基因表達(dá)譜技術(shù)在多發(fā)性骨髓瘤分子分型中的應(yīng)用*

李瑾 綜述 盧緒章 審校

多發(fā)性骨髓瘤是一種具有高度異質(zhì)性的惡性漿細(xì)胞疾病。在過(guò)去的20年中，自體干細(xì)胞移植（autologous stem cell transplant，ASCT）、蛋白酶體抑制劑（proteasome inhibitors，PIs）、免疫調(diào)節(jié)藥物（immunomodulatory agents，IMiDs）及達(dá)雷妥尤單抗（daratumumab，dara）逐漸應(yīng)用于MM 的治療，使得患者的預(yù)后得到了極大的改善，對(duì)于適合行ASCT 的患者其中位生存期可達(dá)8年[1]。然而，有部分極高?；颊卟⒉荒軓哪壳暗闹委熤蝎@益，其預(yù)后仍然很差，總生存期＜2年[2]。同時(shí)，僅10%～15%的患者能達(dá)到預(yù)期的生存[3]，提示MM 的精準(zhǔn)分層及個(gè)體化治療是目前亟需解決的問(wèn)題。

細(xì)胞遺傳學(xué)異常是影響MM 預(yù)后的一大重要因素，隨著現(xiàn)代診療技術(shù)的發(fā)展，特別是全基因組學(xué)的發(fā)展，在分子水平對(duì)疾病進(jìn)行分型，使得骨髓瘤患者的個(gè)體化治療成為可能[4]。目前，針對(duì)全基因組的大數(shù)據(jù)分析主要采用2 種方法：基于芯片技術(shù)的基因表達(dá)譜分析和基于二代測(cè)序技術(shù)的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNAsequencing，RNA-seq）分析[5]?；虮磉_(dá)譜分析是在CD138 陽(yáng)性細(xì)胞分選的基礎(chǔ)上進(jìn)行的mRNA 轉(zhuǎn)錄組分析。這一分析過(guò)程的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于微陣列技術(shù)的應(yīng)用。微陣列技術(shù)于1996年首次用于腫瘤的研究[6]，其原理是將特定的DNA 樣本（一般是cDNA 或寡核苷酸）密集排列在硅片、玻片等固體支持物上，然后與熒光標(biāo)記或放射性標(biāo)記的樣本進(jìn)行雜交，由特定的掃描儀檢測(cè)雜交信號(hào)強(qiáng)度，獲取圖像信息。細(xì)胞的不同周期、疾病的不同階段和不同的誘導(dǎo)治療，細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)（即mRNA）均不同，而基因表達(dá)譜描述的正是不同狀態(tài)下基因表達(dá)的豐度信息。通過(guò)生物信息分析判斷實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組之間表達(dá)是否存在差異，將某個(gè)基因或某幾個(gè)基因與疾病表型相聯(lián)系，進(jìn)一步研制相關(guān)靶點(diǎn)藥物，開(kāi)展臨床試驗(yàn)。或者分析某組基因集與預(yù)后關(guān)系，從全基因組層面建立精準(zhǔn)的分子分型。本文旨在闡述常見(jiàn)的基于基因表達(dá)譜建立的臨床預(yù)后模型，為MM 分子分型研究進(jìn)展提供新思路。

