基因诊断在乳腺癌个体化医疗中的应用

韩 露 马 培 周 新

武汉大学中南医院基因诊断中心，湖北武汉 430071

我国和大多数国家一样，乳腺癌是严重威胁女性健康的疾病。到2008 年为止，我国的乳腺癌新发生病例已占到全世界的12.2%，乳腺癌的病死人数也占到全世界的9.6%[1]。 面对这样严峻的现状，无论医务工作者和科研工作者们对于乳腺癌了解有多么透彻，此时能让普通老百姓对乳腺癌有基本的认识显得尤为重要。 全民抗癌才能使癌症的早期预防、发现和治疗成为可能。

越来越多的研究显示，乳腺癌作为一种复杂性疾病， 虽然同时受环境因素和基因因素的共同影响，但是基因的改变才是引起疾病的根本原因，有多种基因参与了乳腺癌的发生、转移以及预后的过程。 本文简述了与乳腺癌相关的基因，并介绍了临床上基因诊断在乳腺癌中的应用，希望因此能使人们认识到基因在乳腺癌中的重要性。

1 乳腺癌的相关基因

临床上与乳腺癌相关联的基因，大致归纳为两类：①癌基因[人类表面生长因子受体-2（human epidermal growth factor receptor-2，HER-2）、c-myc、Int-2、ras、端粒酶、PIK3CA 等]；②抑癌基因[肿瘤蛋白p53基因（tumor protein p53，TP53）、乳腺癌易感基因1（breast cancer susceptibility gene 1，BRCA1）、Rb、nm23、PTEN等][2]。 现选择其中几个重要基因进行介绍。

1.1 人类表面生长因子受体-2

HER-2 基因是一种酪氨酸激酶类癌基因， 又称作neu 或CerbB-2。HER-2 能编码一种具有蛋白酪氨酸激酶活性的跨膜蛋白，属于细胞表面生长因子受体。当HER-2 基因过表达， 生长因子与之结合而激发的一系列连锁反应增强，能促进细胞有丝分裂，缩短细胞增殖周期，抗凋亡并诱发肿瘤[3]。 HER-2 蛋白的过表达不仅与肿瘤的发生、发展及转移都有关，还是一个重要的临床预后指标，HER-2 表达增加的患者，预后较差，极易复发，存活期短。 HER-2 高表达的乳腺癌患者对抗HER-2 抗体曲妥珠单抗的治疗敏感[4]。

1.2 c-myc

c-myc 基因属于核蛋白类癌基因。 该基因的蛋白产物定位于细胞核内，在乳腺癌、胃癌及白血病等肿瘤中都存在高表达。c-myc 基因的产物是一种转录调控蛋白，能与单链或双链DNA 结合，调控多种增殖相关基因的表达[5]。 它能够促进细胞周期生长基因的表达，并抑制生长抑制基因的表达，从而促进了细胞增殖及恶性转化。 有研究显示，大约40%的乳腺癌中会有c-myc 的过表达[6]，并有实验证实在乳腺癌细胞中人为下调c-myc 的表达， 能够抑制乳腺癌细胞的增殖，这为其在临床治疗中的应用奠定了理论基础[7]。

1.3 端粒酶

端粒酶是在细胞中负责延长端粒的酶。端粒是在真核细胞线性染色体的两端的一种类似帽子的结构，保护着染色体不被降解或端端融合。 在正常情况下，端粒会在细胞复制的过程中进行性缩短，细胞则随端粒缩短而衰老。在端粒酶激活的情况下会使端粒的长度和结构得以稳定，细胞则将延迟衰老，这便是癌细胞永生性的一个重要机制。 正常情况下，人类端粒酶活性只能在生殖细胞和某些干细胞中检测到，在人类正常体细胞中是检测不到端粒酶活性的[8]。研究证实，在大多数肿瘤组织中端粒酶有很高的阳性率 （约85%），其中乳腺癌阳性率会更高[9]。 所以，端粒酶是一种具有普遍性和一定特异性的肿瘤标志物。人类端粒酶主要由RNA 成分（hTR）、端粒相关蛋白1（hTEP1）和催化亚单位（hTERT）三个部分组成，其中，hTERT是端粒酶活性的关键，现已有通过检测hTERT 基因的表达来作为临床指标[10]。

1.4 PIK3CA

PIK3CA 基因编码的产物是磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylino-sitol 3-kinase，PI3K）中的一类。PIK3CA 基因突变通过PI3K/AKT 通路引发AKT 持续活化，AKT 是一种丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶，这将抑制细胞凋亡，导致乳腺上皮细胞和成纤维细胞的生长和转化，与乳腺癌的发生发展关系密切[11]。 经过许多研究显示， 乳腺癌中PIK3CA 基因突变率为18%～40%[12]， 被认为是在乳腺癌中除TP53 突变和HER-2 基因扩增之外最为常见和重要的基因改变。虽然目前研究者对于PIK3CA 基因突变与乳腺癌病情评估及预后的关系的说法并不一致，但是该基因突变是一个很有应用前景的治疗靶点。

