肾癌遗传学研究进展*

陈金东

(罗切斯特大学医学中心 泌尿学系肾癌研究室, 罗切斯特 纽约 14642，美国)

肾癌约占成年人癌症的3%，其发病率每年都有增加，大约每年上升2.5%。全世界每年约新增15万肾癌患者，而有115000患者死于肾癌[1]。一般男性患者多于女性。对于发现较早，并没有病灶转移的患者，其5年生存率能达到65%以上，而对于已有癌细胞转移的患者，其5年生存率则显著下降至大约5%。这主要是这类有癌细胞转移的病人对化疗及放疗不敏感，癌细胞对药物产生抗性所致。不幸的是，大部分病人在诊断发现时已到了晚期。随着癌症遗传学，分子生物学，免疫学和流行病学的进展，新的抗肿瘤药物在不断发现，这将会提高肾癌患者的生存率。笔者就肾癌的遗传学方面的进展做一综述。

1 肾癌分类

肾癌有多种组织病理学类型，根据2004年世界卫生组织的分类[2]，肾癌主要分为10个类型，包括透明肾细胞癌 (clear cell renal cell carcinoma, CCRCC), 多房囊性透明肾细胞癌(multilocular cystic renal cell carcinoma, MCRCC), 乳头状肾细胞癌 (papillary renal cell carcinoma, PRCC) I型和II型, 嫌色肾细胞癌 (chromophobe renal cell carcinoma, CRCC), Bellini集合管癌 (collecting duct carcinoma,CDC)， 肾髓样癌 (renal medullary carcinoma)， Xp11 易位性肾癌 (renal carcinoma associated with Xp11.2 translocations/TFE3 gene fusions)、神经母细胞瘤伴发癌 (renal cell carcinoma associated with neuroblastoma)、黏液性管状及梭形细胞癌 (mucinous, tubular and spindle cell carcinoma) 及尚未分类的肾细胞癌 (unclassified renal cell carcinoma)。其中透明肾细胞癌最常见，根据2011年的一份研究报告[3]， 透明肾细胞癌约占肾肿瘤的80%，乳头状肾细胞癌(I型和II型) 占7%，肾嫌色细胞癌占2%左右，其它类型在2%以下，未分类的约有3%。

2 肾癌的细胞遗传学变异

染色体畸变在肾癌患者中比较常见[4]。染色体3p丢失在透明细胞肾癌中很常见，这主要是与透明细胞肾癌有关的VHL基因随着3p丢失所致, 与另一条染色体上的断裂基因关系较少，但也有一些断裂基因起着推波促澜的作用[5-7]。很多3p丢失与3号染色体与其它染色体间发生异位有关，如t(1;3)(q32.1,q13.3), t(1;3)(q41;q27), t(2;3)(q35;q21), t(2;3)(q33;q21), t(3;4)(p13;p16), t(3;6)(p13;q25), t(3;6)(q12;q15), t(3;6)(p23/24;q23/24), t(3;8)(p14;q24), t(3;9)(q21;p13), t(3;11)(q29;p15.3), t(3;12)(q13,q24), t(3;12)(p14;q13), t(3;14)(q21;q32), t(3;17)(p25;p13.3), t(3;21)(p12;q11.2), t(3;4)(q21;q31), t(2;3)(q37.3;q13.2)[5-6,8-12]。此外，染色体三体也可导致肾癌，如7, 17, 8, 12, 16, 20, X。 7号染色体三体常常与乳头状肾细胞癌有关, 这主要是可能由7号染色体上的c-Met基因过表达导致[13-14]。而8号染色体三体则引起c-Myc基因过表达，从而导致透明细胞肾癌[15]。此外，Y 染色体丢失可导致乳头状肾细胞癌[16-17]。还有一类与Xp11.2异位有关的肾癌，这类肾癌主要是与Xp11.2上的TFE3基因和其它异位染色体上的基因发生融合所致，如ASPL(17q25), PRCC(1q21), PSF(1q34), NonO(Xq12)和CLTC(17q23)[18]。