1 TC 分型

有50%的MM 存在IgH 易位，最常涉及的5 組染色體位點(diǎn)和基因分別是：11q13（cyclin D1）、4p16(FGFR3/MMSET）、6p21（cyclin D3 ）、16q23（cmaf）和20q11（mafB）[7]。Hideshima 等[8]采取基因表達(dá)譜分析，根據(jù)IgH 易位和cyclin D（CCND）表達(dá)情況最先提出了TC（translocation/cyclin D）分型，將MM 分為5 組，見(jiàn)表1。檢測(cè)的指標(biāo)較為簡(jiǎn)單，通過(guò)常規(guī)的FISH 檢測(cè)即可對(duì)患者做出分型。雖然4p16、16q23 和20q11 并不直接涉及CCND 基因，但其易位與高水平的CCND2 表達(dá)有關(guān)。同時(shí)Bergsagel 等[9]發(fā)現(xiàn)有1/3 的MM 在無(wú)t（11,14）的情況下也會(huì)異常表達(dá)CCND1，這可能與腫瘤細(xì)胞和骨髓基質(zhì)的相互作用有關(guān)。隨后進(jìn)一步提出TC8 組分型[10]，見(jiàn)表2。在對(duì)單克隆免疫球蛋白血癥（monoclonal gammopathy of undetermined significance，MGUS）樣本進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)CCND 的表達(dá)模式與MM 樣本高度相似，提示CCND 表達(dá)失調(diào)可能是起源于MGUS 的早期事件。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)TC8 組分型與臨床表型也有著緊密聯(lián)系，尤其是溶骨性病變。但TC 分型也有其局限性，主要在于過(guò)分強(qiáng)調(diào)CCND 及IgH 易位帶來(lái)的遺傳學(xué)改變，忽視了超二倍體核型在MM 遺傳學(xué)異常中也占據(jù)了相當(dāng)大的比重。盡管各組均檢測(cè)到細(xì)胞周期蛋白表達(dá)失調(diào)，但并非在所有組中都存在相關(guān)基因的表達(dá)失調(diào)，因此無(wú)法在遺傳學(xué)層面解釋疾病生物學(xué)表型與基因表達(dá)調(diào)控存在的差異。同時(shí)在轉(zhuǎn)基因小鼠中發(fā)現(xiàn)，B 細(xì)胞高表達(dá)轉(zhuǎn)基因CCND 并不會(huì)干擾正常的B 細(xì)胞增殖發(fā)育或?qū)е履[瘤[11]，故CCND 是否為啟動(dòng)惡性漿細(xì)胞疾病的始動(dòng)因素并未深入研究。研究表明[12]，CCND 表達(dá)失調(diào)幾乎是所有腫瘤的一個(gè)共同特征，并非MM 所獨(dú)有，故TC 分型僅在一定程度上預(yù)測(cè)了患者的預(yù)后，而難以解釋其分型背后骨髓瘤復(fù)雜的生物學(xué)機(jī)制。

表1 多發(fā)性骨髓瘤TC 五組分型

表2 多發(fā)性骨髓瘤的TC8 組分型

2 阿肯色大學(xué)醫(yī)學(xué)院分型

2006年在美國(guó)阿肯色大學(xué)醫(yī)學(xué)院（UAMS），Zhan 等[13]通過(guò)非監(jiān)督聚類(lèi)的方法分析414 例新診斷MM（newly diagnosed MM，NDMM）患者的CD138陽(yáng)性漿細(xì)胞mRNA 表達(dá)譜，定義了7 組骨髓瘤分子亞型，即：PR（proliferation）組、LB（low bone）組、MS（MMSET/FGFR3）組、HY（hyperdiploidy）組、CD-1（cyclin D1）組、CD-2（cyclin D2）組及MF（MAF/MAFB）組。其中MF 和PR 為最高風(fēng)險(xiǎn)組，MS 為中等風(fēng)險(xiǎn)組，而CD-1、CD-2、LB 和HY 則為低風(fēng)險(xiǎn)組[14]。根據(jù)蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果顯示MF 亞組為NF-κB、RNA聚合酶Ⅱ、26s 蛋白酶體網(wǎng)絡(luò)富集的唯一亞組，而NFκB 是沙利度胺發(fā)揮治療作用的重要靶點(diǎn)[15]，提示MF亞組可能對(duì)沙利度胺治療敏感。雖然CD-1 和CD-2兩組均表達(dá)CCND 但后者以CD20 陽(yáng)性為特征，在治療反應(yīng)及疾病進(jìn)展方面也略有區(qū)別，如CD-1 的發(fā)病速度最快，完全緩解（complete response，CR）率最高，約為90%。而CD-2 的發(fā)病速度最慢，CR 率最低，約為45%[16]。目前，尚未明確這些分子分型的內(nèi)在生物學(xué)機(jī)制。

