家族性結直腸癌和息肉病的遺傳學新發現

06-26

編譯：月下荷花

來源：腫瘤資訊

長期觀察人們發現部分結直腸癌患者有家族聚集現象，說明共同的遺傳學改變和環境因素在癌症發病中發揮作用。隨著檢測技術的不斷發展，已發現的致病性遺傳學改變有哪些呢，它們分別對應哪些臨床綜合征？對仍未發現遺傳學改變的病例今後的研究重點又是什麼呢？

結直腸癌(CRC)是發病率最高的癌症之一，多數CRCs源於體基因組改變，這些改變損害結腸上皮的關鍵生理過程。癌症家族史是CRC最強的風險預測因子，家族內受累人數越多、發病年齡越小風險越高。統計顯示20-25%的CRC患者至少有一名親屬患有CRC，這可能是由共同的遺傳學和/環境因素所致。

據估計大約3-6%的CRC患者攜帶胚系突變，導致有癥狀的遺傳性CRC。CRC的遺傳學易感性與某些基因的胚系突變或表觀突變有關，如DNA誤配修復（MMR）基因MLH1、MSH2、MSH6和PMS2突變與非息肉病性CRC有關，APC和MUTYH基因突變（隱性遺傳）與腺瘤性結腸息肉病有關。其它的CRC易感綜合征，主要表現為錯構瘤性息肉，由SMAD4、BMPR1A、STK11和PTEN突變所致。

不過許多CRC的遺傳學易感性未知，可能是多因素所致，如多個中低危遺傳學變體同時存在所致，也可能是與環境或生活方式聯合所致。據估計低外顯率CRC變體，約佔5-10%的CRC遺傳學易感性。最新的模型可以根據普通CRC遺傳學易感性損害計算CRC風險，結果顯示風險累積與CRC家族史明顯相關。

鑒定與家族CRC風險相關的胚系病理突變的真正意義在於指導家族成員的檢查治療，所以人們一直在嘗試發現新的CRC易感性基因。西班牙的Valle教授在Clin GastroenterolHepatol雜誌上闡述了上述領域的最新進展、面臨的問題和未來的方向。

鑒定新的遺傳性CRC基因的方法

高通量和二代測序技術之前，遺傳性癌症研究主要依據全基因組連鎖分析，然後定位克隆和體突變分析，鑒定了上面提到的遺傳性CRC基因。雖然鑒定出了多數顯性遺傳性CRC基因，但並不能鑒定附加基因改變，仍存在雜合性、寡/多基因模式遺傳或非傳統機制的基因失活可能性。

隨著技術不斷發展，進一步鑒定新的遺傳性癌症基因再次成為可能。最常用的方法是全基因組（WGS）和全外顯子測序（WES）和全基因組陣列分析拷貝數，在單個高危家族或多個家族中進行以鑒定共同的致病基因。有時還會將上述方法聯合應用，優化分析過程。

新的遺傳性CRC基因

隨著新方法的應用發現了一些與遺傳性CRC及息肉病有關的基因，有些基因已納入常規遺傳學診斷，有些基因則需要在高危家族內進一步鑒定研究後才能應用於臨床。

1. 採用篩查方法鑒定的基因

（1）新的遺傳性CRC基因

①POLE和POLD1:聚合酶校對相關息肉病

採用WGS/WES和連鎖分析≤60歲、＞10個腺瘤、無APC/ MUTYH/ MMR胚系突變的先證者，Palles發現有多個結直腸腺瘤和CRC的個體/家族中，DNA聚合酶ε（POLE）和δ（POLD1）的校對區存在突變，同時還觀察到女性POLD1突變攜帶者高風險罹患子宮內膜癌。進一步的研究明確了胚系聚合酶校對區突變在CRC和息肉病易感性中的因果作用，該結果有助於更好的定義綜合征和相關表型。

數據表明高外顯性常染色體綜合征的特徵是削弱的或寡腺瘤性結直腸息肉病、CRC、胃十二指腸腺瘤和腦腫瘤，女性POLD1突變攜帶者高危發生子宮內膜癌，中危發生乳腺腫瘤，某些家族內還報道有其它腫瘤存在，其表現與DNA錯誤修復機制缺陷相符。

聚合酶校正相關表型看起來表現為非息肉病CRC綜合征，有時腫瘤內也存在誤配修復缺陷。因聚合酶校正突變異常而發生的腫瘤，不論是胚系還是體突變，都是高突變表型，有超過100萬的鹼基異常替代，與微衛星不穩定性（MSI）相似，POLE體突變與散發腫瘤的良好預後相關，但不清楚是否適用胚系突變腫瘤。