3 基因突变与肾癌

大部分的肾癌是散发，只有不到5%的病例具有家簇遗传史。但无论是遗传性的还是散发病人，其癌症的发生都和基因突变有关。以下介绍目前已知的一些肾癌相关基因。

3.1VHL基因VHL基因是1993年在von Hippel-Lindau (VHL) 综合症病人中发现的[19], 位于染色体3p25.3。由于透明肾细胞癌是VHL综合症的重要症状之一，因此，VHL是一个很重要的肾癌相关基因，其突变不仅与家系性的CCRCC有关，而且70%以上的散发性CCRCC也带有VHL突变，是目前肾癌中突变率最高的肾肿瘤抑制基因[20]。然而近年来的外显子序列分析表明，VHL在CCRCC中的突变率为55%[21]，另一个报道则为27%[22]。这些差别可能是由于所用病例数和种族差异所致。VHL基因只有3个外显子，编码两个蛋白产物，一个是30-kDa的蛋白， 由全长的213个氨基酸组成的，主要存在于细胞质中，能与细胞膜结合；另一个是19-kDa的蛋白， 由160氨基酸(54-213)组成，均匀分布于细胞质和细胞核之中，和细胞膜没有联系。但二者似乎都参与HIF蛋白的降解。虽然VHL基因是一个非常重要的肾癌相关基因，但VHL敲基因小鼠并未产生肾肿瘤，这让肾癌研究者迷惑不解。也许单个VHL基因的突变尚不足以导致肾癌，还需要其它的遗传变异，包括多基因突变。这在最近的肾癌基因组外显子序列分析中已经表现出来[21-23]。

3. 2PBRM1 基因PBRM1基因是一个新近发现的肾癌肿瘤抑制基因，主要也是与CCRCC有关。在CCRCC中的突变率达40%[21, 24]，仅次于VHL基因。因此可以说PBRM1是继VHL后发现的第二个重要的肾肿瘤抑制基因。 有趣的是，PBRM1也位于3号染色体(3p21)。如果3号染色体发生丢失，一般这两个基因也会同时缺失。此外，序列分析也发现有些CCRCC病人同时带有这两个基因的点突变。是否这两个基因在功能上有联系还有待进一步研究。尽管近年来发现PBRM1是一个CCRCC相关基因，但最初克隆PBRM1时，发现PBRM1编码一个1582个氨基酸的BAF80蛋白。BAF180是一 个ATP依赖型的染色质重构复合体(ATP-dependent chromatin-remodeling complexes) SWI/SNF中的一个重要成员，主要参与基因转录[25]。然而，BAF180在肾癌中的功能尚不清楚，有关研究正在进行之中。

3. 3FLCN基因FLCN基因于2002年从Birt-Hogg-Dubé 综合症(Birt-Hogg-Dubé syndrome, BHD)病人中克隆获得[26]。BHD病人易发皮肤肿瘤，肾癌，肺部囊肿，气胸，及其它症状如肠道息肉。大慨50%的BHD家族有肾癌历史[27]，有34%的BHD病人得了肾癌。这一数据可能会随年龄而增高。FLCN与VHL基因不同，VHL基因突变一般只导致CCRCC的产生，而FLCN突变几乎引起各类肾癌的发生，一项对来自30个BHD家系中的130例肾癌患者的研究发现，嫌色肾细胞癌占34%，大嗜酸粒细胞瘤(oncocytoma)占5%，而嫌色肾细胞癌与大嗜酸粒细胞瘤混合型占50%，透明肾细胞癌占9%，乳头肾细胞癌占了2%。因此，这是目前唯一一个能同时与各类肾细胞癌症有关的基因。FLCN位于染色体17p11.2，编码一个579氨基酸的FLCN蛋白。FLCN的具体功能还不清楚，目前发现它与线粒体能量系统有关，并可能与mTOR和TGF-β等信号传导途径有关。与其它肾癌基因不同的还有，FLCN敲击因小鼠模型能复制出人类BHD肾癌。

