生物活性的含铂配合物药物的总称, 常用的有顺铂 卡铂和奥沙利铂, 是目前临床 上最常用的肿瘤化疗药物之一 其药理作用主要是引起靶细胞 DNA 链内和链间的交联, 阻碍 DNA 合成与 复制, 从而抑制肿瘤细胞的生长 DNA 修复是铂类化疗耐药性产生的主要机制之一 ERCC1(Excision Repair Cross Complement Group 1, 核苷酸切除修复交叉互补组 1) 是核酸外切修复家族中重要成员, 参 与 DNA 链的切割和损伤识别 ERCC1 的表达量直接影响 DNA 修复的生理过程 所有肿瘤细胞中都有 ERCC1 表达, 而且表达水平差异很大 临床研究已证实 ERCC1 参与铂类化疗耐药发生, 其表达水平与多 种癌症铂类化疗疗效和生存期呈负相关, 即表达水平低的患者对铂类药物敏感, 反之表达水平高的患者表 现耐药 因此, 在最近发布的美国国家癌症综合治疗联盟 (NCCN) 非小细胞肺癌的临床治疗指南 ( 第一版, 2010) 中明确指出 : 在接受铂类化疗前进行 ERCC1 mrna 表达水平检测可提高治疗有效率和患者生存率 13 13

14 BRCA1 BRCA1(Breast cancer 1) 是重要的抑癌基因, 它编码的蛋白在 DNA 损伤和修复中扮演重要角色, 还在 基因的转录调节 细胞周期调控 细胞凋亡和中心体复制等过程中起重要作用 BRCA1 通过作用于 γ- 微 球蛋白, 在中心粒的复制中起负性调节作用 中心体的正确复制是保证有丝分裂正常进行的重要因素, 这 一过程的失调可使细胞异常分裂, 最终导致肿瘤的形成 铂类化合物是最常使用的肿瘤化疗药 40 物, 包括 顺铂 卡铂和奥沙利铂 由于铂类药物系通过广泛结合 DNA 而抑制细胞分裂实现抗癌目的, 因此铂类药物 的使用不可避免地损伤患者机体内正常分裂细胞, 造成毒副作用 临床运用表明铂类药物的疗效存在显著 的个体差异, 部分患者获益, 部分患者耐药并出现毒副作用 大量临床研究已经证实 : 铂类药物的疗效与 肿瘤组织中 BRCA1 基因 mrna 表达水平密切相关, 即 BRCA1 基因表达水平低的患者对铂类药物敏感, 反之表达水平高的患者表现耐药 TYMS 氟类药物是尿嘧啶的氟代衍生物, 在细胞内转变为 5- 氟尿嘧啶脱氧核苷酸 (5F-dUMP) 从而抑制脱氧 胸苷酸合成酶, 阻止脱氧尿苷酸 (dump) 甲基化为脱氧胸苷酸 (dtmp), 从而影响 DNA 的合成 另外, 也能掺入 RNA 中干扰蛋白质合成, 从而起到抑制肿瘤细胞生长的作用 该类药物包括 5- 氟尿嘧啶 (5-FU) 替加氟 卡莫氟 氟尿苷 脱氧氟尿苷以及具有化疗靶向性的卡培他滨 ( 希罗达 ) 等, 这些药物在体内均 14 14

15 转化为 5-FU TYMS(ThymidylateSynthetase) 基因编码的胸苷酸合成酶 (TS) 是嘧啶核苷酸合成的限速酶, 是肿 瘤生长的重要因子 同时它是 5-FU 发挥细胞毒作用的目标酶 5-FU 的代谢物 5-FdUMP 与 TS 结合, 阻碍 TS 的正常功能, 从而抑制 DNA 合成 在多种肿瘤的临床研究中, 都显示 TYMS 基因的 mrna 表达水平 与 5-FU 疗效密切相关, 包括结直肠癌 肺癌 乳腺癌 头颈鳞状细胞癌等 临床研究表明, 低 