前列腺癌TMPRSS2-ETS融合基因的研究进展

陶 晶 综述 孙忠全 审校复旦大学附属华东医院泌尿外科（上海 200040）

·综 述·

前列腺癌TMPRSS2-ETS融合基因的研究进展

陶 晶 综述 孙忠全 审校
复旦大学附属华东医院泌尿外科（上海 200040）

前列腺癌是男性常见恶性肿瘤，据统计，前列腺癌发病率在世界范围内位居第二位，其中在欧美国家高居第一位［1］。前列腺癌发病率有明显的地理和种族差异，欧美国家发病率明显高于亚洲国家。尽管如此，据统计近年来我国前列腺癌发病率明显呈现上升趋势，在北京、上海、广州三城市均已超过男性膀胱癌的发病率，居男性泌尿生殖系肿瘤发病率第一位［2］。

早期前列腺癌通常没有症状，主要诊断方法包括直肠指检、超声、磁共振和血清前列腺特异性抗原（PSA）测定。直肠指检和经直肠超声及磁共振诊断前列腺癌敏感度和特异度不高。虽然PSA在前列腺癌筛查、诊断、治疗和随访中发挥着重要作用，但其缺乏肿瘤特异性，在前列腺的良性疾患中也会升高，在4～10ng/L的PSA灰度区间的敏感度和特异度较差，同时在＜4ng/L的正常区间亦存在较高的漏诊率［3］。PSA筛查虽然大大提高了早期前列腺癌的发现率，但研究表明大部分前列腺癌是无进展的，PSA筛查造成了对早期低级别前列腺癌的过度诊断穿刺活检和治疗［4］。因此，临床上需要更加可靠的检测前列腺癌和判断预后的生物学因子。自2005年Tomlins等首次报导前列腺癌的跨膜丝氨酸蛋白酶编码基因TMPRSS2 （transmembrane protease serine 2）与ETS转录因子家族成员ERG、ETV1之间发生融合后［5］，国内外对融合基因及其蛋白表达在前列腺癌发病机制、检测、诊断及预后判断等方面做出了广泛的研究，揭示了其在前列腺癌的诊断和评估预后方面所具有的潜在价值。

一、ETS家族和MRPSS2基因简述

ETS家族为一系列拥有与鸟类白血病病毒E26高度保守的同源序列的基因，根据E26（E-twenty six）缩写将其命名为ETS，已知包括27个家族成员，其中前列腺癌中与TMPRSS2融合的主要包括ERG、ETV1、ETV4、ETV5等［6］。ERG、ETV1和ETV4分别定位于21q22.2、7p21.2及17p21。ETS家族基因的共同特点是含有高度保守的DNA结合域，能够与特定序列结合调控靶基因的表达。研究表明，ETS蛋白既可作为转录激活物，又可作为转录抑制物，ETS转录因子在正常的细胞增殖、分化、凋亡及肿瘤的血管形成、转移等生物学行为中扮演重要作用，与尤文肉瘤、白血病、胸腺癌等多种肿瘤相关［7，8］。

TMRPSS2基因为跨膜丝氨酸蛋白酶编码基因，受雄激素调节，编码的蛋白属于Ⅱ类跨膜丝氨酸蛋白［9］，对细胞的生长和维持正常形态具有重要作用。该蛋白含有70个氨基酸的N端胞内结构域，30个氨基酸的跨膜结构域，A类低密度脂蛋白受体，富含半胱氨酸的清道夫受体和膜外的C端丝氨酸蛋白酶区域。TMPRSS2基因定位于21q22，研究表明其在前列腺上皮细胞表达明显高于其他人体组织如结肠、肺、肝脏，且在原发及转移前列腺癌中高度表达［9］。

二、前列腺癌中TMPRSS2-ETS融合基因的检测和表达

目前已发现前列腺中存在超过20种融合基因，如3’端的ETS家族其他成员ETV4和ETV5，以及5’端的其他基因伴侣SLC5A3，HERV-K22q11.23，C15orf21和HNRPA2B1等，但其中以TMPRSS2-ERG融合为最常见类型，发生率约为50%，而TMPRSS2-ETV1融合率约为5%～10%，其余各种类则不足1%［6，10，11］，因此对TMPRSS2-ERG的相关研究也最多。TMPRSS2与ETS家族融合可诱导特定生化蛋白的合成或对ETS蛋白表达的调节［12］，例如TMPRSS2-ERG融合可导致细胞ERG蛋白过度表达，因而可利用特异性的抗体通过免疫组化间接检测TMPRSS2-ERG融合。表1中列出了部分样本量较大的关于TMPRSS2-ERG的研究结果，可以发现不同研究中心的检测结果存在一定差异，而这可能与研究的人种、标本类型、样本量大小、检测方法等的不同相关。