3.4FH基因FH是编码线粒体三羧酸循环中延胡索酸水化酶(fumarate hydratase, FH)的一个基因。人FH基因位于染色体1q43。人的FH蛋白由468个氨基酸组成。2002年Tomlinson等在遗传性平滑肌瘤病伴乳头状肾细胞癌 (hereditary leiomyomatosis and renal cell cancer, HRLCC) 病人中发现了FH基因突变，从而确定了FH基因与肾癌的关系[28]。不过FH基因只与第Ⅱ型乳头状肾细胞癌有关，而在其它类型的肾癌症中并未发现有FH突变。而且这类乳头状肾细胞癌需伴有平滑肌瘤病，也就是FH突变只存在于HLRCC综合症中。FH全身敲基因小鼠在胚胎期死亡，而FH肾特异性敲基因小鼠产生肾囊肿，未见有肾癌发生。

3.5TSC1/TSC2 基因TSC1/TSC2基因是两个相关基因，均从结节性硬化症病人中发现的[29-30]。TSC1基因位于染色体9q34.13, 而TSC2则位于染色体16p13.3。TSC1基因编码的错构瘤蛋白(hamartin)能和TSC2基因编码的薯球蛋白(tuberin) 结合，形成蛋白复合物，抑制mTOR信号传导途径。因此，我们一般将这两个基因一起讨论。这两个基因都较前面的几个基因大。TSC1基因有23个外显子，编码一个1164个氨基酸的错构瘤蛋白，而TSC2基因有41个外显子，编码一个长达1807氨基酸的薯球蛋白。由于结节性硬化症病人常有肾癌发生[31]，因此也将TSC1/TSC2作为肾癌相关基因。但在散发性肾癌中很少发现有这两个基因的突变。TSC1和TSC2敲基因小鼠可产生肾肿瘤，但肿瘤出现很晚。

3. 6MET基因 与上面的基因不同，c-MET基因是一个原癌基因，位于染色体7q31.2[32]。c-MET编码肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor, HGF) 的一个长为1390氨基酸的受体MET。 基因突变导致MET基因激活， 致使MET蛋白高度表达，导致肿瘤生长，血管生成，及肿瘤转移。MET基因的激活主要与散发乳头状肾细胞癌有关，占所有乳头状肾细胞癌的5%左右[20]。

3. 7SETD2基因SETD2基因位于染色体3p21.31, 编码一个2564个氨基酸的组氨酸3-赖氨酸36-甲基化转移酶SETD2。通过对407例CCRCC标本的序列分析，Dalgliesh等发现12例有SETD2突变，占所分析病例的3%[21]。此后，Gossage等进一步对128位病人的透明肾细胞癌分析发现，SETD2的突变率占16%[23]。这些研究表明SETD2也是一个重要的透明肾细胞癌相关基因。 值得注意的是，绝大部分SETD2突变的透明肾细胞癌也带有VHL基因突变。

3. 8BAP1 基因BAP1 也位于3号染色体上 (3p21.1), 编码一个729个氨基酸的核泛素羧端水解酶(nuclear ubiquitin carboxy-terminal hydrolase, UCH)，因此是一类去泛素化酶。BAP1蛋白有一个BRCA1和BRAD1结合区，能与乳腺癌基因蛋白BRCA1和BRAD1形成复合物，因此是一个BRCA1相关蛋白[33]。 在一部分乳腺癌和肺癌病人及黑色素瘤病人中已检测到了BAP1基因突变[34]。最近的序列分析发现BAP1突变也存在于11%的散发性透明肾细胞癌[22-23,35]。然而突变的BAP1在肾癌发生过程中的作用机制尚不清楚。

3. 9JARID1c/KDM5C基因JARID1c也叫KDM5C，位于Xp11.22, 编码一个有1560个氨基酸的赖氨酸特异性脱基化酶 (Lysine-specific demethylase 5C，KDM5C)。KDM5C在X染色体上不受X染色体失活中心的控制，即活性和失活的X染色体都表达KDM5C[36]。KDM5C的功能是进行转录抑制。Dalgliesh等的序列分析发现JARID1c与透明肾细胞癌有关，其在透明肾细胞癌中的突变率为3%[21]。此外, Gossage等在对128例透明肾细胞癌的突变分析中也获得了4%相似结果[23]。与SETD2基因类似，大部分的JARID1c突变肿瘤也有VHL基因突变。