1.5 肿瘤蛋白p53 基因

TP53 又称为p53。TP53 是一种抑癌基因，能表达肿瘤抑制蛋白，人类许多肿瘤的发生发展都与该基因的突变有关，如乳腺癌、胃肠道肿瘤、肝细胞癌等。 它能够控制细胞分化，并像“分子警察”一样监视着细胞基因组的完整性， 阻止具有癌变倾向的基因发生突变。突变的TP53 不仅失去了抑癌活性，表达的蛋白失去原有功能， 还能与未突变的TP53 的蛋白产物结合使其也丧失抑癌功能，从而诱发肿瘤[13-14]。 遗传性的TP53 基因突变较为少见，发生在小于1%的乳腺癌患者中； 而体细胞的突变较为常见， 占乳腺癌患者的20%～40%[15]。 TP53 基因的突变与体积更大的肿瘤相关，并常在复发的肿瘤中发现TP53 基因突变的存在。

1.6 乳腺癌易感基因1

BRCA1 在维持细胞的正常生长发育方面有着重要作用，它能作为基因组完整性的监护者，修补受损的DNA。 当该基因发生突变，它所拥有的抑癌功能以及它对细胞增殖分化的控制能力就会受到影响。BRCA1 与遗传性乳腺癌和遗传性卵巢癌都有关，有研究证实，在有遗传性乳腺癌家族史的患者中，有更高的突变频率（42.8%）[16]。 可见在有家族史的高危人群中检测BRCA1 突变对乳腺癌和卵巢癌患病风险评估、发病检测及早期诊断都有重要意义。

2 乳腺癌相关基因在临床诊断中的应用

乳腺癌相关基因对于乳腺癌的重要意义使得它们在临床上有广阔的应用前景，现如今一些成熟的发现已经在临床诊断上起到支柱性的作用。

2.1 基因与乳腺癌的发生

在乳腺癌的发生方面， 临床上已证实BRCA1/BRCA2 的突变会增加乳腺癌的发生率，与此同时，卵巢癌等癌症的发生概率也较没有突变的人群高。2013年，著名影星安吉丽娜·朱莉，由于检测到BRCA1 基因遗传缺陷的存在， 估测分别有87%和50%的概率患上乳腺癌和卵巢癌，她便选择了双侧乳腺切除术来降低患乳腺癌风险[17]。 研究已证实，有乳腺癌家族病史的人患乳腺癌的风险会更大，这说明了家族遗传基因在乳腺癌的形成过程中发挥了作用，进一步说明了基因诊断的重要性。

2.2 基因与乳腺癌的病情评估及预后判断

在乳腺癌的病情评估和预后判断方面，基因也扮演着不容忽视的角色。 2000 年，Perou 等[18]对65 例乳腺癌标本和17 株乳腺癌细胞株进行了cDNA 微阵列分析（包含8012 个人类基因），发现同一乳腺癌化疗前后原发灶与转移灶之间的基因表达相对稳定，而不同乳腺癌之间基因表达则存在着较大差别。基于此现象，他们根据基因表达的聚类分析将乳腺癌分为ER+和ER-组：ER+组又被称为Luminal 型， 经过进一步的扩大样本分析将该类型进一步分为腔上皮型乳腺癌A（Luminal A）型和腔上皮型乳腺癌B（Luminal B）型[19]；ER-组被分为3 型：人类表皮生长因子受体2（HER2）过表达型、基底样（Basal-Like）型和正常细胞样（Normal Breast-Like）型。

在临床上，病理检查中的免疫组织化学的结果在一定程度上能反映乳腺癌肿瘤的基因分型，对于肿瘤的转移和预后以及更好地完成个体化治疗都有着指导性的意义。临床上常用的病理检查项目有雌激素受体（estrogen receptor，ER）、 孕激素受体（progesterone receptor，PR）、HER-2、增殖细胞核抗原Ki-67 等。这5种基因亚型都有着各自的特点[20]，接下来分别对它们进行介绍：

2.2.1 腔上皮型乳腺癌A 型 乳腺癌中的50%～60%都属于Luminal A 型乳腺癌， 此型在临床上最为常见，其免疫组织化学的特点是表达ER、PR、 腔上皮细胞角蛋白CK8/18、GATA3，低表达Ki-67，不表达HER-2。这种类型组织学分级低，拥有良好的预后，复发率低。该类乳腺癌在基因表达上， 高表达ER 相关基因，但低表达增殖相关的基因 （如Ki-67）。 该类型的PIK3CA 基因的突变率高（49%），TP53 基因的突变率低（12%）[21]。该类患者对内分泌治疗敏感，治疗药物主要有具有类雌激素作用的药物（如他莫昔芬），并在绝经后的妇女运用芳香化酶抑制剂（aromatase inhibitor，AI），但一般对化疗不敏感。

