遗传变异与肿瘤防治

基因组遗传变异与肿瘤防治

中国医学科学院肿瘤医院分子肿瘤学国家重点实验室病因及癌变研究室lindx@大多数复杂性疾病是由环境因素直接作用或通过表遗传修饰引起遗传因素通过直接作用或与环境及表遗传因素交互作用承担重要角色常见复杂性疾病的病因学复杂性疾病遗传因素表遗传因素环境因素基因组研究及其结果在疾病防治中的应用鉴定与疾病或治疗疗效相关的基因/遗传变异基因遗传变异功能分析遗传结构检测致病机制治疗靶点生物标志早期诊断个体化医疗和预防预后预防优化治疗4目前对恶性肿瘤发生的病因学认识环境因素作用自发性肿瘤(~15%)纯遗传因素引起(~12%)纯环境因素引起(~3%)基因-环境交互作用引起(~70%)++遗传因素作用遗传因素环境因素肿瘤病因学研究的关键问题化学因素

生物因素

物理因素哪些遗传因素？哪些与环境危险因素交互作用？只有全面阐明肿瘤病因，才能有效推动肿瘤的个体化防治5疾病状态GeneticriskfactorsGeneticprotectivefactorsEnvironmentalriskfactors发病年龄严重程度临床症状可被检测难以检测Environmentalprotectivefactors序列变异(0.08%)

●单核苷酸多态(SNP,群体中频率1%的突变)结构变异(0.12%)●

2~1,000bp:插入/缺失,倒位,微卫星,重复,串联重复等●

1kb~超微观:拷贝数变异,节段重复,微缺失,微易位等●

微观~次染色体:染色体丢失,染色体插入,染色体易位●

整个染色体~全基因组:染色体之间易位,异倍体,等人类个体之间的遗传变异8影响基因的转录影响基因产物蛋白的功能影响mRNA剪切和/或稳定性影响microRNA结合和/或mRNA翻译SNP对基因功能的影响9全基因组关联研究(GWAS)用高通量方法(如生物芯片)筛查大样本量病例和对照的遗传标志(如SNP和CNP)比较病例与对照之间遗传标志(SNP或CNP)频率的差异对有显著差异(P10-7)的遗传标志进行大样本量的独立验证进行精细定位和功能研究Welteretal.NAR20142005-1013年发表的GWAS、性状以及SNP-性状关联的数量NumberofStudies/TraitsNumberofSNP-TraitAssociation02004006008001000120014001600180020002000400060008000100001200014000160000200520062007200820092010201120122013NHGRIGWACatalog/GWAStudieswww.ebi.ac.uk/fgpt/gwas/PublishedGenome-WideAssociationsthrough12/2013PublishedGWAatp≤5X10-8for17traitcategories近20年本实验室在肿瘤遗传学领域研究产出情况200620072008200920102011201220132014

（/citations）论文被他人引用次数论文被他人引用年度分布我们主导和参与的肿瘤全基因组关联研究

食管鳞癌：NatGenet2011,2012,

2013,2014胰腺癌：NatGenet2012喉癌：NatGenet2014

胃癌：NatGenet2011淋巴瘤：NatGenet2013肺癌：NatGenet2011,2012女性肺癌：NatGenet2012肝癌：NatGenet2010,2012子宫颈癌：NatGenet2013Impactfactor:35.209(2013)发现14个染色体区域，16个易感基因或位点我国食管鳞状细胞癌的GWAS结果Wuetal,NatGenet2011;2012;2014全基因组筛查2013病例/2044对照多中心验证8092病例/8620对照3个GWAS联合分析5346病例/5788对照2个中心验证9654病例/10058对照14易感基因携带者不吸烟不饮酒可有效预防食管癌3.3倍变异基因型+吸烟风险高~2.5倍变异基因型+饮酒风险高3.3倍遗传变异与吸烟/饮酒交互作用增加食管癌风险Wuetal,NatGenet2011;2012饮酒和吸烟是上呼吸消化道肿瘤最重要的危险因素三个中国人群食管鳞癌GWAS的联合分析Beijingscan:Wuetal,NatGenet2011Henanscan:Wangetal,NatGenet2010NCIscan:Abnetetal,NatGenet201016联合分析又发现两个新的食管癌易感位点5q31.2:rs7447927isasynonymousSNPinTEME173,encodingtransmembraneprotein173.17P13.1:rs1642764isanintronicSNPlocatedinATP1B2,encodingATPase,Na+/K+transporting,b2polypeptide,whichwasjusttelomerictoP53gene.发现太行山高发区人群食管癌易感性与HLA关联2014;46:1001-1006结果提示高发区人群的食管癌可能与某种感染相关易感基因加吸烟和饮酒等危险因素构建的模型可鉴别70.7%食管癌患者食管癌风险预测模型20787个>45岁的汉族人(10123病例10664对照)吸烟饮酒年龄性别14个易感基因或位点基因-环境交互作用4个预测模型的ROC曲线图