3. 10 其它与肾癌有关的基因 除了以上基因外，序列分析还发现以下基因与肾癌有关。这些基因包括UTX/KDM6A、NF2、MLL2、CUL7和BRTC等。其中UTX/KDM6A在透明肾细胞癌的突变率约为3%[21-23]。NF2、MLL2、CUL7和BRTC在透明肾细胞癌中的突变率也在2%～3%[21- 22]。此外，NF2肾特异性敲基因小鼠能长肾肿瘤[37]。因此，肾癌具有高度遗传异质性。

4 肾癌的遗传标记

肾癌的复发率较高，为20%～40%[38]。因此，需要找到一些与肾癌发生，发展及转移有关的遗传基因及其蛋白产物作为标记、来检测诊断癌症的复发和转移等情况。现在用于肾癌分类和诊断的标记有波形蛋白(vimentin)、表皮细胞粘连分子(epithelial cell adhesion molecule, EpCAM)、谷胱甘肽s-转移酶(glutathione S-transferase,GST)、碳酸酐酶II(carbonic anhydrase II, CA II)、细胞角蛋白(cytokeratin 7, CK7)和分化抗原簇10(cluster of differentiation, CD10)[39]。由于肾癌的类别较多较复杂，往往用一个或两个标记很难辨别，一般同时采用几个标记分子来鉴别。

目前用于肾癌预后的分子标记主要是一些与肾癌相关的信号传导通路(signaling pathways)。这些通路包括VHL和mTOR 通路[39]。用得较多的是VHL通路中的VHL、HIFs、VEGF和碳酸酐酶9(CAIX)。其中HIF下游应答基因产物是一些有用的肾癌标记。如VEGF、PDGF、SDF、CXCR4、TGF-β和CTGF是目前可用的血管生成(angiogenesis)标记；而HK2和PDK4是葡萄糖吸收和代谢的分子标记；CAIX和CAXII则为pH值调控的分子标记；MMP1、SDF、CXCR4和c-Met则是肾癌转移的分子标志；而TGF-β则为细胞增生和存活的标记。

此外，mTOR通路也是现在常用的肾癌预后分子标记。这条通路的主要成员有PI3K、AKT和mTOR。受体酪氨酸等激酶激活PIK3, PIK3进一步激活AKT, 接着AKT激活mTOR复合物1 (mTORC1), 并同时抑制TSC1/TSC2复合物[40]，从而导致P70-S6活化，致使随后的蛋白合成和细胞增生。值得注意的是，HIF-1α的表达依赖mTORC1信号传导通路[41]。 这条通路中可用于分子标记的有P70-S6、PTEN和磷酸化的AKT。

5 肾癌遗传学的发展方向

肾癌具有高度的遗传异质性，一个肾癌肿瘤中往往存在多个基因的突变。有的基因可能与肿瘤的起始有关， 有的可能和肿瘤的发展进程有关，还有的可能与肿瘤的转移有关。随着分子遗传学技术的进步，特别是基因组序列分析的应用，新的肾癌相关基因在不断发现。由于透明肾细胞癌占了80%，许多新发现的基因都是从研究透明肾细胞癌获得的。这些基因主要与透明肾细胞癌有关，而和其它的肾细胞癌没有直接关系。因此，一定还有不少基因与其它肾癌如乳头状肾细胞癌， 嫌色肾细胞癌等有关。近年来新技术的出现将会加速未知基因的克隆及分子标记的发现。技术包括基因表达谱分析(gene expression profiling), 阵列基因组范围的相关分析(array-based genome-wide association studies)， 微型RNA (microRNA， miRNA) 研究及下代序列分析表达谱分析(next-generation sequencing-based expression profiling)都是当前最强大的基因和分子标记探索工具。现在的高分辨基因组阵列分析已能有效地分析达到1000个以上的病例，这种快速的大规模的序列分析能够使研究人员准确地找出重要的疾病相关基因。微型RNA是一类只有19～22个核苷酸的不编码蛋白质的一类短型RNA分子。现代的序列分析表达谱可以用于这类微型RNA的发现[42]。 微型RNA的增多或减少可能与肾癌有关，因此对微型RNA的研究能使我们找到与肾癌相关的微型RNA，这些微型RNA可以用作肾癌的分子标记。这些将是肾癌遗传学未来研究的主流。

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