TYMS mrna 水平的肿瘤患者接受氟类化疗的效果较好, 中位生存期较长 反之,TYMS 高表达的患者对氟类疗效较差 研究也发现培美曲赛的疗效与 TYMS mrna 表达水平呈负相关 RRM1 吉西他滨 (Gemcitabine) 是脱氧胞嘧啶核苷同系物, 属细胞周期特异性抗代谢类化疗药, 主要作用于 DNA 合成期 (S 期 ) 的肿瘤细胞, 同时也阻断细胞增殖由 G1 向 S 期过渡的进程 吉西他滨作为一种前药在细 胞内是脱氧胸苷激酶磷酸化的良好底物, 在酶的作用下转化成活性代谢物 dfdcdp 和 dfdctp dfdcdp 抑 制核糖核苷酸还原酶 (RR), 从而减少了 DNA 合成的修复所需的脱氧核苷酸的量 ( 尤其是 dctp), 低水 平的 dctp 逆转了脱氧苷激酶正常的负反馈抑制, 导致 dfdctp 更多的积聚 dfdctp 则与 dctp 竞争结合进 入 DNA 链, 插入至 DNA 链中脱氧胞苷的位点, 并允许鸟苷与其配对, 吉西他滨分子就被鸟苷 掩蔽 使其免受 核糖核酸外切酶的移除修复, 然后 DNA 链合成停止, 进而 DNA 断裂 细胞死亡, 达到治疗肿瘤的目的 RR 是细胞 DNA 复制及损伤修复过程中提供二磷酸核苷 (dndp) 的唯一酶类, 因此是 DNA 合成通路 中的限速酶, 它能逆转二磷酸核苷酸为二磷酸脱氧核苷酸 RR 基因有两个亚单位 RRM1 和 RRM2, 其中 RRM1 基因编码核糖核苷酸还原酶 M1 亚单位, 是肿瘤抑制基因, 能抑制肿瘤转移, 也是吉西他滨的主要 作用靶点 所有肿瘤细胞中都有 RRM1 表达, 而且表达水平差异很大 临床研究显示低 RRM1 mrna 水平 的肺癌患者对吉西他滨敏感性相对较高, 药物疗效较好, 中位生存期延长 而且, 专家建议 RRM1 高表达 的患者应避免使用吉西他滨 因此, 在最近发布的美国国家癌症综合治疗联盟 (NCCN) 非小细胞肺癌的临 床治疗指南 ( 第二版,2009) 中明确指出 : 在接受吉西他滨治疗前进行 RRM1 mrna 表达水平检测可提高 治疗有效率和患者生存期 15 15

16 STMN1 抗微管类化疗药是作用于细胞微管, 通过影响纺锤体形成, 从而抑制细胞有丝分裂的一类广谱化疗药 目前常用的抗微管类药物主要有 : 紫杉醇 多西紫杉醇 长春碱 长春新碱和长春瑞滨等 紫杉醇可以促 进微管聚合和稳定已聚合微管 在接触紫杉醇后, 细胞内会积累大量微管, 从而干扰细胞的各种功能, 特 别是使细胞分裂停止, 从而起到抗肿瘤效果 多西紫杉醇的药理机制与紫杉醇相似 长春碱抑制微管蛋白 的聚合, 而妨碍纺锤体微管的形成, 使核分裂停止于中期 长春新碱的药理作用与长春碱相似 STMN1(Stathmin, 又称 oncoprotein18) 基因编码的 STMN1 蛋白通过促进微管的解聚或阻止微管的 聚合从而影响有丝分裂纺锤体的形成, 通过抑制其表达, 可以干扰恶性肿瘤细胞的有丝分裂, 从而影响肿 瘤细胞的增殖与凋亡 在多种肿瘤细胞系的研究和临床研究中,STMN1 基因的 mrna 表达水平与抗微管 类化疗的疗效密切相关 STMN1 低表达的肿瘤患者接受长春瑞滨 / 顺铂治疗的效果较好, 中位生存期较长, 反之,STMN1 高表达的患者接受长春瑞滨 / 顺铂的疗效较差 