采用cBiPortal數(shù)據(jù)庫分析消化系統(tǒng)易突變基因 變異在食管癌胃癌中的臨床意義

郝繁運

作者單位：100176 北京，北京艾德摩醫(yī)學檢驗實驗室

在我國，胃癌和食管癌是病死率最高的第三和第四大癌癥，80%的胃癌患者在確診時已處于晚期，據(jù)美國癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas， TCGA）研究，根據(jù)聚類結(jié)果將原發(fā)性胃癌分為4個 亞型，分別為微衛(wèi)星不穩(wěn)定型（microsatellite instability， MSI）、染色體不穩(wěn)定型（chromosome instability，CIN）、 EB病毒感染以及基因組穩(wěn)定型（genomically stable，GS）。其中MSI胃癌常伴有TP53基因突變、酪氨酸激酶受體基因〔如表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）、酪氨酸激酶受體2（V-erb-b2 avian erythroblastic leukemia viral oncogene homolog 2，ERBB2）、成纖維生長因子受體2（fibroblast growth factor receptor 2，F(xiàn)GFR2）等〕擴增，以及KRAS、NRAS、血管內(nèi)皮生長因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）等基因變異［1］。

食管癌的基因改變涉及EGFR、人表皮生長因子受體-2（human epidermal growth factor receptor 2， HER2）、c-MET、PIK3CA、AKT等，美國食品和藥物管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）批準用于食管癌的靶向藥物較少，主要為曲妥珠單抗和雷莫蘆單抗，除曲妥珠單抗外，近10年來食管癌靶向治療的進展令人失望，國際隨機試驗研究了EGFR、MET/hGF、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）、VEGF和FGFR通路相關的基因靶向治療藥物，但均未成功。本研究從cBiPortal網(wǎng)站公開資料中下載TCGA數(shù)據(jù)庫提供的2803例食管癌胃癌患者的2870份樣本的基因表達譜和臨床資料，旨在對食管癌胃癌患者進行基因分析，探討基因突變的規(guī)律和潛在的治療意義，現(xiàn)將結(jié)果報告如下。

1 14項研究的基因突變率

分析cBiPortal數(shù)據(jù)庫中的食管癌胃癌病例，包括14項研究，涉及2803例患者的2870份樣本，以及TP53、ERBB2、PIK3CA、KRAS、EGFR、VEGFA、PTEN、MTOR、MET、KDR、AKT111個基因，2803例 患者中有2218例（占79%）發(fā)生基因突變，2870份 樣本中有2275份（占79%）發(fā)生基因突變，MET、KDR、AKT1的突變率均小于5%。見表1。

表114 項研究中不同癌癥類型的基因突變情況比較

1.1 14項研究基因突變率概況 美國紀念斯隆-凱特琳癌癥中心在2020年進行了一項涉及487例胃癌和食管癌患者樣本的研究，通過MSK-IMPACT基因測序產(chǎn)品對487份樣本的TP53、ERBB2和9個 其他基因正常配對進行靶向測序檢測，其中428份樣本（占88%）的上述11個基因發(fā)生改變。2項研究涉及227份食管鱗狀細胞癌患者樣本，其中165份 樣本（占73%）中的上述11個基因發(fā)生改變。4項研究涉及979例食管胃腺癌患者的1046份樣本，其中792例（占81%）患者的849份（占81%）樣本中上述11個基因發(fā)生改變。2項研究涉及333份食管腺癌患者樣本的TP53、ERBB2和9個其他基因，其中288份（占86%）樣本的上述基因發(fā)生改變。5項研究涉及777份胃腺癌患者樣本，其中545份（占70%）樣本的上述11個基因發(fā)生改變。

1.2 按不同腫瘤分類方式比較cBiPortal數(shù)據(jù)庫中食管癌和胃癌樣本的基因突變 分別按照研究分組和腫瘤類型分組進行比較，可見在14項研究中，各種類型的基因改變均較常見。