Shaughnessy 等[17]對(duì)532 例NDMM 患者的腫瘤細(xì)胞進(jìn)行了微陣列分析，發(fā)現(xiàn)有70 個(gè)基因與骨髓瘤患者的早期死亡有關(guān)，同時(shí)將此命名為GEP-70 風(fēng)險(xiǎn)模型，而GEP-70 定義的高?；颊咧形豢偵嫫冢╩edian overall survival，mOS）僅為24 個(gè)月。該模型中有30%的基因定位于1 號(hào)染色體，大多數(shù)上調(diào)基因位于1q，而下調(diào)基因位于1p。GEP-70 的重要發(fā)現(xiàn)是指出1 號(hào)染色體相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控可能與疾病進(jìn)展及臨床預(yù)后有關(guān)，隨著近年來(lái)對(duì)1 號(hào)染色體尤其是1q21 擴(kuò)增的深入研究，發(fā)現(xiàn)1q21 上存在多個(gè)與腫瘤增殖和耐藥相關(guān)基因，其表達(dá)上調(diào)往往提示患者預(yù)后較差，如CKS1B、PSMD4 和MCL1 等[18]。梅奧更新的風(fēng)險(xiǎn)分層中更是將gain（1q）納入高危遺傳學(xué)因素[1]。近期，Mohan 等[19]對(duì)81 例復(fù)發(fā)難治性MM（relapsed/refractory MM，RRMM）患者進(jìn)行GEP-70 評(píng)分，顯示在dara 治療后GEP-70 高?；颊咧形粺o(wú)進(jìn)展生存期（median progression-free survival，mPFS）為0.5年，總生存期（overall survival，OS）為0.9年。提示GEP-70可以用于預(yù)測(cè)dara 治療后RRMM 患者的預(yù)后。同時(shí)，Mohan 等[20]研究還發(fā)現(xiàn)，在接受TT5（total therapy 5）臨床試驗(yàn)治療的GEP-70 高?；颊吖窃俚V化的概率顯著升高，而骨再礦化則與患者骨骼相關(guān)事件（skeletal-related events，SRE）的發(fā)生率及生存質(zhì)量相關(guān)。該發(fā)現(xiàn)提示在TT5 治療模式下可以通過(guò)GEP-70 分型預(yù)知部分患者的骨礦化的發(fā)生率，提前采取干預(yù)，減少SRE 的發(fā)生率，改善患者生存質(zhì)量。

隨著研究深入，Shaughnessy 等[21]在2011年進(jìn)一步提出了GEP-80 風(fēng)險(xiǎn)模型，選擇TT3A、TT3B（total therapy 3A、3B）治療模式，兩種模式均包含硼替佐米在內(nèi)?；颊咴诮o藥前、后48 h 分別進(jìn)行GEP 檢測(cè)，在TT3A 隊(duì)列中發(fā)現(xiàn)80 個(gè)與生存相關(guān)的差異表達(dá)基因，同樣的結(jié)論在TT3B 隊(duì)列中得到驗(yàn)證。但在TT2（total therapy 2）治療模式下，GEP80 模型并不能在GEP70 高危隊(duì)列中對(duì)患者做出區(qū)分。同時(shí)2 個(gè)模型重疊基因較少，僅3 個(gè)基因，其中較為有意義的基因?yàn)镻SMD4，位于染色體1q21 上，對(duì)拷貝數(shù)高度敏感，其表達(dá)水平的增加與臨床治療效果較差有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，PSMD4 能抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，提示PSMD4 在腫瘤演變過(guò)程具有重要作用[22]。

