人类疾病和基因组研究课件

1、 恶性肿瘤研究人类疾病和基因组研究郑 树浙江大学医学院附属第二医院浙江大学肿瘤研究所 1, 问题的提出 Cancer EpidemiologyRisk FactorsTargetsTobaccoObesityFamilialXenobioticsDietChronic InflammationAlcoholAsbestosUV RadiationHormonesViralLungBreastProstateOvarianUterine CervixBladder-KidneySkinBrainBoneColorectalHematologicPancreasLiverH & NStomachE

2、sophagusIon. RadiationLungBreastProstateOvarianUterine CervixBladder-KidneySkinBrainBoneColorectalHematologicPancreasLiverH & NStomachEsophagusAdapted from ISPOCancer EpidemiologyEnvironmentHostTobaccoObesityFamilialXenobioticsDietChronic InflammationAlcoholAsbestosUV RadiationHormonesViralLungBreas

3、tProstateOvarianUterine CervixBladder-KidneySkinBrainBoneColorectalHematologicPancreasLiverH & NStomachEsophagusIon. RadiationLungBreastProstateOvarianUterine CervixBladder-KidneySkinBrainBoneColorectalHematologicPancreasLiverH & NStomachEsophagusGene-Environment InteractionAdapted from ISPO2006年全国部

4、分市县前十位疾病死亡专率及死亡原因构成(合计) 顺位市 县 死亡原因死亡专率1/100000构成%死亡原因死亡专率 1/100000构成%1恶性肿瘤144.5727.25恶性肿瘤130.2325.142脑血管病93.6917.66脑血管病105.4820.363心脏病90.7217.10呼吸系病84.9416.404呼吸系病69.2913.06心脏病71.8413.875损伤及中毒32.366.10损伤及中毒46.128.906内分泌营养和代谢疾病17.593.32消化系病 17.003.287消化系病15.612.94内分泌营养和代谢疾病8.161.578泌尿生殖系病7.281.37泌尿生殖

5、系病6.651.289神经系病4.950.93神经系病4.160.8010精神障碍3.440.65精神障碍3.770.73十种死因合计90.41十种死因合计92.32中国卫生部,2007年卫生统计提要全球癌症排位发病排位：肺癌、乳腺癌、结直肠癌、胃癌死亡排位：肺癌、胃癌、肝癌、结直肠癌现患排位：乳腺癌、结直肠癌、前列腺癌、 胃癌(WHO 2002)全世界新发病人：1090万/年(1010)（2002年） 现患者：2460万(2240)我国新发病人：200万/年（2000年） 现患者：250万 死亡人：150万/年（2000年） 城市：肺、胃、肝、肠、乳腺 农村：胃、肝、肺、食管、肠肿瘤流行病状

6、况上 升 癌:前10位男 性：总 112.72% 上升: 肾癌、肺癌、大肠癌、脑瘤女 性：总 49.28%上升: 胰腺癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌发病率增加原因人口增加及老龄化 男性：10.5%；女性：13.9%危险因素变化男性：8.6%； 女性：3.8% 主要可能因素: 吸烟, 肥胖, 体力活动 估计遗传性大肠癌（HNPCC及FAP）约510%Age-Standardized Incidence RatesLiverStomach Annual Age-adjusted Cancer Incidence Rate Among Males and females (US 1975-2003) 发病

7、率上升最快的肿瘤之一 占全部肿瘤死亡的28% CA Cancer J Clin 2000; 50:7 中国肿瘤 2000；9:435 肺 癌化学预防 一级预防(1/3) 二级预防(1/3) 三级预防(1/3) 预防复发生第二癌 避免接触 预防致癌物形成阻断交互作用早期诊断治疗致癌物前致癌物终致癌物启动细胞癌前病变恶性肿瘤形成临床癌扩散起始阶段(几十年)促进(十几年)癌变(几年/1-2年)进展期(几月)癌前癌变诊断&治疗病因多因素，多步骤(一)防治策略初筛精筛（筛诊）全体：30-40岁人群FOB +数量化评估模型高危人群大肠癌肠镜HBV + AFP肝癌B超、CTEB鼻咽癌鼻咽镜体检 + 数量化评