而且,STMN1 在肿瘤中 mrna 的表达水平 与患者预后直接相关,STMN1 的表达水平越高, 患者的生存率越低, 肿瘤发生转移的风险越高 TUBB3 抗微管类化疗药是作用于细胞微管, 通过影响纺锤体形成, 从而抑制细胞有丝分裂的一类广谱化疗药 目前常用的抗微管类药物主要有 : 紫杉醇 多西他赛 长春碱 长春新碱和长春瑞滨等 紫杉醇可以促进 微管聚合和稳定已聚合微管 在接触紫杉醇后, 细胞内会积累大量微管, 从而干扰细胞的各种功能, 特别 是使细胞分裂停止, 从而起到抗肿瘤效果 多西他赛的药理机制与紫杉醇相似 长春碱抑制微管蛋白的聚 合, 而妨碍纺锤体微管的形成, 使核分裂停止于中期 长春新碱的药理作用与长春碱相似 细胞内微管蛋 白分 α β 两个亚型, 是细胞骨架的重要组成部分, 是有丝分裂时纺锤体的基本组成单位, 也是抗微管药物 的主要作用靶点 据研究显示,TUBB3 编码的 β-tubulin-iii(3 型 β 微管蛋白 ) 与抗微管化疗药敏感性的关 系最密切 在多种肿瘤细胞系的研究和临床研究中, 都显示 TUBB3 mrna 表达水平与抗微管类化疗的疗 效密切相关 低 TUBB3 表达水平的肿瘤患者接受紫杉醇类或长春碱类化疗的效果较好, 中位生存期较长 反之,TUBB3 高表达的患者的抗微管类化疗疗效较差 16 16

17 UGT1A1 伊立替康 (Irinotecan,CPT-11, 商品名为开普拓 Camptosar), 是 DNA 拓扑异构酶 I 抑制剂, 可诱 导单链 DNA 损伤, 从而阻断 DNA 复制叉, 阻止 DNA 链的重新组装, 引起 DNA 双链的断裂, 造成细胞死亡 伊立替康主要用于治疗成人晚期 / 转移性大肠癌患者的治疗, 对小细胞和非小细胞肺癌及宫颈癌和卵巢癌亦 有疗效 伊立替康最主要的毒副作用为嗜中性白血球减少症及迟发性腹泻, 后者为剂量限制性毒副反应, 严重时可致命 临床研究表明,40% 以上接受伊立替康治疗的患者可出现 3~4 级迟发性腹泻, 约 10% 患者 可出现嗜中性白血球减少症, 从而导致化疗方案提前中止 伊立替康为前体药物, 在体内经过羧酸酯酶转 化为活性代谢物 羧酸酯酶将伊立替康分子 10 位的哌啶侧链裂解, 产生 7- 乙基 -10- 羟基喜树碱 (SN-38), 其活性较伊立替康强 100 到 1000 倍 SN-38 经肝脏尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶 (UDP-GT, 主要由 UGT1A1 UGT1A7 和 UGT1A9 代谢 ) 葡萄糖醛酸化灭活, 生成葡萄糖醛酸化 SN-38(SN-38G), 从而保 护健康细胞免受伊立替康毒性的影响 UGT1A1 基因编码尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶, 其突变型 UGT1A1*28 的杂合子比野生型对 SN-38 的葡萄糖醛苷化活性稍低, 而 UGT1A1*28 的突变纯合子对 SN-38 的葡萄糖醛苷化活性则仅是野生型的 35%, 从而更容易产生毒副作用 野生型 UGT1A1(6/6) 在接受伊立 替康治疗时产生毒副作用风险较低, 而 UGT1A1*28 突变型杂合子 (6/7) 产生毒副作用的几率为 