②NTHL1相關腺瘤性息肉病

對40個家族51例腺瘤性息肉病和CRC進行WES分析，Weren發現3個荷蘭家族具有NTHL1基因純合截短突變，為隱性遺傳性疾病。三個家族攜帶相同的NTHL1純合突變，c.268C>T (p.Gln90*)。NTHL1與隱性腺瘤性息肉病基因MUTYH相似，編碼轉葡糖基酶，參與鹼基切除修復（BER），是氧化DNA損害的主要修復途徑，但NTHL1能修復更多的DNA損害。

目前只發現4個家族攜帶NTHL1純合突變，NTHL1相關表型特徵是削弱的腺瘤性息肉病和CRC，可能還代表多腫瘤綜合征，但精確的腫瘤譜仍有待確定。

③GREM1:德系猶太人的混合性息肉病

遺傳性混合性息肉病綜合征並不常見，表現為多個息肉和混合的形態學，包括鋸齒形損害、Peutz-Jeghers息肉、幼年息肉、傳統腺瘤和CRC，缺少可鑒定的結腸外特徵。對遺傳性混合性息肉病的德系家族分析，混合性息肉基因（也稱作CRAC1）定位於15q13.3，在該區域鑒定了一個共同的單倍型，提示為單一基礎突變，但在該區域未發現新的潛在致病性的基因突變。

在染色體15:30鑒定出40kb雜合單拷貝重複區域，採用定製的寡核苷酸陣列鑒定拷貝數變化，發現參研家族中的受累成員存在77Mb的變化，是簡單的首尾重複，伴有未知來源的30bp的插入，該重複序列由SCG5的內含子2開始，延伸至GREM1基因的CpG島上游，與基因GREM1表達增加相關。

目前GREM1 40Kb上游重複序列只在具有單一基礎突變的德系猶太人後裔中存在，疾病表型不僅限於混合性息肉病，當德系猶太人出現多髮結直腸息肉或滿足非息肉病CRC標準時，推薦遺傳學檢查GREM1。最近在一個非德系家族的GREM1調節區發現一個可致病的16kb重複，表現為削弱的息肉病，息肉形態特徵與幼年和轉化型息肉部分相似。

另外發現一例早發CRC的全GREM1基因重複，該患無混合性息肉病特徵。現已證實常見的影響擴增子rs16969681的GREM1變體與CRC易感性相關，增加普通人群患CRC風險20%。

④RNF43相關鋸齒形息肉病

鋸齒形息肉病是臨床定義的綜合征，患者表現為結直腸內多個鋸齒形息肉，CRC風險增加。按照WHO標準，鋸齒形息肉病綜合征（SPS）的真正發生率並不清楚，根據結腸鏡篩查結果，該病發生率可能＜0.09%，發生CRC的風險低於最初的估計，是否發生CRC主要與鋸齒形息肉中是否存在不典型增生、是否為進展期腺瘤和/WHO標準1和3同時存在。

多年來一直沒有成功鑒定鋸齒形息肉病的遺傳學病因，最後是Gala及其團隊對20例多發鋸齒形腺瘤的無關個體進行WES分析，5例中鑒定出ATM、PIF1、TELO2、XAF1和RBL1胚系突變，2例中發現RNF43基因無義突變。RNF43編碼的蛋白是泛素連接酶，是Wnt途徑的負調節信號，敲除該基因有助於小鼠腸道息肉病表型。

接下來在鋸齒形息肉病家族中進行WES分析，包括二名受累和二名未受累個體，結果顯示二名受累個體均有RNF43突變，健康個體沒有。

另一個WES分析4個鋸齒型息肉病家族中的6名成員，均有RNF43特異位點突變，導致蛋白截短，此突變在一個家族中的三個同胞中鑒定，二名分別於65和64歲時診斷鋸齒形息肉病，另一名49歲時診斷增生型息肉，該患的二個孩子也是RNF43突變攜帶者，分別於35和37歲時經結腸鏡檢發現鋸齒形腺瘤或增生性息肉，另有四名家族成員篩查未發現突變，鏡檢結果正常。5名突變攜帶者共有16個鋸齒形息肉、5個腺瘤和1個腫瘤可用作分析，結果顯示所有野生型等位基因體突變失活，這也證實RNF43的腫瘤抑癌基因作用。

