肿瘤与基因

肿瘤与基因 2015 12 15 人类基因组计划 人类基因组计划 HGP 于1990年正式启动了2003年完成了所有研究目标 已完成的基因序列图覆盖了人类基因组99 的区域 精确率达到了99 99 那是一部长达100万页 每页3 000个字符的巨著 诺贝尔获得者杜伯克曾说 人类的DNA序列是人类的真谛 这个世界上发生的一切事情 都与这序列息息相关 一个人的基因组信息要用3GB的光盘存储 一个人每分钟敲击60字 每天工作8小时 50年才能全部记录一个人的DNA信息 每个人体内都有数万亿细胞 每个细胞的细胞核内都有46个 23对 染色体 每个独立染色体就叫DNA 如果展开 仅一个细胞内的DNA就能有1 83米 如果把一个人的DNA全展开 长度相当于从地球到太阳610次 环境因素 物理因素化学因素生物因素 体内微环境 人类基因组 肿瘤是一种环境因素与遗传因素相互作用导致的疾病 大多数的环境致病因素的致癌作用都是通过影响遗传基因起作用的 基因变异的类型 癌基因 点突变 K Ras H Ras 插入突变 Int 2 扩增 myc erbB Ras 重排 Trk Ret 染色体易位 Bcr Abl Bcl 2 低甲基化 ER PR 抑癌基因 突变 P53 P16 丢失 Rb P53 失活 DCC 高甲基化 促进肿瘤转移的基因 MTA1 C KIT EF1A 抑制肿瘤转移基因 nm23 H1 BRMS1 H2 K KISS1 肿瘤的发生源于遗传物质DNA的改变这种改变是多步骤完成的多个基因变化的细胞进化过程不仅癌基因之间有协同作用 癌基因与抑癌基因之间也存在协同作用 基因检测 基因检测的分类 诊断性基因检测多数用于有症状单基因疾病诊断单基因疾病症状出现前的诊断预测性基因检测数用于多基因常见疾病的遗传风险预测个体化用药基因检测多用于指导临床药物治疗 基因检测与肿瘤 基因检测方法介绍 基因变异的检测方法 显微切割 直接测序测序法荧光定量PCR法ARMS方法Mutation richedPCRPCR SSCP甲基化的检测 Northern印迹 Western印迹 HRM FISHCtDNA 显微切割 直接测序 原理 利用紫外激光对生物样本进行切割和分离 通过弹射装置将目的细胞收集于EP管内 功能 通过从诊断明确的组织中切取获得的细胞或细胞成份 提取核酸 可用于PCR DHPLC等 切割之前的目的癌巢 切割之后 可见目的癌巢已取走 激光捕获显微切割 SangerSequencing 1977 Next GenSequencing 2005以后 IonSemiconductorSequencing 2011 测序技术发展历程 直接测序法 原理 双脱氧终止法特点 直接测出碱基序列 明确突变类型 耗时长 2 3天 FrederickSanger13August1918 19November2013 第二代测序技术 核心思想是边合成边测序 SequencingbySynthesis 即通过捕捉新合成的末端的标记来确定DNA的序列 现有的技术平台主要包括Roche 454FLX Illumina SolexaGenomeAnalyzer和AppliedBiosystemsSOLIDsystem 第三代测序技术 采用单分子读取技术 不再需要PCR扩增步骤 进一步降低了测序成本 包括单分子即时DNA测序 HeliScope单分子测序 基于荧光共振能量转移的即时DNA测序 纳米孔单分子测序 纳米微孔测序原理 荧光定量PCR 原理 应用一对双标记Taqman探针 分别针对双等位SNP的不同基因型 只有完全匹配的探针扩增出各自对应的基因型 用两种荧光染料Fam Hex Vic 分别标记这两种探针 就可以在一次PCR反应中完成对单个SNP位点的基因型判定 特点 针对固定的已知突变 操作简便 耗时短 2h ARMS方法 原理 等位基因特异性扩增法 AlleleSpecificAmplification ASA 建立于1989年 是PCR技术应用的发展 也称扩增阻滞突变系统 AmplificationRefractoryMutationSystem ARMS 等位基因特异性PCR AlleleSpecificPCR ASPCR 等 Mutation richedPCR 原理 利用ras基因家族某个密码子部位存在已知的限制性内切酶位点 如K ras基因第12密码子的BstNI位点 第13密码子有Bg 位点 用连续二次的巢式PCR来扩增包括K ras第12 