3 IFM-15

2008年，法國(guó)骨髓瘤工作組（the Intergroupe Francophone du Mye'lome，IFM）通過(guò)單通道cDNA微陣列技術(shù)得到250 例新診斷患者的基因表達(dá)譜，使用監(jiān)督聚類(lèi)方法篩選出15 個(gè)與生存相關(guān)基因，建立IFM-15 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分[23]。其中高危組以細(xì)胞周期相關(guān)基因過(guò)表達(dá)為特點(diǎn)，低危組以超二倍體為特點(diǎn)。研究者認(rèn)為由于高危組細(xì)胞周期檢查點(diǎn)活性被干擾，使骨髓瘤細(xì)胞維持輕度的染色體不穩(wěn)定性，進(jìn)而促進(jìn)了腫瘤的發(fā)生和耐藥,為骨髓瘤耐藥的研究提供新的思路。近期提出了骨髓瘤干細(xì)胞（MM stem-like cells，MMSCs）的概念，認(rèn)為MMSCs 是一種罕見(jiàn)的骨髓瘤細(xì)胞，具有耐藥性和自行更新能力，被認(rèn)為可導(dǎo)致骨髓瘤復(fù)發(fā)[24]。有研究分析MMSCs 基因表達(dá)譜，選擇5 個(gè)基因即ROCK1、GSK3B、BRAF、MAPK1 和MAPK14 構(gòu)建骨髓瘤側(cè)群細(xì)胞（MM side population 5，MMSP5）預(yù)后模型，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在復(fù)發(fā)患者中這些基因表達(dá)水平顯著升高[25]。對(duì)于IFM-15低?；颊?年OS率為90.5%，而高?；颊邉t為47.4%。但是，IFM-15 模型在UAMS 的TT2（P=0.26）、TT3（P=0.97）治療模式下均不能識(shí)別出疾病早期死亡的患者。而UAMS-17 模型可以識(shí)別出注冊(cè)在IFM 試驗(yàn)中的高?；颊?。由此可見(jiàn)，在預(yù)測(cè)預(yù)后方面IFM-15 稍遜色于UAMS 模型。

4 EMC-92

Kuiper 等[26]使用注冊(cè)在HOVON65/GMMGHD4 試驗(yàn)中290 例NDMM 患者的GEP 作為訓(xùn)練集，通過(guò)監(jiān)督聚類(lèi)方法構(gòu)建EMC-92 基因模型。并在在TT2、TT3、MRC-IX 和APEX 數(shù)據(jù)集中進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示，EMC-92 均可以識(shí)別出高?；颊?。其中MRC-IX、TT2 數(shù)據(jù)集中包括以沙利度胺為基礎(chǔ)治療的患者，APEX、TT3 數(shù)據(jù)集中包括以硼替佐米為基礎(chǔ)治療的患者，同時(shí)APEX 還納入RRMM 患者。提示EMC-92 不受治療方案干擾，在不同治療模式和疾病不同狀態(tài)下均顯示出強(qiáng)大的獨(dú)立預(yù)測(cè)能力。相比IFM-15 在獨(dú)立數(shù)據(jù)集，如MRC-IX 和TT3，卻并沒(méi)有顯示出獨(dú)立預(yù)測(cè)的能力。隨后研究者將GEP 分型與ISS 分期相結(jié)合，構(gòu)成EMC-92+ISS 預(yù)后模型。最高危組預(yù)后最差，mOS 為24 個(gè)月。EMC-92 分型納入多個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)集，建立了復(fù)雜全面的預(yù)后模型，使得其顯著優(yōu)于其他分子分型。最近有報(bào)道顯示，GEP 比FISH 識(shí)別出更多高危患者，同時(shí)還能識(shí)別出早期復(fù)發(fā)的高?；颊遊27]。