运用遗传易感标志和环境因素建立食管癌高危人群的风险预测模型Changetal,Carcinogenesis2013肿瘤患者的预后(生存期)存在巨大个体差异。临床常用的年龄、性别、肿瘤分期和淋巴结转移等指标不能完全解释肿瘤患者的预后差异，阻碍了精确治疗。基因遗传变异与食管鳞癌预后关联的研究发现影响预后的分子标志，对个体化治疗，提高患者生存率极为需要21研究对象：长达5年以上随访的3293例食管癌患者研究方法：全基因组筛查，二个研究中心相互验证18q22SLC39A6揭示SLC39A6遗传变异与食管癌患者生存期相关22该遗传变异破坏了转录抑制因子与SLC39A6基因结合，使其表达增高。SLC39A6在食管癌中高表达，加速癌细胞增殖和侵袭，导致患者预后不良。Wuetal.,NatGenet2013;45:632-63823国际同行对SLC39A6与食管癌预后研究结果的评论影响因子:10.143评论说：SLC39A6可能成为食管癌的预后标志和治疗靶点；SLC39A6是锌转运蛋白，靶向抑制SLC39A6或调节细胞内锌的浓度可能是治疗食管癌的有效方法。24研究对象：II/III食管癌，根治性切除术后预防性放射治疗研究方法：全基因组筛查，独立样本验证，阐明其功能发现KIT基因遗传变异与食管癌放疗敏感性及预后相关25rs11722325A>C变异与食管癌术后放疗生存的关系020406080100020406080100020406080100020406080100120020406080100120020406080100120SurvivalProbabilitySurvivalProbabilitySurvivalProbabilityAAACCCAAACCCAAACCCDiscoverysampleReplicationsampleCombinedsampleP=0.00005P=0.008P=0.00001SurvivalTime(month)SurvivalTime(month)SurvivalTime(month)26rs11722325变异与食管癌生存相关的分层分析寻找相关的基因和功能位点r2=0.77KIT基因rs6554199G>T变异位于KIT基因上游1.6kb，可能是KIT基因调控区rs6554199rs11722375rs6554198r2=1.00SurvivalProbability020406080100020406080100020406080100020406080100120SurvivalTime(month)020406080100120SurvivalTime(month)020406080100120SurvivalTime(month)SurvivalProbabilitySurvivalProbabilityGGGTTTGGGTTTGGGTTTrs6554199G>T变异与食管癌术后放疗生存的关系P=0.0022P=0.0017P=3.6x10-5HR=1.45,95%CI=1.191.78HR=1.72,95%CI=1.212.44HR=1.50,95%CI=1.271.78rs6554198A/G等位基因与核蛋白的相互作用A等位基因和G等位基因序列与核蛋白的结合模式和能力无显著差异ProbeBand1Band1NuclearExtractLane12345678910rs655419899Trs65541989Grs6554199Grs6554199T－－10X100X－－－－－100X－－－－－－－100X10X100Xrs6554199T:5′-ACAGAGACCTTTTGTATTTCAGTTC-3′rs6554199G:5′-ACAGAGACCTTTGGTATTTCAGTTC-3′rs6554199G/T等位基因与核蛋白的相互作用A等位基因和G等位基因序列与核蛋白的结合模式有显著差异Band1Band2Probe与rs6554199位点结合的核蛋白质谱分析结果100705540352510kDa015050100PeptideScore543210NumberofMatches(1e+2)NPM:NucleophosminMarkerG-alleleT-alleleNuclearExtractLane1234567NPMp-NPMSp1Oct-1IRF-8Antibodyrs6554199G5′-ACAGAGACCTTTGGTATTTCAGTTC-3′SuppershiftbandProbeBand1NPM抗体抑制核蛋白与rs6554199G序列结合该结果与质谱分析结果一致，证明与rs6554199G序列结合的核蛋白是NPM，尤其是磷酸化NPM(p-NPM)rs6554199G或T驱动的报告基因活性差异012345KYSE-510KYSE-140GTArbitraryUnits***P>0.01NTNTNTNTNTNTNTNTNTNTACTINKITACTINKITABP<0.001

KIT基因型P<0.001P<0.01食管癌及癌旁中KIT基因表达差异及其与基因型的关系P<0.001KIT基因型KIT表达影响细胞对放疗敏感性1086420OD450Value024487296120Time(h)0Gy-control0Gy-KIT2Gy-control2Gy-KIT4Gy-KIT4Gy-control6Gy-KIT6Gy-control***15036912OD450Value024487296120Time(h)0Gy-control0Gy-KIT2Gy-control2Gy-KIT4Gy-KIT4Gy-control6Gy-KIT6Gy-control****1086420OD450Value024487296120Time(h)0Gy-control0Gy-siRNA2Gy-control2Gy-siRNA4Gy-siRNA4Gy-control6Gy-siRNA6Gy-control**0.010.101.0002468SurvivalFractionControlsiKIT02468ControlKIToverexpressed0.010.101.00SurvivalFractionDose(Gy)Dose(Gy)KYSE-180KYSE-510KYSE-450KYSE-180KYSE-510KITACTINKYSE-180KYSE-510KYSE-450ControlsiKITControlKITControlKITγH2AXACTINKIT24h12h6h2h0hpEZvectorpEZ-KITpEZvectorpEZvectorpEZvectorpEZ-KITpEZ-KITpEZ-KITpEZ-KITpEZvectorTimepostIR(4Gy)0γH2AX/ACTIN0h2h6h12h24hTimepostIR(4Gy)pEZ-vectorpEZ-KITKYSE-510过表达KIT的食管癌细胞放射诱导的DNA损伤显著增加pEZvectorpEZvectorpEZvectorpEZvectorγH2AXACTIN0Gy2Gy4Gy6GyKITpEZ-KITpEZ-KITpEZ-KITpEZ-KITIRDose0Gy2Gy4Gy6GyRadiationDose01.21.5γH2AX/ACTINpEZ-KITpEZ-vector过表达KIT的食管癌细胞放射诱导的DNA损伤显著增加KYSE-5100Gy2Gy4Gy6GypEZ-VectorpEZ-KITγH2AXγH2AXDAPIDAPIMergedMe