13密码子的DNA片段 在两次扩增反应之间用相应的内切酶消化扩增的DNA片段 野生型因被酶切而不能进入第二次PCR扩增 而突变型则能完整进入第二次PCR扩增并得到产物的富集 PCR SSCP 原理 在完成靶DNA的PCR扩增之后进行单链DNA多态性分析的一种方法 将单链的扩增DNA或组织基因组DNA通过中性的聚丙烯酰胺凝胶电泳 根据其电泳位置的改变可分辨出单个碱基的改变 HRM 原理 采用重亚硫酸盐处理DNA模板后 在非CpG岛位置设计一对针对经亚硫酸氢钠处理后DNA链的引物 这对引物中间包含有意义的甲基化CpG岛 一旦这些CpG岛发生甲基化 胞嘧啶不发生变化 而未甲基化的胞嘧啶转变成胸腺嘧啶 样品中的GC含量发生了变化 最终被转化成溶解曲线Tm值之间的差异 特点 可检测抵达0 1 的甲基化程度 并且可以根据已知甲基化程度的标准曲线对未知样品的甲基化百分比进行测定 FISH 原理 FISH是以荧光素直接标记的已知核酸分子为探针 探针和靶序列双链DNA变性后杂交 互补的异源单链DNA分子在适宜的温度和离子强度下退火形成稳定的异源待检的杂交体双链DNA 通过荧光标记显示出来 通过荧光显微镜观察杂交信号 特点 周期短 特异性好 定位准确 基因缺失 染色体易位 ctDNA 液体活检 cfDNA cellfreeDNA 或者叫血浆游离DNA 是血浆中游离存在的DNA 它们有的来自于正常细胞 有的来自于异常细胞 如肿瘤细胞 还有部分来自于我们外部 如病毒DNA 人们发现cfDNA中携带肿瘤特有突变的那一小部分DNA 是由肿瘤细胞释放出来的 这种携带了突变信息的循环DNA是肿瘤的标志 ctDNA的研究终于与肿瘤关联起来 ctDNA来源 1 来自于坏死的肿瘤细胞 2 来自于凋亡的肿瘤细胞 3 来自于肿瘤细胞分泌的外排体 突变类型 点突变 SNV 短的插入缺失 InDel 拷贝数变异 CNV 结构变异 SV 等等 发现过程 70年代Leon等研究表明癌症患者外周血清DNA水平大大高于正常人 肿瘤相关基因介绍 EGFR 一种广泛分布于人体各组织细胞膜上的多功能糖蛋白 是HER ErB家族成员之一 对肿瘤细胞的繁殖 生长 修复和存活等起重要作用 突变热点 EGFR酪氨酸激酶编码区 EGFR TK 共有486个突变 集中在18 21外显子 L858R 19号外显子缺失 突变的检测方法 直接测序定量PCRARMS 第一代针对EGFR的靶向药易瑞沙 Iressa 和特罗凯 Tarceva 针对位点 L858R 19号外显子缺失 2011年浙江贝达药业开发的EGFR靶向药物凯美纳 埃克替尼 在中国上市 号称第一个中国自己做出来的小分子靶向抗癌药物 第二代EGFR抑制剂 代表产品是阿伐替尼 afatinib 针对位点 L858R 19号外显子缺失 T790M 第三代EGFR靶向药物还没有被FDA批准上市 但有几个已经在3期临床实验 代表药物是Clovis公司的CO1686 阿斯利康的AZD9291和诺华的EGF816 药物上市前一般都只有代号 没有名字 K ras K ras突变是结直肠发生的早期事件 K ras突变可促进肿瘤的恶性进展 EGFR抑制剂活性的预测性标记物突变热点 外显子2 密码子12 13 3 密码子61 检测方法 显微切割 直接测序直接测序定量PCRRiched mutantPCR 靶向药物西妥昔单抗 NCCN明确指出西妥昔单抗 爱必妥 用药之前须检测K ras基因突变检测 K ras突变型患者并不能从抗EGFR治疗 爱必妥 中获益 反而徒增不良反应危险和治疗费用 中国人群中K ras基因突变率15 15 的病人不应该使用爱必妥 野生型 突变型 WorldJGastroenterol 2011November21 17 43 4779 4786 HER2 人表皮生长因子受体2 HER2 是具有酪氨酸激酶活性的表皮生长因子受体家族的一个成员 受体的聚合作用会导致受体酪氨酸残基的磷酸化 并启动多种信号通路导致细胞增殖和肿瘤发生 乳腺癌患者预后指标及曲妥珠单抗治疗的靶点 胃癌曲妥珠单抗靶向治疗的靶点 大约15 30 的乳腺癌和10 30 的胃 食管癌会发生HER2基因扩增或过表达 HER2的过度表达也可见于其他肿瘤如卵巢 子宫内膜 膀胱 肺 结肠和头颈部 ASCO CAP2013指南关于乳腺癌HER2检测推荐 IHC检测HER2蛋白表达水平FISH检测HER2基因扩增 FDA2013年关于胃癌HER2检测流程建议 ALK 最早是在间变性大细胞淋巴瘤 ALCL 