總之胚系RNF43突變在滿足WHO鋸齒形息肉病綜合征的無關患者中發生率為12.5% - 25%，需要對RNF43進行常規胚系突變檢查。體外和臨床前證據顯示RNF43突變腫瘤對Wnt分泌抑製劑敏感，為RNF43突變攜帶者的治療開闢了一條新路。

（2）新的侯選基因

與遺傳性CRC有關、證據較明確的侯選基因包括FAN1、RPS20、PTPN12、LRP6、BUB1和BUB3、FOCAD，還有PTPRJ的結構性表觀沉默。FAN1、BUB1和BUB3與DNA損害反應和遺傳學不穩定性有關，LRP6是Wnt-Fzd-LRP5-LRP6複合物的構成成分，能啟動β連環蛋白信號，RPS20編碼核糖體蛋白，FOCAD是粘著斑蛋白，PTPN12和PTPRJ是蛋白酪氨酸磷酸酶。

還有幾個侯選基因仍需證據明確是否在CRC中發揮作用。SEMA4A基因是首個認為是遺傳性非息肉病CRC的侯選基因，但後續研究未能證實其影響CRC的作用。總之證實所有侯選基因的診斷價值需要進一步的證據支持。

2. 通過侯選基因鑒定的基因異常

已知的遺傳性CRC基因與DNA修復或相關途徑有關，研究進一步評估其它基因在CRC易感性中的作用。AXIN2是Wnt途徑的組分，充分證據表明在削弱的家族性腺瘤性息肉病中的致病性。但下述基因如OGG1、NUDT1、BMP487和EPHB88一直缺乏足夠證據。此外AMER1、UNC5C和GALNT12不再作為高外顯性基因，但中低風險作用仍不能除外。

DNA誤配修復基因的雙等位基因胚系和體突變失活

MMR基因胚系突變的臨床譜最初只限於林奇綜合征的單等位基因突變。結構性誤配修復缺陷（CMMRD）是獨特的兒童癌症易感綜合征，其特徵是MMR基因純合或雙等位基因胚系突變。雙等位基因胚系突變攜帶者表型可表現為血液系統惡性腫瘤、腦腫瘤和胃腸道癌症以及咖啡斑和與I型多發性神經纖維瘤相似的改變。

2014年CMMRD論壇報道了23例CMMRD兒童的遺傳學和臨床特徵，患兒普遍存在咖啡斑和高外顯性癌症，進行遺傳學分析的18例患者中一半存在胃腸道息肉病。

幾項觀察性研究顯示純合突變時只有弱外顯性MMR基因突變患者才能存活，而二個基因都發生高外顯性突變時胚胎死亡，如引起林奇綜合征的基因，患者具有如下特徵：父母缺少林奇綜合征相關癌症，其它親屬中無雙等位基因突變攜帶者；CMMRD中報道的很多胚系突變在林奇綜合征中並未報道；MSH2突變在林奇綜合征中最常見且高外顯性，但在CMMRD中報道最少。

最近對102例腺瘤性息肉病、缺少胚系基因突變的無關患者進行WES分析，發現一例PMS2雙等位基因突變，二例MSH3雙等位基因突變，後者是DNA誤配修復基因，患者表現為隱性遺傳，4個MSH3突變皆是有害的，腫瘤顯示高度微衛星不穩定性，MSH3蛋白表達完全缺失。

目前共鑒定了4例MSH3雙等位基因攜帶者，多數病例在30歲左右時診斷，表型特徵為結直腸腺瘤性息肉病，伴胃腸道內或腸外良惡性損害，如十二指腸腺瘤、甲狀腺瘤、導管內乳頭瘤、胃癌和星形細胞瘤。MSH3雙等位基因攜帶者的表型與削弱的家族性腺瘤性息肉病相似，但保留一些CMMRD的特徵，可能是由於MSH3突變的雜合性，並不是疾病的始動因素。

臨床和分子生物學上懷疑是林奇綜合征的患者中60%-70%的患者遺傳學檢查都未能鑒定出MMR基因的胚系突變，這些病例稱作林奇樣改變。與散發微衛星不穩定CRCs不一致的是，林奇樣的CRCs無MLH1的表觀失活，也不存在BRAF突變。現在已知50-60%的林奇樣改變病例，MMR缺陷可能是雙體突變引起，多數為散發病例。

削弱DNA錯誤修復能力的其它基因胚系突變，如MUTYH或POLE和POLD1的校對區，可能在一些病例中引起MMR缺陷。由於林奇樣改變的異質性，同時缺乏明確的胚系缺陷，遺傳學諮詢與臨床監控應在有家族史或有個人腫瘤病史時才進行。