8、估模型乳腺癌B超、钼靶拉网食管癌食道镜碘染HPV巴氏涂片子宫颈癌阴道镜“前移”对策干预阻断于：癌前病变，早期癌变阶段肿瘤防治战略前移, 基础向临床的转化性研究 (一)70年代我国大肠癌高发地区分布状况红色区域为高发地区美国结直肠癌死亡率下降死亡率下降5年生存率上升1975-2006年美国9地区标化死亡率和5年生存率变化情况 数据来自SEER发病率下降CRC Survival & Grading5ys 63.4%TNM Grading： （T1-2N0M0） 93.2% A（T3N0M0） 84.7% B（T4N0M0） 72.2% A（T1-2N1M0） 83.4% B（T3-4N1M0） 6

9、4.1% C（TanyN2M0） 44.3% （TanyNanyM1） 8.1%N: 正常上皮A: 腺瘤T: 腺癌优化的筛检方案（1）初筛（高危人群） : 40 岁 ，符合下列4项中的1项或以上:(1) 免疫法FOBT (+)(2) 一级亲属大肠癌史(3) 本人肠息肉或癌肿史(4) 有以下6项中2项或以上: u 慢性腹泻; u 慢性便秘; u 粘液血便; u 慢性阑尾炎; u 精神刺激史; 慢性胆道疾病史 （2）复筛（肠镜）： 肠镜（+）： 诊治 肠镜（-） ： 上述1项（+） 每2-3 年复筛 上述 2 项或以上（+） 隔1 年复筛 基于社区的结直肠癌筛查方案的比较和评价研究研究人群和社区：

10、 1、社区和人群： 研究内容哈尔滨南岗区 筛查区：保健办事处 ，69479人 (原定55万) 对照区：哈西办事处 ，67551人上海市徐汇区 筛查区：虹桥等社区 ，58834人 (原定55万) 对照区：汇站等社区 ，33957人杭州市下城区 筛查区：武林和天水街道，106698人 (原定1010万) 对照区：朝晖和文晖街道，93833人2、筛检对象： 户籍在筛查区 4074岁所有个体。 地区 目标人群数 *完成问卷人数 完成FOB检查人数 高危人群例数 （4074岁） （） （） （阳性率，） 杭州 32348 16860(52.12) 13214（40.85） 2412（14.31%） 上海

11、 31433 10766(34.25) 8480人(26.98) 964(8.96) 哈尔滨 14000 7817(56.21) 7817（56.21） 1354(17.32) 合 计 77781 35443 (45.6) 29511 (38.0) 4730(13.3) 29511/35443(83.3)初筛顺应性筛查顺应性小结 未参加初筛:7778135443=42338 （包括人户分离20%） 问卷顺应性45.6%，FOB顺应性为38% 若将问卷调查为初筛人群: 问卷顺应性为100%(35443/35443) FOB检查顺应性为83.3%(29511/35443)初筛阳性:= 高危人群:1

12、3.3% (4730/35443 ) 问卷阳性及/或FOB阳性 项目 癌（） 腺瘤 （） 溃结（） 息肉（） 合计(%) FOB阳性 15（53.6） 59（27.7） 0 61（30.8） 135（30）问卷阳性 6（21.4） 139（65.3） 7（63.6） 122（61.6） 274（60.9）双阳性 7（25） 15（7.0） 4（36.4） 15（7.6） 41（9.1）合计 28（100） 213（100） 11（100） 198（100） 450（100）杭州、上海、哈尔滨三地区癌及癌前病变结果 FOB阴性 : 癌+癌前病变：61% (274/450), FOB阴性 : 癌：

13、21%（6/28） 问卷调查发现较多癌前病变, 问卷有助防治前移策略中国结直肠癌筛查早诊的特点采用问卷调查表和FOBT结合形式结直肠癌筛查 问卷调查表在发现腺瘤和息肉病变 嘉善2007-2009年筛查 调查表阳性者2050例，检出肠癌12例，腺瘤176例，息肉322例 仅调查表阳性者1776例，检出腺瘤癌变1例，腺瘤138例，息肉259例72.72%27.27%Stage: 5 cases(25%), Stage II: 11 cases (55%) Stage : 4 cases (20%), Staging Unknown ：2 cases9.39%7.07%23.34%31.31%66.