表1中数据提示，前列腺融合基因的发生率在不同人种之间存在明显差异，欧美人种前列腺癌的TMPRSS2-ERG发生率约为50%，且明显高于亚洲人种。Magi等应用FISH检测出白种人、非裔美国人和日本人的前列腺癌中TMPRSS2-ERG发生率分别为50.0%、31.3% 和15.9%［25］。鉴于其在亚洲人群发生率较低，因而不具备筛查前列腺癌的作用。目前常用的研究标本包括前列腺癌穿刺和根治标本，部分研究者采用了经尿道电切标本及淋巴结或内脏转移灶。不同标本的人群分布可能存在差异。穿刺标本多基于PSA筛查，经尿道电切的前列腺标本则多为偶发癌，而根治标本主要属于早期局限性前列腺癌患者。检测融合基因主要有三种方法：反转录PCR（RT-PCR）、荧光原位杂交（FISH）和免疫组化（IHC）。RT-PCR和FISH能检测融合基因的融合形式，但操作较困难，结果阅读困难，耗费也相对较大。IHC检测则操作简单，易于推广，但其不能鉴别融合基因的种类和形式［26，27］。

表1 不同研究中心的检测融合基因TMPRSS2-ERG阳性率的结果

TMPRSS2-ERG融合基因对前列腺癌有较高的特异性。研究表明，ERG基因重排仅发生于前列腺癌和上皮内瘤变（PIN），正常前列腺上皮细胞并不会出现融合基因［28］，同时在膀胱癌、肾癌、肺癌等上皮肿瘤中亦未检测出［29］。各种病理类型的前列腺癌包括小细胞癌都可检测出融合基因，这对临床上诊断不明来源的小细胞有重要意义。因此，TMPRSS2-ERG融合基因检测可作为特异性指标诊断前列腺癌。此外，研究发现在多病灶的前列腺癌标本中，可同时存在融合阳性病灶和阴性病灶，提示不同癌灶可能具有不同的克隆来源［28，30］，而转移灶的融合基因种类一般与原发肿瘤的一致［31］。鉴于外周带前列腺癌发病率明显高于移形带，Falzarano等利用FISH检测了根治标本中移形带和外周带肿瘤的TMPRSS2-ERG发生率，结果分别为12%和34%［32］，Wernert等应用PCR检测20例前列腺癌患者正常外周带和移形带的ETS家族成员的表达情况，发现外周带中ELF-5、ERG、ETV1明显表达上调［33］，这也为研究前列腺发病机制提供了线索。

三、前列腺癌中TMPRSS2-ETS融合的融合机制和形式

TMPRSS2-ETS融合基因的发生机制尚未明确。TMPRSS2和ERG基因位于同一染色体，而TMPRSS2-ERG融合的发生率明显高于其他家族成员，提示基因组的空间位置相近可能具有重要作用。而TMPRSS2亦可与其他位于不同染色体的ETS家族成员发生融合，这可能是由于细胞在特定的环境下诱导两者靠近［34］。有研究指出，雄激素受体的激活在基因的融合过程中有重要作用。Lin及Haffner等的研究指出受雄激素受体（AR）诱导的拓扑异构酶Ⅱ（TOP2B）可诱导特定位点的双链DNA断裂（DNA double-stranded breaks， DSBs），这也是空间靠近的基因组发生融合的关键步骤［34，35］。尽管如此，基因融合的过程十分复杂，仍需进一步研究探索。

由于TMPRSS2和ERG基因位于同一染色体，因而TMPRSS2-ERG融合可有缺失（deletion）和易位（translocation）两种形式：两个基因组间的区域遗失造成缺失型，或通过复杂的染色体基因重排即易位型（也称为插入型）（图1）。各个研究中两种融合模式的发生率不尽相同，但都提示前列腺癌病灶中存在异质性，在多病灶的标本中可同时存在两种融合模式。

四、TMPRSS2:ETS融合基因与前列腺癌发病机制的研究

TMPRSS2-ETS家族融合在前列腺癌的发病和进展的作用目前尚未明确。体外细胞学研究显示ETS基因的过度表达能诱导良性上皮细胞的侵袭性，但并不促发细胞过度增生，同时敲除ERG或ETV1基因的前列腺癌细胞系的侵袭性出现降低［36］。在动物模型体内研究方面，Tomlin和Klezovitch等分别发现TMPRSS2-ETS融合基因能诱导转基因小鼠前列腺正常上皮细胞出现PIN，即前列腺癌的癌前病变，但不转化为侵袭性癌［36，37］；然而，Chen等发现在同时伴抑癌基因PTEN缺失时，小鼠前列腺可产生侵袭性癌［38］。因此，单独的TMPRSS2-ETS融合基因似乎不足以诱导前列腺癌，其可能作为前列腺癌的前期重要驱动因素。AR和ERG蛋白的基因组结合域有重叠部分，因而ERG过度表达可干扰和改变雄激素调节基因的表达，Yu等提出ERG过度表达抑制雄激素调节的细胞分化，而通过激活多梳家族蛋白H3K27甲基转移酶EZH2使细胞去分化［39］，与肿瘤形成相关。此外，需要指出的是：不同的ETS蛋白可能通过不同的机制致癌。由于目前对融合基因和前列腺癌发病机制的相关性仍知之甚少，因而需要更多的实验研究阐明机制机理。