遺傳性癌症綜合征的重疊

研究者一直致力於鑒定新的遺傳性CRC基因，然而新發現的病理性突變很少。但通過二代測序，在遺傳性CRC家族中鑒定出與其它癌症綜合征相關的胚系致病性突變，如BRCA1、BRCA2、TP53、BARD1或BRIP1，或是與其它CRC/息肉病綜合征相關的改變，例如在遺傳性非息肉病CRC家族中發現腺瘤性息肉病基因MUTYH和POLD1、幼年息肉病基因BMPR1A。

上述結果支持在遺傳性癌症常規檢查中應包括這些重疊基因的檢查，而且更多基因的檢查可以用作鑒別診斷。不過這種情況的發生頻度並不高，臨床表型仍是最佳的首診方法，檢查主要用於尚不明確的變體。

1000餘例家族和早發CRC患者的外顯子組

人們一直嘗試鑒定存在分子易感基礎的CRC所佔比例，Chubb分析了罕見胚系突變對CRC風險的影響，採用WES方法，共1006例早發無關CRC患者（診斷時＜55歲），至少一名一級親屬患有CRC，健康對照1609例。9%的患者攜帶已知高外顯性基因突變，包括MSH2、MLH1和APC基因，但只有31%的家族性CRC可用已知的遺傳性CRC基因解釋。

其它CRC基因，包括MSH6和PMS2在內，並沒有明顯的相關性，說明對CRC易感性的作用有限。研究者一直在分析那些可能導致CRC易感的基因的突變情況，據此鑒定了IL12RB1、LIMK2和POLE2作為侯選基因，後續研究顯示DNA依賴性DNA複製基因與CRC明顯相關，可能受突變的MMR、POLE2、POT1和MRE11A基因驅動。

結語

通過WES、WGS等方法，已鑒定出新的遺傳性結直腸癌和息肉病綜合征基因，不過現在仍有很大一部分息肉病用已知的基因無法解釋。POLE、POLD1和GREM1基因篩查已作為常規檢查，NTHL1、MSH3和RNF43基因的研究結果也即將面世。根據已知的臨床表現，通過遺傳學篩查，必將發現更多的突變攜帶者。

遺傳性非息肉病綜合征缺少主基因和其它遺傳學異質性是目前研究的主要結論，WES/WGS鑒定新的遺傳性非息肉病CRC基因的結果仍很少，而且沒有有力的證據支持侯選基因用於常規遺傳學診斷，這是現在和未來的研究熱點。

複雜的環境因素可能是遺傳學變體產生的原因，這些變體會妨礙發現新的基因。首先人類基因組有許多罕見變體，其中大部分與疾病表型的關係並不清楚；第二一些變體可能與其它遺傳學和/環境因子相互作用，這可能反過來決定其表達性。

鑒定新的CRC/息肉病易感基因或侯選基因的研究中已有一些突破性進展，包括與DNA修復、DNA複製和維持基因組穩定性的相關基因。種族研究顯示，如德系猶太人或芬蘭/荷蘭人，其基礎突變對鑒定新的基因很有幫助，譬如GREM1基因和NTHL1基因就是這樣發現的，這說明區域或國家的聯合研究非常重要。

交叉表型的存在，例如引起其它腫瘤或表型的胚系突變已有報道，不過這種現象並不是很常見，但它可以解釋更多特徵不顯著的家族性病例。

目前只有遺傳性非息肉病CRC（限於MSH2、MLH1、MSH6和PMS2雜合性突變）的MMR突變在臨床和分子譜上有了進展：CMMRD由胚系等位基因突變所致；存在胚系雙等位基因突變的削弱的腺瘤性息肉病，包括MSH3在內，該MMR基因在雜合狀態時沒有作用；體突變失活時產生林奇樣綜合征（2次體突變打擊）。

寡基因或多基因遺傳的可能性不再是理論假說，一個例證是同時存在多個高外顯性癌症易感基因的胚系致病性突變，導致多位點基因遺傳腫瘤綜合征（MINAS），另一個例證是攜帶多個低外顯性等位基因者患癌風險增加。這些例子只是冰山一角，應進一步鑒定中低表達性基因及變體，它們同時遺傳並處於某種特殊環境條件時，就可能發揮作用，這項研究可能是目前面臨的最大挑戰。

目前有大量CRC聚集家族，經WES或WGS未能鑒別出顯著影響功能的單基因改變，寡基因或多基因遺傳聯合遺傳學或表觀遺傳學改變的研究是今後研究的重點。

鏈接：

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27712984