14、67%62.63%CRApolyp2009筛查技术指标初筛顺应性肠镜顺应性高危人群比例海宁89.8%79.6%16.5%嘉善88.9%78.0%12.6%杭沪哈三地45.6%34.8%13.3%海宁嘉善示范基地的筛查顺应性比大城市高一倍多? 疾病发病率, 死亡率下降-随访 地区 肠镜人数/ 癌例数 癌检出率 癌前病 癌及癌前病变 应检人数（） （1/10万） 变例数 检出率（） 杭州 967/241222 2275.07 232 26.27 （40.09） 上海 300/9644 1333.3 57 20.33 （31.12） 哈尔滨 383/13542 522.19 133 35.24 （2

15、8.29） 合计 1650/4730 28 1700.0 422 27.27 (34.88)肠镜检查顺应性及检查结果癌前病变包括：腺瘤、非腺瘤性息肉、慢性溃疡性结肠炎Challenge The Colonoscopy compliance only 34.88% (1650/ 4730) The detect rate : 27.27% (450/1650) The colonoscopy negative Population?Fig. 1. Major genetic alterations associated with colorectal tumorigenesis.PNAS Mar

16、ch 18, 2008 vol. 105 no. 11 42834288Sian Jones etal机制 Tumorigenesis.乳腺癌个体化辅助治疗 Tumor pT1-3 低复发风险 (18) pN0/pN1mi(31) 伴不良因素* 不良因素: 脉管浸润 核分裂像多 组织学分级高 Adj EndoAdj Endo+/-Adj ChxAdj Endo+Adj Chx预测化疗敏感性同样组织学表型、同样临床特征的患者给予同样的方案化疗，转归截然不同 WHY ?The Recent Conception:4P Medicine Strategic Vision Predictive 预测

17、Personalized 个体化 Pre-emptive (Preventive) 预防 Participatory 参与Fundamental cause of cancer at earliest molecular stage (NIH)Cancer prevention and therapy force forward (China)2, 肿瘤生物标志物基础 第一阶段：上世纪50年代 肿瘤为多因素、多步骤、多阶段，致癌、促癌、演进的过程第二阶段：50-70年代 细胞生物学第三阶段：70年代中期 分子生物学、基因工程、蛋白工程、细胞工程肿瘤生物学发展一百年高通量技术平台系统生物学理念生

18、物信息学分析手段肿瘤发生发展病因与发病机制系统生物学的理念和纳米技术的手段第四阶段Breast Cancer EvolutionTracy Vargo-Gogola & Jeffrey M. Rosen (2007) Nature Reviews Cancer 7, 659-672 ADHDCISIBCMetastasisNormal癌症是复杂的系统疾病From Nature Review Cancer 时间上: 同一类细胞从正常到肿瘤的转化过程中 肿瘤细胞在不同的发展阶段 空间上: 细胞之间:不同细胞的相互作用 肿瘤细胞与基质细胞的相互作用 分子之间：表观遗传学、基因组，转录组，蛋白质组，

19、代谢组等之间的相互作用 时间上与空间上的相互作用 极其复杂的动态网络系统癌症是复杂的系统疾病 量化所有生物分子成分的方法来阐明生物分子间的相互作用、调控网络 预测生物的各种生理及病理行为的学科不再是单个或少数几个基因，蛋白或细胞，强调整合的信息和网络调控的概念 系统生物学L Hood, et al. Science, 2004;306: 640 - 643Systems Biology and New Technologies Enable Predictive and Preventative Medicine.不同生物学维度基因组发现生物标标记物转录蛋白组表观基因组细胞水平代谢水平交叉学科

