胃肠道间质瘤发生的分子机制

张品南 刘 翠

(温州市第三人民医院,浙江 温州 325000)

胃肠道间质瘤(gastrointestinal stromal tumors,GIST)是一类特殊的以CD117蛋白表达阳性为特征的胃肠道最常见的间叶源性肿瘤。其来源于Cajal细胞(ICC)或具有向 ICC分化功能的未分化细胞(干细胞)[1]。现就GIST基因突变有关分子机制的研究进展进行综述。

1 历史回顾

GIST最初由Mazur和Clark于1983年首次提出后,直至 1998年,Kinblom 等[1]研究发现在Cajal细胞(ICC)细胞中CD117高表达,GIST也强烈表达CD117。这一发现不仅证实了GIST和ICC细胞具有相同的干细胞或来源于ICC细胞的假设,而且提供了一个更具敏感性和特异性的诊断指标。同年,Hirota等[2]研究发现c-Kit基因突变导致其产物CD117蛋白的组成性激活在GIST的早期发生和发展中起重要作用。c-Kit基因的功能性突变主要发生在外显子11、9、13、17上。酪氨酸激酶受体家族的另一成员血小板源性生长因子受体α(plateletderived growth factor receptor alpha,PDGFRα)也与GIST的发病机制有关。这两个基因位于同一染色体上的同一区域(4q12)。近年来,随着研究的深入,有越来越多的证据显示:c-Kit和PDGFRα突变与GIST的细胞形态学分型、原发部位、恶性程度分级、预后及对分子靶向治疗药(格列卫)的敏感性关系密切。

2 c-Kit基因突变

c-Kit基因突变率约为71%～92%[3],是一种功能获得性突变。突变位点主要见于外显子11、9、13、17等。不同的突变位点其临床病理参数,对分子靶向治疗药物的反应不同。

外显子11的突变率在20%～92%之间。突变类型包括:点突变、缺失突变、插入突变、替代突变、框移突变等。突变位点集中在密码子550～599之间[4]。也有intron10-exon11交界处的缺失突变,这一突变在cDNA水平的检测中很难发现[1]。外显子11中的密码子557和/或558突变与不良预后相关[5-6]。突变类型似乎和危险分级、预后相关。缺失突变比插入突变、点突变更倾向于转移、浸润。外显子11突变和梭形细胞型GIST相关。有报道,外显子11突变类型为密码子556～560缺失突变和密码子570～585替代突变[7]。外显子11突变形式呈相当的异质性,在不同的区域有不同类型的突变群集(mutation cluster)现象。在5'末端突变以缺失和插入为主导,碱基点突变主要发生在四个密码子557、559、560 和 576,核苷酸片段重复(duplication)在3'末端为多见。外显子 9突变发生率为 3%～21%[8]。突变主要发生在密码子501～503[9],主要类型为重复插入。它与小肠间质瘤和侵袭性生物行为有关。其作用机制可能是影响胞膜外区的抑制受体二聚体形成的序列。Vu等[10]研究认为,无论是含有突变型还是野生型外显子9的患者,均对伊马替尼敏感。外显子13的突变位点主要是密码子642,其突变率为0.8%～4.1%[4],与格列卫的耐药性相关。Price等[9]报道称继发外显子 13的Val654Ala错义突变导致格列卫耐药,但这一区域极少突变,其突变率约为0.6%,主要影响密码子820和822,其突变引起激活的机制尚不清楚。

