与分子靶向药物疗效相关基因

dashan

驱动性基因（恶性）突变是导致恶性肿瘤发生、转移和耐药的“罪魁祸首”。以肿瘤驱动性突变基因为靶点的药物开发、检测和治疗构成了个体化诊疗的核心，已成为医疗领域的研究热点和肿瘤诊治的发展方向。


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188307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18-21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747-750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。

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188-189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12、13和61密码子的突变，第12、13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。
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(phosphatidylino-sitol 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（anaplasticlymphomakinase，ALK）基因和棘皮动物微管相关蛋白样4（echinodermmicrotubule associated proteinlike 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%。
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 protein kinase 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。

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-ros oncogene 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。
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0.8-1.7%。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。