12.5%, 突变型纯合子 (7/7) 则有 50% 产生毒副作用的可能性 该突变的影响是与剂量相关的, 在使用低剂量伊立 替康治疗时,UGT1A1 突变与否对毒副作用的风险影响不大 因此,2005 年, 美国 FDA 要求在伊立替康药 品标签上加入警示, 建议患者在使用伊立替康前先检测是否带有 UGT1A1*28 突变 在中国人中, 野生型纯 合子 (6/6) 杂合子 (6/7) 和突变型纯合子 (7/7) 的发生频率分别为 70.2% 27.7% 和 2.1% 除了 UGT1A1*28, 最近发现另一个基因多态性位点 (-3156 G>A) 也可以预测伊立替康的毒性 在大肠癌患者的研究中发现, 携带 G>A 突变型的患者接受伊立替康治疗后有 50% 出现严重毒副作用, 而携带野生型的患者只有 12.5% 产生毒副作用 ; 而且突变型患者比野生型患者更早出现副作用 另有研究显示 UGT1A1 的 211 G>A (UGT1A1*6 ) 突变使 UGT1A1 的葡萄糖醛酸化的能力下降 70%, 其突变频率在东亚人群中 ( 日本 韩国 和中国 ) 约为 13%, 而在白人和非洲人中没有发现这一突变 多个亚洲人群的临床研究结果都证明 211 G>A 17 17

18 突变与伊立替康的毒副作用风险增加显著相关 7-10;UGT1A1*28 UGT1A1*28*6 与 UGT1A1*6 基因型患 者的毒副作用风险相近 TOP2A TOP2A 基因编码的 TopoⅡ 蛋白在 DNA 代谢的细胞生命过程中发挥十分关键的作用, 因其具有介导 DNA 解旋功能,TopoⅡ 已是抗癌药物的重要作用靶点 依托泊苷是 DNA 拓扑异构酶 2(TopoⅡ) 抑制剂, 主要用于治疗小细胞肺癌 恶性淋巴瘤 恶性生殖细胞瘤和白血病, 对神经母细胞瘤 横纹肌肉瘤 卵巢 癌 NSCLC 胃癌和食管癌等也有一定疗效 其抗癌机制是作用于 DNA 拓扑异构酶, 形成药物 - 酶 - DNA 稳定的复合物, 从而阻碍 DNA 的修复 临床证据表明,TopoⅡ 酶活性降低或表达水平低都会造成 TopoⅡ 抑制剂的耐药 ;TOP2A 表达水平高的患者使用依托泊苷效果较好, 表达水平低的患者对依托泊苷药物耐药 FR1 叶酸受体 (Folate Receptor,FR) 是一种通过聚糖磷脂酰肌醇 (Glycosylphosphatidylinositol,GPI) 连接在细胞膜上的糖蛋白, 与叶酸具有高度亲和力 FR1 是最主要的叶酸受体, 在正常细胞中的表达一般高 度保守, 仅在脉络丛 胎盘组织及肾小管中有少量表达且呈极性分布, 但在许多上皮来源的恶性肿瘤, 如 宫颈癌 卵巢癌 乳腺癌 子宫内膜癌 肺癌和鼻咽癌等肿瘤细胞中过表达, 且分布失去极性 一方面, FR1 可以作为叶酸药物复合物的靶目标, 实现对过表达 FR1 的肿瘤的治疗 化疗 FR1 靶向给药具有高度的特 异性 目前已有多种叶酸偶联化疗药物, 如叶酸偶联甲氨蝶呤 铂类药物 紫杉醇 长春碱类等 这些药 物与 FR1 有高度的亲和力且能被重复摄取, 因此能够快速分布至 FR1 阳性的肿瘤细胞中, 达到更高的药物浓 度, 并且能从血浆及非靶组织中快速清除 同时, 由于正常组织 ( 如肾脏 ) 中 FR1 分布较少 呈极性分布, 药物不易与之结合, 故少有发生不良反应, 