1.2.1 按14個癌癥類別比較 14項研究中基因突變率為36.81%～84.09%，每項研究涉及患者都存在基因突變。突變是基因組DNA分子發(fā)生的可遺傳變異，擴增、深度刪除和多重改變僅發(fā)生在7項研究中。擴增和深度刪除的發(fā)生率均較低，前者一般低于10%，后者低于4%。在14項研究中雖然僅有7項出現(xiàn)多重改變，但其發(fā)生頻率較高（25.73%～ 53.85%）。食管腺癌（TCGA，PanCancer Atlas）182例 患者中有95.05%發(fā)生基因改變。見圖1A。食管癌/胃癌（MSK，2020）487例中有87.89%發(fā)生基因改變；轉(zhuǎn)移性食管胃癌（MSKCC，Cancer Discovery 2017） 341例中有86.80%發(fā)生基因改變；食管鱗狀細胞癌（ICGC， Nature 2014）88例中有84.09%發(fā)生基因改變；食管癌（TCGA，Nature 2017）541例中有83.73%發(fā)生基因改變；食管癌-TRAP項目（MSK，Lancet Oncol 2020）63例中有82.54%發(fā)生基因改變；胃腺癌 （TCGA，F(xiàn)irehose Legacy）443例中有77.43%發(fā)生基因改變；食管腺癌（DFCI，Nat Genet 2013）151例中有76.16%發(fā)生基因改變；胃癌（OncoSG，2018）147例中有71.43%發(fā)生基因改變；胃腺癌（Pfizer and UHK，Nat Genet 2014）100例中有70.00%發(fā)生基因改變；胃腺癌（UHK，Nat Genet 2011）22例中有68.18%發(fā)生基因改變；食管鱗狀細胞癌（UCLA，Nat Genet 2014）139例中有65.47%發(fā)生基因改變；胃腺癌（TMUCIH， PNAS 2015）78例中有61.54%發(fā)生基因改變；胃腺癌（U Tokyo，Nat Genet 2014）30例中有40.00%發(fā)生基因改變。

1.2.2 按5個癌癥類別比較 根據(jù)組織來源將研究分為5類，基因突變（30.99%～49.38%）和多重 突變（22.70%～57.89%）的發(fā)生率最高，其次是擴增（2.11%～7.84%）和深度刪除（0%～2.97%）。食管鱗狀細胞癌95例中有97.89%發(fā)生基因改變；食管胃（上皮）癌171例中有97.66%發(fā)生基因改變；食管胃癌1948例中有79.52%發(fā)生基因改變；食管胃腺癌228例中有78.95%發(fā)生基因改變；胃腺癌370例 中有77.30%發(fā)生基因改變。見圖1B。

圖1 cBiPortal數(shù)據(jù)庫中食管癌和胃癌病例的突變種類比較

1.2.3 按11個癌癥類別比較 根據(jù)組織來源和分化程度將研究病例分為較詳細的11類，基因突變（21.43%～60.00%）和多重突變（13.64%～40.00%）的 發(fā)生率最高，其次是擴增（0%～18.75%）和深度刪除（0%～3.75%）。食管低分化癌10例全部發(fā)生基因改變；食管腺癌740例中87.84%發(fā)生基因改變；胃食管交界處腺癌203例中86.70%發(fā)生基因改變；食管鱗狀細胞癌412例中有84.22%發(fā)生基因改變；食管狀胃腺癌80例中有80.00%發(fā)生基因改變；食管胃癌370例中有77.30%發(fā)生基因改變；胃腺癌 702例中有75.93%發(fā)生基因改變；食管胃腺癌179例 中有74.86%發(fā)生基因改變；彌漫型胃腺癌72例中有65.28%發(fā)生基因改變；黏液性胃腺癌22例中有 59.09%發(fā)生基因改變；胃印戒細胞癌14例中有57.14%發(fā)生基因改變。見圖1C。

2 14項研究的基因突變互斥關系

2.1 食管癌胃癌基因突變的互斥關系 從cBiPortal數(shù)據(jù)庫中下載的14項研究中11個基因可以有55對 基因排列組合，通過分析，共有14對基因組合具有基因突變的共現(xiàn)性或互斥性趨勢且有統(tǒng)計學意義，其中有13對基因表現(xiàn)出共現(xiàn)性趨勢，僅有1對基因（TP53和PTEN）呈現(xiàn)出互斥性趨勢?？梢娀虻墓铂F(xiàn)性趨勢比較普遍，互斥性出現(xiàn)較少，在表現(xiàn)出互斥性趨勢（P＜0.01，q＜0.01）的1對基因TP53和PTEN中出現(xiàn)共現(xiàn)性的概率只有4.0%。

2.2 本研究涉及基因突變的互斥關系 據(jù)文獻報道，在cBioPortal網(wǎng)站中下載TCGA數(shù)據(jù)庫中提供的1642例肺癌患者2332份樣本的基因表達譜和臨床資料信息并進行分析，采用cBioPortal工具進行突變及生存分析，在8個基因組成的28個可能的基因配對組合中有4對基因出現(xiàn)互斥性趨勢，尤以EGFR和KRAS基因存在較顯著的互斥關系。可見胃癌與食管癌的基因互斥關系相較于肺癌并不常 見［2］。見表2。