2.2.2 腔上皮型乳腺癌B 型 Luminal B 型乳腺癌只占到乳腺癌总病例数的10%～20%。 与Luminal A 型相比，该类型乳腺癌的组织学分级较高，预后较差，增殖指数较高。 在基因表达方面，该型有着PIK3CA 基因（32%）突变、TP53 基因（29%）突变、ATM 基因的缺失和MDM2 基因的扩增[21]。 虽然这类患者的预后较A型差， 但其中17%的患者能对新辅助化疗产生反应[22]，并且他莫昔芬和AI 对他们都有效果 （治疗敏感性不如A 型）。

2.2.3 人类表皮生长因子受体2 过表达型 这种基因分型占到了总乳腺癌的15%～20%。 该亚型的特点是过表达HER-2 基因和HER-2 相关基因，并有着增殖指数高、组织学分级高、预后差以及对新辅助化疗的高敏感性的特点。 在HER-2 阳性的肿瘤中，75%的有TP53 基因突变，42%的有PIK3CA 基因突变[21]。 通常内分泌治疗疗效差， 该类患者一般运用抗HER-2 药物（如曲妥单抗）来治疗，现发现新的一类抑制PI3K/AKT/mTOR 通路的化疗药物也能治疗该类患者。该型患者预后较Luminal 型差。

2.2.4 基底样型 Basal-Like 基因分型占到了总乳腺癌的10%～20%，该类型的特点是增殖指数高，组织学分级高。 该类型乳腺癌高表达表皮生长因子受体（EGFR）和基底细胞角蛋白CK5/6，由于免疫组织化学显示不表达ER、PR、HER-2，在临床上被称为“三阴性乳腺癌”。 在Basal-Like 型肿瘤中，TP53 基因的突变率高 （84%）[21]， 造成TP53 功能的缺失。 Basal-Like 型乳腺癌与BRCA1 基因的遗传学突变相关。 由于大多数Basal-Like 型的肿瘤为“三阴性乳腺癌”，所以对这类患者很难找到治疗的靶点，对内分泌治疗及曲妥珠单抗治疗均不敏感，恶性程度高，易复发，预后最差。 该类患者对新辅助化疗敏感。 由于大约20%的患者有BRCA1/BRCA2 的突变[21]，它们可能会对多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1（PARP1）抑制剂治疗敏感[23]。BRCA1 的突变造成了DNA 修复功能的缺陷，通过抑制PARP1 能使双链DNA 的损伤不断积累而引起细胞死亡[22]。 还有一些新的治疗机制，如抑制PI3K/AKT/mTOR 通路和RAS-RAF-MEK 通路也能够改善病情。

2.2.5 正常细胞样型 Normal Breast-Like 型乳腺癌患者数占到了乳腺癌总病例数的5%～10%。 该类型表达脂肪组织中表达的基因，表达基因与乳腺纤维腺瘤及正常乳腺组织相似，不表达ER、PR、HER-2、EGFR 和CK5。 该类型对新辅助化疗最不敏感，但预后较好。

2.3 基因与乳腺癌的治疗

在乳腺癌的治疗过程中，已有许多根据基因差异而出现的个体化治疗方式，如运用他莫昔芬针对雌激素阳性患者的内分泌治疗， 运用曲妥珠单抗针对HER-2 阳性的单克隆抗体治疗等。 最近医学界又有一个突破性的进展：嵌合抗原受体（CAR）技术的治疗应用。在CAR-T 细胞疗法中，能够形成针对肿瘤细胞强有力的特异性的免疫攻击，有多个临床研究已经证实了该治疗方法的振奋人心的治疗效果[24-26]，可能将因此在克服癌症的道路上迈出一大步。

2.4 乳腺癌基因诊断的应用前景

现今临床上乳腺癌应用较多的基因检测大都局限于对于乳腺组织细胞的检测，通过血液这种采集创伤小的标本类型的基因检测项目还很少，它受到检测敏感性和特异性的限制， 临床指导意义还不是很强，但这方面一直是科研工作者们努力的方向。只有在这种采集创伤小、患者易于接受的标本类型中有所发现，才能将基因检测普及至更多的人群，这将为乳腺癌的早期诊断做出巨大的贡献。科学工作者们现正努力通过检测血液标本中残存的极微量肿瘤核酸（DNA/RNA）、肿瘤细胞或肿瘤细胞核酸适配体来进行基因筛查或诊断，达到乳腺癌早诊断早治疗早预防的目的。

至今， 与乳腺癌相关的基因研究已经进行了多年，在基因的作用机制被慢慢发掘出来的同时，研究者们已迫不及待地想将它们应用于临床实践中，这也是当初研究的初衷。根据基因在乳腺癌发生发展中的重要性可知，基因检测技术应用于乳腺癌的临床诊断是一个重要的发展趋势，虽然目前基因检测的特异性和敏感性还有待提升， 但其一定会在不久的将来，为人类对抗癌症做出重大的贡献。

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