图1 融合模式注: 1. 缺失型； 2. 易位型

五、TMPRSS2-ETS融合基因与前列腺癌临床相关性研究及展望

临床工作者十分重视TMPRSS2-ETS融合基因在前列腺癌临床诊治方面的价值。国内外学者也对TMPRSS2-ETS融合基因与前列腺的临床指标如发病年龄、PSA、Gleason评分、临床病理分期等指标的相关性做出了大量的研究，但目前得出的结论存在明显争议。以融合基因与Gleason评分的关系研究结果为例，Gopalan等利用FISH检测521例早期前列腺癌发现TMPRSS2-ERG基因重排与低Gleason评分相关［14］，Bismar等研究利用IHC检测亦发现ERG蛋白高表达与低Gleason评分相关［40］，多数研究者提出TMPRSS2-ERG主要分布于Gleason评分6～7分，Darnel等进一步分析在主Gleason分级为3分的前列腺癌更常见［41］。此外，亦有部分研究认为其与Gleason评分无关［22，42］，甚至融合基因阳性的前列腺癌疾病进展风险更大。各研究中心的研究方法、样本选择和样本量大小的差异，造成了这些争议性的报道结果，因此，有关前列腺癌融合基因的临床价值仍需大量的研究。

前列腺癌是一种明显的异质性疾病，目前存在主动监测、手术、内分泌治疗、放疗、化疗等多种治疗方法，而研究者对于前列腺癌融合基因是否对前列腺癌治疗预后具有判断价值也做出了大量研究，研究结果同样存在明显争议。尽管多数研究结果表明融合基因或ERG蛋白监测对前列腺癌治疗预后无判断价值［14，16，21］，但部分研究中心却有不同发现。一项针对前列腺癌主动监测患者的研究提示ERG蛋白检测阳性的患者疾病进展风险比阴性患者高［23］，亦有研究报道融合基因阳性患者根治术后生化复发风险大［13］。Saramaki等研究150例根治病例发现阳性患者预后优于阴性组［43］。部分研究者利用ERG免疫组化强度判断预后，Bismar等研究发现ERG蛋白高表达的前列腺癌患者总生存率高［40］，但Spencer等研究结果却与之相反［44］。此外，Attard等［45］提出2条或2条以上染色体上与TMPRSS2融合的ERG5’端的DNA片段缺失而3’端保留（2+Ddel’）的类型提示预后不良，Toubaji等［46］则发现21号染色体扩增对前列腺癌的预后具有判断价值，而并非是TMPRSS2-ERG融合基因。

前文已述及TMPRSS2-ETS家族融合基因在前列腺癌中较高的发生率以及特异性，因此其在前列腺癌临床检测方面有重要意义，可作为临床前列腺癌特异性指标应用于临床病理诊断。有研究者提出应用RTPCR检测尿液中TMPRSS2-ERG融合基因转录物，进而无创特异性诊断前列腺癌。Rice等［47］研究显示检测尿液中ERG的mRNA对PSA＜4ng/mL的前列腺癌患者亦有较好的诊断价值，为PSA处于正常区间而前列腺癌穿刺结果阴性的患者提供了一个很好的参考指标。此外，部分研究者联合尿液中PCA3检测及血清PSA提高该方法的敏感度［48］。但对于亚洲人群，其较低的发生率可能限制其尿液筛查前列腺癌的作用。

由于融合基因与前列腺癌的发病分子机制研究尚未明确，有关TMPRSS2-ETS对前列腺癌治疗的研究还比较缺乏。Rahim等［49］对YK-4-279进行相关研究，发现YK-4-279能抑制前列腺癌ERG和ETV1的转录，进而降低了癌细胞的侵袭性，但是未发生基因融合的癌细胞则对之无反应。Kissick等［50］研究认为TMRPSS2-ERG融合基因可作为研究前列腺癌疫苗的靶点，这些都为前列腺癌的治疗提供了新的思路。

六、总结

前列腺癌中TMRPSS2-ETS家族融合基因的发现大大提高了对前列腺癌发病的分子生物学机制及疾病进展的认识，为进一步研究前列腺癌提供了新思路。目前的研究已揭示了TMRPSS2-ETS家族融合基因在前列腺癌中表达的特异性，可作为特异性诊断指标辅助诊断。尽管有关融合基因对前列腺癌的预后判断价值尚存在争议，但随着研究的进一步加深，必然为前列腺癌的临床治疗提供其特有的价值，甚至为前列腺癌提供一种新的治疗策略。TMRPSS2-ETS家族融合基因对前列腺癌的临床诊治应具有广阔的应用前景。

TMPRSS2-ETS； ERG； 前列腺肿瘤；融合基因

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（2015-05-18收稿）

10.3969/j.issn.1008-0848.2015.08.014

R 737.25