3 基因變異與未變異患者的生存時間比較

3.1 基因變異與未變異患者總體生存時間比較 在罹患不同食管癌胃癌的患者中，變異組1550例 患者，未變異組333例患者，變異組患者數(shù)是未變異組的約4.7倍，由此可見，基因突變?nèi)巳嚎赡芨菀最净际彻馨┖臀赴?。從生存曲線形態(tài)對比來看，所調(diào)查基因變異與未變異患者的生存時間曲線高度重合，表明基因變異與未變異患者的生存月數(shù)中位數(shù)比較差異無統(tǒng)計學意義。兩組的中位生存期均為31周，變異組中生存期超過70周的患者個案更多， 兩組觀察對象絕對數(shù)量差異較大，變異組的生存率更高，生存期較長的患者數(shù)量更多，這可能是由于基因突變可以找到合適的靶向藥物治療，從而延長患者的生存期。變異組中生存期最長的患者（患者ID：pfg017T，男性，確診時63歲，胃腺癌）最后觀察期為184個月仍健在；在未變異組中生存期最長的患者（患者ID：pfg003T，女性，確診時65歲，胃腺癌）最后觀察期達146個月仍健在。

表214 項研究中基因突變互斥關系（基因瀑布圖中11個路徑的55對基因）

3.2 不同腫瘤分類患者生存時間比較 將cBiPortal數(shù)據(jù)庫中的食管癌胃癌病例根據(jù)14項研究者上傳的腫瘤進行分類，根據(jù)檢索的11種基因（TP53、ERBB2、PIK3CA、KRAS、EGFR、VEGFA、PTEN、MTOR、MET、KDR、AKT1）對患者的總體生存時間的影響進行比較。5類腫瘤的總體中位生存時間分別為食管癌/胃癌變異組32.0個月，未變異組28.0個月；食管鱗狀細胞癌變異組39.9個月，未變異組無數(shù)據(jù)；食管胃腺癌變異組31.6個月，未變異組31.0個月；食管腺癌變異組25.8個月，未變異組 83.2個月；胃腺癌變異組29.0個月，未變異組28.6個 月。其中食管鱗狀細胞癌患者的中位生存時間最長， 其次為食管癌/胃癌、食管胃腺癌和胃腺癌；食管腺癌變異組的中位生存時間最短，未變異組高達83.2個月，但未變異組病例數(shù)太少（9例），因此于相較于變異組的173例患者數(shù)，不具有可比性。除食管腺癌變異組與未變異組的生存率差異較大外，其他食管癌胃癌類別的患者中位生存時間為1～4個月，比較差異并不明顯。與文獻所述的4種肺癌關于基因變異組和未變異組中位生存時間差別較大有明顯不同［2］。

4 基因變異與未變異患者的腫瘤TNM分期情況

根據(jù)1987年國際抗癌聯(lián)盟（Union for International Cancer Control，UICC）與美國癌癥聯(lián)合會（American Joint Committee on Cancer，AJCC）聯(lián)合發(fā)布的惡性腫瘤TNM分期標準，對處于各臨床腫瘤TNM分期基因變異和未變異患者的生存狀況進行分析，由圖2 可見，基因變異組的樣本數(shù)（472份）明顯高于未變異組（104例），可見基因改變可能是食管癌胃癌發(fā)病的重要誘發(fā)因素。基因變異組中STAGEⅡA分期患者78例（占16.53%），其次是STAGEⅢA期患者 76例（占16.10%）以及STAGEⅡB期患者73例（占15.47%）；基因未變異組的最高生存病例數(shù)分期為STAGEⅢB期患者20例（占19.23%）。無論基因變異組還是未變異組，絕大多數(shù)病例在臨床確診時一般已發(fā)展到中后期（Ⅱ～Ⅳ期）。本項研究中未變異組Ⅱ～Ⅳ期病例占86.8%（90/104）；變異組Ⅱ～Ⅳ期 病例占86.7%（409/472）。見表3。

表3 食管癌胃癌臨床腫瘤TNM分期各階段樣本分布

圖2 突變組和未突變組食管癌和胃癌TNM分期各階段分布情況

5 與本研究涉及基因關聯(lián)的其他高頻突變基因

本研究采用cBiPortal數(shù)據(jù)庫對14項研究中的食管癌胃癌病例進行檢索，在對檢索的11種基因（TP53、ERBB2、PIK3CA、KRAS、EGFR、VEGFA、PTEN、MTOR、MET、KDR、AKT1）進行研究的基礎上，將變異組和未變異組關聯(lián)的高頻率突變基因改變情況按腫瘤分類數(shù)據(jù)進行簡單梳理。見圖3。