目前尚没有导致急性肾损伤的报道, 显示这些药物具有良好的 临床应用前景 另一方面, 多项研究证明,FR1 水平可用于预测铂类药物治疗卵巢癌的疗效 : 完全缓解 部 分缓解 疾病稳定和疾病进展患者中,FR1 表达量依次下降 ; 高水平者敏感, 低水平者耐药 所以, 检测 FR1 基因表达水平可用于预测肿瘤患者使用铂类药物的疗效 VEGFR2 早期肿瘤在很长一段时间内处于休眠期, 仅依靠周围组织液渗透维持其生长 当肿瘤生长到

19 mm 3 时, 周围组织已经不能满足肿瘤生长需要的氧供 在肿瘤组织缺氧的情况下, 缺氧诱导因子 (Hypoxia Inducible Factor,HIF) 表达增强, 促进自身促血管生长因子如 VEGF 等的表达上调 内皮细胞在 VEGF 等刺 激因子作用下增殖, 大量增殖的内皮细胞重新排列形成条索状, 刺激成纤维细胞分泌细胞外基质, 形成新 的血管 目前, 已发现两种信号转导途径的 VEGF 受体 ( 即 VEGFR): 酪氨酸激酶受体和非酪氨酸激酶受体 前者包括血管内皮生长因子受体 -1(VEGFR1,Flt-1) 血管内皮生长因子受体 -2(VEGFR2,KDR) 及血管内 皮生长因子受体 -3(VEGFR3), 后者包括肝素样分子 神经纤毛蛋白 -1 受体和神经纤毛蛋白 2 受体 研究证 实,VEGFR2 在 VEGF 的信号转导及血管内皮生成中起主导作用 因此,VEGFR2 成为当前抗肿瘤血管生成 研究中的热点 VEGFR2( 血管内皮生长因子受体 2) 是 VEGF 受体家族的主要成员, 可介导 VEGF 的大多数下游血管 生成效应, 包括微血管通透性 内皮细胞增殖 侵袭和迁移等 临床研究显示, 肿瘤细胞 ( 如结直肠癌 肾细胞癌 肺癌 神经胶质瘤等 ) 也可高表达 VEGFR2, 肿瘤血管生成的大部分效应是由 VEGFR2 介导的 多项研究证明,VEGFR2 基因表达水平可用于预测肿瘤靶向药物治疗的疗效 ( 如贝伐珠单抗 舒尼替 尼等 ): 高水平敏感, 中位无进展生存期长, 而 VEGFR2 低表达患者中位无进展生存期较短 关于艾德厦门艾德生物医药科技有限公司是专业的肿瘤个体化分子诊断研发企业, 致力于肿瘤分子诊断技术的创新和高端分子诊断产品的研发与生产 公司研发的 ADx-ARMS 技术拥有自主知识产权, 是目前国际个体化分子诊断领域最先进的技术, 处于国际领先水平 基于该技术, 艾德生物已研发出 20 余种肿瘤个体化分子诊断产品, 其中 EGFR KRAS BRAF EML4-ALK PIK3CA 五种肿瘤分子诊断领域最重要的基因变异检测试剂产品率先获得 CFDA 医疗器械注册证 和欧盟 CE 认证 产品所需组织量低 操作简便 灵敏度高 易于标准化, 真正实现了 多重基因, 一次检测 依靠雄厚的研发实力 优越的产品性能, 艾德生物与海峡两岸数十家知名医院, 阿斯利康 辉瑞等跨国生物制药企业建立了战略合作关系, 产品远销 40 余个国家和地区 联系艾德电话 : 传真 : 邮箱 :sales@amoydx.com,hr@amoydx.com 地址 : 厦门市海沧区翁角路 289 号海投科创大厦 5 楼 19 19

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