的一个亚型中被发现的 因此定名为间变性淋巴瘤激酶 anaplasticlymphomakinase ALK 随后 在发现非小细胞肺癌中有ALK基因重排之前 在弥漫性大B细胞淋巴瘤和炎症性肌纤维母细胞瘤 IMT 中分别发现了有多种类型的ALK基因重排 至此证明ALK是强力致癌驱动基因 变异类型 重排检测方法 ALK分离荧光原位杂交检测 是ALK诊断检测最终获得FDA批准 用于检测ALK基因重排非小细胞肺癌 连同克唑替尼 获得美国批准的基础 也是目前唯一经临床验证的ALK检测方法 EML4 ALK融合基因 克唑替尼的靶标 已发现并确认至少9种EML4 ALK融合基因的突变体 v1 v2 v3a v3b v4 v5a v5b v6 v7 检测方法 RT PCR FISH PCR 测序等 RB RB基因 Retinoblastomagene 即成视网膜细胞瘤基因 为视网膜母细胞瘤易感基因 是世界上第一个被克隆和完成全序列测定的抑癌基因 突变类型 缺失 突变 检测技术 PCR PCR SSCP P53 p53是一种肿瘤抑制基因 tumorsuppressorgene 在所有恶性肿瘤中 50 以上会出现该基因的突变 突变热点 大部分突变是位于4个突变热点之一的错义突变 这4个突变热点是aa129 146 171 179 234 260 270 287 检测方法 直接测序法PTEN1997年分离鉴定 定位于人染色体10q23 为p53 P16 P27基因后与肿瘤关系密切的一个新的抑癌基因 是至今在子宫内膜肿瘤中鉴定的最常见的突变基因 33 55 突变类型 等位基因缺失 基因突变 甲基化 C kit c kit基因位于人染色体4q12 13 属于原癌基因 其产物是 型酪氨酸激酶 大部分的胃肠道间质瘤 GIST 均存在c kit基因突变 90 从而导致Kit蛋白的活化不需要配体SCF参与就能刺激肿瘤细胞的持续增殖和抗凋亡信号的失控 突变热点 11号外显子Lys550 Val560区段的变异最为常见 约占70 80 位于9号外显子Ala502 Tyr503区段的6碱基重复突变约占5 10 检测方法 直接测序法 PDGFRA血小板衍生生长因子受体定位于4q12 13 多发生于胃及十二指肠 多发生于exon18 exon12 碱基置换突变最常见 检测方法 直接测序法 格列卫 Glivec 通用名 甲磺酸伊马替尼 Imatinib 商品名 格列卫原理 选择性抑制BCR ABl CKIT PDGFRA用途 治疗Ph CML治疗不能切除或发生转移的恶性胃肠道间质瘤 总有效率 CR PR SD 75 MiettinenMetal ArchPatholLabMed 2006 130 1466 1478 nm23 K 1735鼠的黑色素瘤细胞中分离鉴定的第一个转移抑制基因 nonmetasitasis23cDNA 变异类型 表达水平降低 基因的缺失和突变检测方法 Northern杂交 检测表达量 Southern杂交 检测缺失 KAI1KAI1基因与肿瘤的转移呈负相关 其表达降低可促进肿瘤的侵袭和转移 肝癌 乳腺癌 胰腺癌 黑色素瘤 结肠癌 喉癌和肺癌 变异类型 基因突变 等位基因缺失 表达水平的改变 基因mRNA水平与抗肿瘤药物 RRM1 NCCN2012年版临床治疗指南明确指出 患者接受吉西他滨化疗前进行RRM1mRNA检测可提高治疗有效率和患者生存率 反比 ERCC1表达与铂类药物疗效相关的临床数据 反比 ERCC1 BRCA1 2TS BRCA1 2表达与铂类药物疗效相关的临床数据 反比 TS高表达影响氟类和培美曲塞药效 反比 BRCA1过度表达铂类耐药的预测因子抗微管类药物的敏感因子 低TSmRNA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 TS低表达的患者对培美曲赛的疗效好 TUBB3TUBB3高表达对紫杉醇和长春碱类不敏感 TUBB3阳性表达是抗微管类药物敏感预测因子 STMN1STMN1表达检测意义 ElizabethAetal CancerRes 2002 62 6864 6869 疗效 低表达接受长春瑞滨 顺铂治疗的效果较好 中位生存期较长 STMN1高表达接受长春瑞滨 顺铂的疗效较差 预后 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 化疗药物敏感性解决方案 主要方法 RT PCR 靶向药物敏感性解决方案 Thanks