圖3 其他高頻突變基因的突變頻率比較

5.1 胃腺癌的基因突變頻率 根據(jù)數(shù)據(jù)分析，其他高頻突變基因中以胃腺癌的基因改變頻率最高，RNU1-57P、RNU2-68P、RNU6-1015P、RNU6-114P、RNU6-146P、RNU6-493P、RNU6-504P、RNU6-555P、 RNU6-854P、RNU6-974P的基因變異組突變頻率均為76.19%，所有未變異組的突變頻率均為66.67%，這可能表明胃腺癌患者的上述基因突變具有高度的一致性，這與其他幾種食管癌胃癌患者的基因突變情況完全不同。

5.2 食管/胃癌的基因突變頻率 MDM2*變異組4.67%，未變異組28.81%；CDKN2A變異組25.00%，未變異組27.12%；CDKN2B變異組7.01%，未變異組22.03%；ATM變異組4.21%，未變異組15.25%；CDK12* 變異組14.95%，未變異組0%；ARID1A變異組14.49%，未變異組10.17%；SMAD4變異組13.79%，未變異組8.47%；RARA變異組13.08%，未變異組0%；CCND1變異組8.88%，未變異組11.86%；CCNE1 變異組10.98%，未變異組6.78%。表明MDM2*、CDKN2A、CDKN2B、ATM、CCND1基因在未變異組的突變率均高于變異組；CDK12*、ARID1A、SMAD4、RARA、CCNE1基因在變異組中的突變頻率均高于未變異組。

5.3 食管鱗狀細胞癌的基因突變頻率 TTN的突變率最高，明顯高于其他基因（變異組34.55%，未變異組30.65%）。其他高頻突變基因：KMT2D變異組15.76%，未變異組6.25%；MUC16變異組15.15%，未變異組11.29%；FAT1變異組7.88%，未變異組14.58%；SYNE1變異組10.91%，未變異組14.58%；RYR3變異組0%，未變異組14.29%；FSHR變異組1.35%，未變異組14.29%；KCNS2變異組1.35%，未變異組14.29%；POSTN變異組1.35%，未變異組14.29%；SCN4A變異組1.35%，未變異組14.29%。表明RYR3、FSHR、KCNS2、POSTN、SCN4A基因在未變異組的變異頻率均明顯高于變異組。食管鱗狀細胞癌是最常見的腫瘤類型，占所有食管癌的近90%，全球發(fā)病率為5.2/100000。在全球范圍內(nèi)，食管鱗狀細胞癌在男性中（69%）比在女性中（31%）更常見，盡管研究者對食管鱗狀細胞癌的分子特征進行了多年研究，但尚未在臨床實踐中引入特定的靶向治療。未來的研究有必要在高分子突變負荷 食管鱗狀細胞癌中引入免疫檢查點抑制劑以及新的分子靶向療法，如EGFR抑制劑和MTOR通路調(diào)節(jié)劑［3］。

5.4 食管胃腺癌的基因突變頻率 TTN*變異組51.18%，未變異組31.78%；LRP1B*變異組31.65%，未變異組13.95%；WWOX*變異組30.91%，未變異組6.82%；以上基因在變異組的突變頻率均明顯高于未變異組。ABCA11P*變異組2.97%，未變異組 36.36%；ANKRD36B*變異組2.97%，未變異組36.36%；ZNF718*變異組2.97%，未變異組36.36%；ZNF876P*變異組2.97%，未變異組36.36%；ZNF595*變異組3.37%，未變異組36.36%；ZNF141*變異組3.56%，未變異組36.36%；ZNF721*變異組5.74%，未變異組36.36%。表明TTN*、LRP1B*、WWOX*基因在變異組的突變頻率均明顯高于未變異組。ABCA11P*、ANKRD36B*、ZNF718*、ZNF876P*、ZNF595*、ZNF141*、ZNF721*基因在未變異組的突變頻率具有高度一致性，均為36.36%，且在變異組的突變頻率均低于6%。胃食管癌包括胃腺癌和近端食管胃交界處腺癌（esophagogastric junction，EGJ），目前在轉(zhuǎn)移性環(huán)境中使用相同的全身方案進行治療，轉(zhuǎn)移性腫瘤患者的總體生存率仍然很低。迄今為止，很少有分子靶向方法被成功納入臨床常規(guī)治療，只有一線抗HER2治療ERBB2擴增和二線抗VEGFR2治療成功地改善了治療結(jié)果。胃食管癌的分子表征已經(jīng)確定了EGFR、FGFR2、MET、PI3K和其他致癌基因、候選生物標志物和免疫腫瘤檢查點中其他相對頻繁的突變和拷貝數(shù)變異，這些突變和拷貝數(shù)變異能作為可操作的治療靶點［4］。