20、，前沿领域。高山峰代表突变频率高基因山峰（mountains)，是癌症发生发展的驱动者 （driver),矮山峰代表突变频率低的基因小丘(hills)对11例人结直肠癌和11例乳腺癌基因组的景观分析 分析了20,857 转录子（18,191 基因）：结直肠癌：PI3K 生物途径，四个常见突变基因（APC、KRAS、TP53、PIK3CA），两个蛋白相互作用网络(CDS1和PKNOX1)。乳腺癌：NFB生物途径，四个常见突变基因（TP53、PIK3CA、ATP8B1、AIM1），两个蛋白相互作用网络(PRODH 和ERCC6) P53P53PI3KPI3KWood, et al. Science

21、 Vol. 318. pp. 1108-1113, 2007 标志物发现大肠癌（红色）；乳腺癌（蓝色）；数字代表病例数标志物发现Wood, et al. Science Vol. 318. pp. 1108-1113, 2007 每一种肿瘤具有独特组合的突变基因280个基因涉及约15个通路（Pathway）约9%基因突变，大部分为Passenger 少数为driver4. Pathway而不是单个基因是个体化治疗的基础Wood, et al. Science Vol. 318. pp. 1108-1113, 2007 验证和证明阶段已成为标志物开发的瓶颈。 Rifai N, Gillette

22、MA, Carr SA:, 2006, 24(8):971-983. 3, 肿瘤标志物的发现及验证研究 基因组学在结直肠癌研究的应用N: 正常上皮A: 腺瘤T: 腺癌Clinical InformationShen XX, male, 66y Bleeding stool for 3 months Negative family cancer historyPathology : (G): upper rectum, size 3 X 4cm (M): moderately differentiated adenocarcinoma, invading to serosal membraneS

23、taging: Grade II B Mountains are Driver, Hills are PassengerThe genomic landscapes of human breast and colorectal cancersP53P53PI3KPI3KWood, et al. Science Vol. 318. pp. 1108-1113, 2007 Timothy.J.Ley; et al. Nature 456,6,20082,502,465,226 aligned sequences 1,456 new coding non-synonymous SNVMix vari

24、ants (Binomial mixture model)Removal of pseudogene and HLA sequences1,178 new coding non-synonymous SNVMix variants 437 positions as non-synonymous coding variantsRe-sequence of the tumour DNAand normal lymphocyte DNA405 new germline alleles32 as non-synonymouscoding somatic point mutationsPopulatio

25、n frequency of the somatic mutation positions for PALB2, ERBB2,USP28, CDC6, CHD3, HAUS3 SP1, KIAA1468 and DLG4 in a further 192 breast cancersExamination of somatic non-synonymous codingsequence mutations present at diagnosis 9 years earlierThe information transferred from the nucleargenome to prote

26、insalternative splicingbiased allelic expressionRNA editing3,122 candidate edits in 1,637 gene loci526 non-synonymous changes, 232 synonymous changes75 editing events in 12 gene loci from the lobular metastasis (Sanger sequencing)Two genes, COG3 and SRP9, showedconfirmed high frequency non-synonymou

27、s transcript editing,resulting in variant protein sequences验证和证明阶段已成为标志物开发的瓶颈。 Rifai N, Gillette MA, Carr SA:, 2006, 24(8):971-983.希望解决的临床困惑 肿瘤的异质性 vs 个体化医疗 个体化辅助治疗的选择生物分子靶向治疗 分子生物标记物预后分析4,I 期 T1-T2早期远处扩散术后18年局部复发术前化疗肿块消失,一年后扩散带瘤“长期”生存乳癌生物特性“捉摸不定”内因：激素相关、遗传等外因: .交叉作用病理类型部位髓样癌甲状腺 vs 乳腺粘液癌胃 肠 vs 乳腺髓样癌

28、粘液癌 临床要求 警预 预测预后: 转移 复发 浸润 治疗选择: 个体化综合治疗 分子靶向治疗 生存率 .预测化疗敏感性同样组织学表型、同样临床特征的患者给予同样的方案化疗，转归截然不同 WHY ?相同的病理诊断 临床表型相同的治疗不同的效果及预后Clinic Problems挑战机遇Genomics strategiesIndividualized/Personalized medicineMulti-discipline treatmentGenomics Classification & StagingSurgeryRadiationChemotherapyImmunotherapyBi