5 其他分型

5.1 IMiD-14 評(píng)分

IMiDs 為治療MM 的一線用藥[28]，然而不同個(gè)體對(duì)藥物反應(yīng)有所不同。對(duì)此，Bhutani 等[29]提出IMiD-14 評(píng)分模型，該模型通過(guò)采集使用IMiDs 前后患者的GEP，篩選出14 個(gè)與患者無(wú)進(jìn)展生存期（progression-free survival，PFS）高度相關(guān)的基因，結(jié)合這14 個(gè)基因，建立IMiD-14 評(píng)分。評(píng)分高于截止值（cutoff 值）的亞組被認(rèn)為對(duì)IMiDs 耐藥。在訓(xùn)練集中IMiD-14 high 組的3年P(guān)FS 率為52%，而IMiD-14 low 組為85%。IMiD-14 模型在TT3a、TT3b、TT6 和HOVON65/GMMG-HD4 臨床試驗(yàn)的VAD 組中進(jìn)行驗(yàn)證，得到同樣的結(jié)論。值得注意的是，在訓(xùn)練集中的患者還接受了除IMiDs 以外的其他抗骨髓瘤藥物，如地塞米松、阿霉素和高劑量馬法蘭。因此，難以精準(zhǔn)地區(qū)分出單個(gè)藥物的作用。

5.2 MCL-1 共表達(dá)模型

Samo 等[30]根據(jù)MCL1-M 內(nèi)基因集的表達(dá)水平分為MCL1-M 高危組和MCL1-M 低危組。將該分型用于不同治療方案下的患者，發(fā)現(xiàn)MCL1-M 可以預(yù)測(cè)患者對(duì)硼替佐米治療的反應(yīng)。在GSE19784 數(shù)據(jù)集中分析兩組患者預(yù)后，結(jié)果顯示高危組OS 顯著低于低危組。在高危組內(nèi)進(jìn)一步比較VAD（長(zhǎng)春新堿、阿霉素和地塞米松）方案和 PAD（硼替佐米、阿霉素和地塞米松）方案，顯示含硼替佐米的方案顯著提高了高危組患者的PFS（mPFS 19 個(gè)月vs.27 個(gè)月；HR=1.58；P=0.02），而在低危組中，PAD 和VAD 治療方案的PFS 與OS 并無(wú)顯著性差異。上述研究結(jié)果均提示高危組患者雖然預(yù)后相對(duì)較差，但可以從PAD 治療方案中獲益，而低危組患者在保證治療效果不變的情況下面臨更多治療方案的選擇。目前，已有研究表明硼替佐米與MCL-1 抑制劑分別間接和直接地抑制了MCL-1 表達(dá)，發(fā)揮抗骨髓瘤效應(yīng)[31]。但由于缺乏大量臨床樣本，MCL1-M 對(duì)硼替佐米治療反應(yīng)的預(yù)測(cè)是否可以用于其他治療模式下患者的生存，還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

6 結(jié)語(yǔ)與展望

MM 作為一種異質(zhì)性較強(qiáng)的疾病，不應(yīng)采用單一的治療模式，個(gè)體化治療已成為目前的研究熱點(diǎn)。而這一過(guò)程依賴(lài)于對(duì)MM 患者進(jìn)行精準(zhǔn)分層，并提出具有治療指導(dǎo)意義的分層管理。GEP 技術(shù)的發(fā)展為尋找MM 潛在的致病基因和預(yù)測(cè)耐藥性提供了平臺(tái)。但GEP 在臨床實(shí)際應(yīng)用方面仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。雖然已有多個(gè)臨床預(yù)后模型，但各個(gè)模型之間重疊基因較少，并且缺乏統(tǒng)一的共識(shí)，是否可以將其普遍用于所有患者還亟需驗(yàn)證。且多數(shù)GEP 數(shù)據(jù)是在特定治療背景，以及疾病的某個(gè)進(jìn)程中產(chǎn)生，缺乏含有完整風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)及臨床參數(shù)的GEP 數(shù)據(jù)，但多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的整合以及交叉驗(yàn)證，可以在一定程度上彌補(bǔ)此項(xiàng)不足。隨著計(jì)算機(jī)算法的逐步精進(jìn)以及精準(zhǔn)醫(yī)療的飛速發(fā)展，相信在未來(lái)骨髓瘤的分子分層領(lǐng)域，GEP 可以成為強(qiáng)有力的工具。