5.5 食管腺癌的基因突變頻率 除了WWOX未變異組的突變頻率高于變異組以外（變異組36.99%，未變異組44.44%），其他基因情況正好相反，在變異組的突變頻率均明顯高于未變異組：TTN變異組48.26%， 未變異組40.00%；CDKN2A-DT*變異組39.88%，未變異組0%；CDKN2B-AS1*變異組39.31%，未變異組0%；PPFIA1變異組39.31%，未變異組11.11%；FADD變異組37.57%，未變異組11.11%；CTTN*變異組36.99%，未變異組0%；FGF3變異組36.99%，未變異組11.11%；CDKN2B*變異組36.42%，未變異 組0%；FGF4變異組36.42%，未變異組11.11%。

6 討論

cBioPortal數(shù)據(jù)庫是一個基因組數(shù)據(jù)分析的可視化工具。目前為止收錄了169個來源于TCGA等多個數(shù)據(jù)庫，可為研究人員和臨床醫(yī)生提供大規(guī)模癌癥基因組學數(shù)據(jù)集的分析與參考依據(jù)，為患者制定和選擇更好的治療方法。食管癌胃癌一旦發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)患者已發(fā)展到中晚期，易錯過最佳治療時期。盡管用于治療不可切除或轉(zhuǎn)移性胃腺癌的藥物不斷開發(fā)，但這些疾病的總體預后仍然很差。此外，上述策略通常僅適用于有限數(shù)量的患者。迄今為止，個性化醫(yī)療的進步已經(jīng)改善了接受曲妥珠單抗治療的晚期ERBB2陽性胃癌患者的治療反應。然而，這種療法僅使這些患者中的約15%受益［5］。

EGJ可分為Barrett腺癌和賁門腺癌，兩者有相似之處。就其癌前背景、危險因素和干細胞調(diào)節(jié)劑而言，Barrett腺癌可能起源于胃部。由于腫瘤通過食管復雜的淋巴血管網(wǎng)絡擴散的潛在風險，Barrett腺癌可能是 EGJ 腺癌的侵襲性表型［6］。

食管腺癌與食管鱗狀細胞癌相比，體細胞遺傳異常顯示出不同的遺傳景觀。食管腺癌是一種異質(zhì)性癌癥，常見基因拷貝數(shù)改變、高突變負荷、受體酪氨酸激酶的共擴增以及頻繁的TP53突變［7］。一個實質(zhì)性的進步以及一個強大的靶向治療工具需要將科學結(jié)果轉(zhuǎn)化為新的個性化治療機會，以改善胃腺癌患者的臨床護理、生存狀態(tài)和生活質(zhì)量［8］。有研究對486例胃腸道腺癌（包括296例食管癌和胃癌）患者的體細胞拷貝數(shù)畸變進行分析，結(jié)果顯示約37%的胃/食管腫瘤中存在擴增基因，包括治療靶向激酶，如 ERBB2、FGFR1、FGFR2、EGFR和MET，表明基因組擴增作為生物標志物的潛在用途可指導靶向治療的胃癌和食管癌，與結(jié)直腸癌基因靶向治療相比，治療方法尚不成熟［9］。用于靶向治療的有前景的預測分子生物標志物（如EGFR和MET）擴增未能證明它們在胃腺癌中的作用。EGFR在約33%的胃腺癌、30%～60%的EGJ和8%～31%的遠端食管腺癌中擴增，并已在多項試驗中被評估為潛在的治療靶點。盡管有充分的理由，抗EGFRs，無論單克隆抗體西妥昔單抗和帕尼單抗，還是小分子酪氨酸激酶抑制劑（如吉非替尼和厄洛替尼），在胃食管腺癌中都沒有顯示出任何益處［10-11］。

在食管癌胃癌的治療方面多年來沒有更顯著的突破，本研究涉及基因關聯(lián)的其他高頻突變基因提供了一個尋找更高效率基因靶點的突破口，這些高頻突變基因很可能存在對靶向治療方面更有價值的信息。通過cBiPortal數(shù)據(jù)庫中14項研究的基因突變率、基因突變的互斥關系、不同腫瘤分類生存率的比較、與本研究基因關聯(lián)的其他高頻突變基因等項目的研究，試圖揭示基因改變與食管癌胃癌的發(fā)生發(fā)展和治療之間存在的某種可能的規(guī)律，尋找更加有效的靶向基因，克服目前食管癌胃癌在治療方面存在的疑難問題，造福更多患者。

利益沖突作者聲明不存在利益沖突