KIT蛋白属于III型受体酪氨酸激酶(RTK)家族,其结构由胞外区、跨膜区、近膜区和酪氨酸激酶区组成。当KIT与其配体(干细胞因子)结合时,可形成有活性的二聚体,从而激活RTK介导的多重信号转导途径,如 MAPK 、AKT、P70、STAT1、STAT3、PI3K、mTOR和RAS等,导致细胞增殖失控和凋亡抑制。在不同的GIST中,上述路径的信号分子激活程度不一样。因此可推测,除了KIT外,可能还存在其他因素影响GIST的信号转导系统[11]而选择性抑制相关信号转导分子,将成为分子水平治疗GIST的新方法。KIT的突变主要由c-Kit基因功能获得性突变所致,其突变情况见表1。该基因的突变是导致GIST发生的早期事件之一,但与GIST的恶性行为无明显关系,因为即使直径小于1cm的GIST中也可存在KIT突变[12]。这是由于KIT突变的存在,使得RTK的抑制剂伊马替尼(STI-571,格列卫)成为治疗GIST的有效药物。临床研究证实,不管GIST处于早期还是进展期,只要合理使用STI-571,多数患者病情都可得到改善。KIT是位于染色体4q11-21的c-Kit原癌基因编码的分子质量为145000KD a跨膜糖蛋白,属于受体酪氨酸激酶家族成员。KIT受体包括细胞外、胞膜内、细胞内部分。KIT受体的细胞外部分与称之为干细胞因子的配体结合,当相邻两受体被配体二聚体结合而连接时,KIT受活化同时受体结构发生变化导致KIT细胞内酪氨酸激酶活化。然后活化的激酶引起对侧同源二聚体酪氨酸残基磷酸化,令受体进一步活化,通过各种细胞信号转导下游途径活化导致KIT外显子突变,在进一步基因损伤基础上,发展为克隆性增殖而形成肿瘤。研究发现,PDGFα基因的激活突变具有不依赖配体的自身磷酸化功能而导致肿瘤的发生。GIST中的PDGFRα基因突变与c-Kit基因突变不相重叠,即有PDGFRα基因突变的GIST无c-Kit基因突变,反之皆然。PDGFRα基因位于4q11-21,与c-Kit同属III型受体酪氨酸激酶基因。

表1 散发性GIST的Kit与PDGFR α基因突变和对格列卫治疗的反应情况

3 PDGFRα基因突变

血小板源性生长因子受体α(platelet-derived growth factor receptor alpha,PDGFRα)是 RTK 家族的另一成员,它的突变与GIST的发病也存在明显的相关性。PDGFRα基因突变率在 7%～12%之间[13]。该基因突变的好发部位(见表1)依次为外显子18(II号激酶区)、12(近膜调控区)和14(激酶区),且PDGFRα突变体多呈低危性,以胃部GIST多见。研究表明,由c-Kit或PDGFRα基因不同位点突变所导致的GIST,对伊马替尼的反应性不一样。c-Kit外显子11突变者,对伊马替尼的反应性明显好于外显子 9、13、17突变者及野生型GIST,而PDGFRα外显子12和14突变者,对伊马替尼的反应性好于18突变者[14]。

PDGFRα基因突变主要发生在上皮样细胞型的胃GIST[15]。大多数(80%)发生在PDGFRα基因第18号外显子的突变为错义点突变,导致842位天冬氨酸被缬氨酸所替代(D842V)。PDGFRα基因第12号外显子的突变极少,大部分是导致561位缬氨酸替换为天冬氨酸的错义突变,但是围绕561位密码子(缬氨酸)编码框架的缺失和插入也有报道。近来报道PDGFRα基因第14号外显子有错义突变发生,表现为659位天冬酰胺被替换为赖氨酸或酪氨酸[16]。

c-Kit和PDGFRα基因位于染色体4q12着丝粒旁,可能来源于一个共同祖先基因的复本[17]。两个基因编码相似、高度同源的酪氨酸激酶蛋白受体,具有Ⅲ型受体酪氨酸激酶家族的结构特点。c-Kit或PDGFRα基因在GIST中的活化突变造成受体酪氨酸激酶自身磷酸化,持续不断引发受体信号转导,导致下游基因激活,这种激活的结果是细胞增生速度加快、凋亡速度减慢,最终使得肿瘤形成。

仍有15%～20%的散发性GIST没有c-Kit或PDGFRα基因的突变,这些GIST被称为野生型GIST(Wild-type GIST),其发病机制尚有待进一步研究。

有作者研究发现,35%的c-Kit表达阴性者存在PDGFRα基因的突变[6]。c-Kit和PDGFRα基因突变的肿瘤有不同的信号通路,介导不同途径的信号传导通路和细胞遗传学改变。Tzen等[6]对108例GIST病例进行筛查,发现其中7例(16%)为c-Kit阴性,并且7例均有c-Kit基因的突变,PDGFRα为野生型。在外显子557/558位点突变的c-Kit阴性间质瘤细胞核分裂象较多,多＞10/50HP,其中75%随访出现多发转移和复发。Lasota等[16]认为大多数PDGFRα突变的GIST恶性程度较低,细胞形态多为上皮样,可见两个基因的突变有可能导致GIST生物学行为改变[18-19]。

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