29、ological TherapyMolecularTargeted TherapyPalliative Therapy恶性肿瘤是一种全身性疾病，需要多学科参与的综合治疗 ！肿瘤分子分型的重要性 筛选高危患者进行治疗，减少“陪练” 预测化疗敏感性 选择有效患者进行靶向治疗，节约治疗费用 筛选出不适合的患者，避免致命的毒副反应希望解决的临床困惑 肿瘤的异质性 vs 个体化医疗 个体化辅助治疗的选择生物分子靶向治疗 分子生物标记物预后分析4,手术化疗（辅助）放疗分子靶向治疗生物治疗免疫治疗IV局部治疗?全身治疗大肠癌分期与生存情况5年生存率63.4%TNM分期:期（T1-2N0M0） 93.2% A

30、期（T3N0M0） 84.7% B期（T4N0M0） 72.2% A期（T1-2N1(1-3)M0）83.4% B期（T3-4N1M0） 64.1% C期（TanyN2(4) M0）44.3% 期 （TanyNanyM1） 8.1%期（Dukes B）：需个体化考虑 清扫的淋巴结数目（12个） T4（侵犯其他器官或穿破脏层腹膜） 术前穿孔或/和肠梗阻 淋巴管/血管侵润 分化差 *患者强烈要求 *需考虑其他合并症和预期寿命不良因素 临床表型危险因素分子表型危险因素乳腺癌个体化辅助治疗 Tumor pT1-3 低复发风险 (18) pN0/pN1mi(31) 伴不良因素* 不良因素: 脉管浸润 核

31、分裂像多 组织学分级高 Adj EndoAdj Endo+/-Adj ChxAdj Endo+Adj Chx乳腺癌预防性手术治疗乳癌高危人群：一、BRAC1、BRAC2突变或缺失者:50-85%乳癌 BRAC1突变 1/500， BRAC2突变 1/800 Ashkeuaz Jewish 1/40二、局部放疗 小叶癌或不典型增生 内分泌因素Brac1及/或Brac2突变妇女：I 7例预防性双乳切除，随访3.01.5年II 63例，随访2.91.4年 II组中8例发生乳癌，p=0.003。预防性切除可降低3年随访乳癌发生。荷兰： Meijers-Heijboer 等BRCA1突变与化疗BRCA1

32、突变AT方案9/15例 PR/CR非AT方案(MF, MFP, AC, FAC)29/29例 PR/CRBRCA1无突变AT方案12/12例 PR/CRByrski, et al. Breast Cancer Treat 2007, April乳癌：基因表达谱与激活通路及个体化治疗早期乳癌964例辅助化疗（试验组573例，验证组391例）临床病理模型分为：A 低危组：激活通路（Src、Myc、-catenin）B 中危组：激活通路（TNF、Src、Ras、-catenin）C 高危组：激活通路（IGS、WH、CIH、Myc）生存期：A C 19个月B C 16个月P63 mth. RR：93%

33、Mean survival=8.3mth.=44.9 mth.RR：74%Various curative effects by various Race makes difference一A gift for the Asian from God HongZhang, FrancisBurrows. J Mol Med (2004)82:488499Ras 好像分子开关，正常时能控制调控细胞生长的路径；发生突变时，则导致细胞持续生长，并阻止细胞自我毁灭。易瑞沙 16,000/m特罗凯 20,000/m格列卫 25,000/m索拉非尼 50,000/m索坦 50,000/m爱必妥 80,000-90,000/m赫赛汀 25,000/m美罗华 25,000/m小分子单靶点酪氨酸激酶抑制剂小分子多靶点酪氨酸激酶抑制剂单克隆抗体分子靶向药物带来沉重的经济负担！希望解决的临床困惑 肿瘤的异质性 vs 个体化医疗 个体化辅助治疗的选择生物分子靶向治疗 分子生物标记物预后分析4,预后分析131 CRC （:23，:43，