未分化型甲状腺癌相关基因的研究进展

闯振蕾 王玉君 余红波 曲昌发 崔亚利

(哈尔滨医科大学附属肿瘤医院，黑龙江 哈尔滨 150081)



未分化型甲状腺癌相关基因的研究进展

闯振蕾 王玉君 余红波 曲昌发 崔亚利

(哈尔滨医科大学附属肿瘤医院，黑龙江 哈尔滨 150081)

未分化甲状腺癌；基因；突变

甲状腺癌是最常见的内分泌肿瘤，已经成为增长最快的癌症，在北美，每年被诊断甲状腺癌新发病例约37 000例，而且发病率越来越高〔1〕。按照其恶性程度可分为分化型甲状腺癌(DTC)，低分化型甲状腺癌(PDTC)，未分化型甲状腺癌(ATC)。DTC根据其组织病理学又分为乳头状癌(PTC)和滤泡状癌(FTC) 通过手术切除和131I的辅助治疗，预后良好，治愈率可达90%以上，而ATC由于迅速扩展到颈部，会引起呼吸窘迫和食管梗阻〔2〕，极易出现淋巴结和远处转移，其中位生存期少于6个月，甚至1年内的生存率只有10%〔3〕。然而，目前人们对ATC的分子机制尚不明确，诊断和治疗方法有限，因此，迫切的需要更好的诊断和治疗的方法。到目前为止已被发现的基因改变主要包括BRAF、RAS、ALK、PIK3CA、TP53、CTNMB1、PTEN等，本文根据其遗传特性、作用、致癌机制以及其近期在诊断和治疗方面的研究进展进行阐述。

1 BRAF基因

BRAF基因，位于染色体7q34，是RET和RAS的下游信号分子，RAS/RAF/MEK/MARK信号通路的重要转导因子丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶是由该基因编码的。该信号通路的作用是调节正常甲状腺细胞的增值、分化和凋亡〔4〕。最常见的变异是11和15外显子上的T1799A突变，谷氨酸替代蛋白质产物中600位密码子对应的缬氨酸(V600E)〔5〕。该氨基酸的改变可影响正常情况下维持BRAF非活化状态的连接，使BRAF活化〔6〕。

近年来，研究发现BRAF基因突变与ATC的变异性有着较强的关联性，约20%～40%的ATC能够检测出BRAF基因突变〔7〕。研究显示BRAF基因突变促进肿瘤的侵袭和迁移，导致肿瘤向包膜外侵犯、远处转移和复发〔6〕。临床研究发现，该突变与甲状腺癌的区域淋巴结转移和TNM分期呈正相关。

甲状腺癌的放射性131I治疗是通过钠碘转运体(NIS)介导的，BRAF基因突变能抑制NIS的表达和NIS的膜定位，造成NIS错误定位于细胞质，病灶摄碘能力下降。对于ATC，由于BRAF基因的活化导致丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路的异常激活，该通路作为分子靶点展开的分子靶向治疗已取得良好的效果，它是通过抑制Raf激酶(MAPKK通路关键蛋白)阻断MAPK通路的活化达到治疗目的。BRAF基因的突变表现出对BRAF抑制剂的敏感性，这也许是基因改变的肿瘤中对药物敏感性最强的〔9，10〕。已报道，一位51岁的ATC患者，应用一种强化的BRAF抑制剂(vemurafenib)，彻底解决了该肿瘤的肺转移〔11〕。基于以上的研究结果，强烈建议每位ATC患者都应该常规检测V600E，而BRAF抑制剂作为常规治疗方案需要更多的研究证实〔11〕。

2 TP53基因

TP53是在恶性肿瘤中发生突变几率最高的基因，位于17号染色体上，由11个外显子和10个内含子组成，其突变主要在第175位和248位密码子。该基因是重要的肿瘤抑制基因，其生物学作用是调控细胞周期，促进细胞周期停滞于G1/S，促进细胞凋亡和DNA修复，维持基因的稳定性。当DNA损伤时，p53蛋白积聚，停止复制，提供足够时间等待DNA修复；当DNA修复失败时，p53则通过细胞程序化死亡机制引发细胞自杀，抑制肿瘤的发生〔12〕。

TP53参与许多人类肿瘤的恶性转化过程，尤其是在上皮组织发生的肿瘤中。

在ATC中TP53基因突变率达到50%～80%，明显高于甲状腺良性结节和DTC〔5〕。Quiros等〔13〕通过免疫组化方法对ATC患者进行分析，发现该基因突变率达到88%。该基因突变可能与肿瘤的恶性程度和失分化关系密切，已有文献报道该基因突变已被应用于分子靶向治疗。通过导入野生型p53恢复p53的表达是目前研究最直接最有效的方法，病毒介导的野生型p53的导入已经广泛应用于肿瘤治疗试验模型和临床试验中。

3 RAS基因

KRS、NRAS和HRAS都属于RAS基因家族，该基因是一种原癌基因，存在于细胞膜内侧，负责激活多种信号通路，如RAS-RAF-MEK-ERK和磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)/AKT1信号通路，RAS编码一种同源性G蛋白，具有GTP酶活性，它在传递细胞生长、分化信号方面起重要作用〔14〕，主要在N端第12、13及61位氨基酸发生点突变，又以第61位最常见。RAS基因突变，其表达产物RAS蛋白发生构型改变，抑制其内在GTP酶活性，引起细胞大量增殖，发生恶性转化。

在多种肿瘤中都有RAS基因突变，被发现最多的是发生在头颈部的肿瘤〔14〕。在甲状腺癌中，ATC和FTC中突变率高，在PTC中很少被检测到。在ATC中突变率约20%～40%。研究表明，小分子抑制剂由于其很难抑制RAS与胞质内GTP梅的高亲和力，很难达到预期的效果〔15〕，目前的研究热点针对信号通路上下游的组成成分，例如MAPKs〔16〕。RAS基因突变可以看作早期突变，多项研究提出该基因突变可能发生于由DTC失分化而来的ATC中，其原因是RAS突变诱发细胞的多种基因和分子紊乱，尤其是引起染色体稳定性的改变〔17〕。

4 PIK3CA基因

PIK3CA基因位于第3号染色体，是细胞内v-p3k癌基因(逆转录病毒)的同系物，编码Ⅰ类PI3K的P110a催化亚单位(PI3Kp110a)。PI3K是PTEN/PI3K/AKT信号通路的重要组成部分，该通路功能包括调控细胞周期，细胞存活、黏附、移动、扩散和血管的生成〔6〕。该基因突变多发生在螺旋区(外显子9)和激酶区(外显子20)两个热点，其突变可能引起PI3K的催化活性增强，刺激下游的AKT，导致细胞凋亡的减少，导致肿瘤浸润。

该基因在前列腺癌、乳腺癌、卵巢癌、结肠癌、黑色素瘤、子宫内膜癌等多种肿瘤中发生突变，以脑肿瘤最多见。PIK3CA可以充当ATC的致癌基因，在ATC中，PIK3CA突变率为10%～20%〔18〕。Rizzo等〔16〕提出在ATC中PIK3CA突变率明显高于分化较好的甲状腺癌，由于它的激活致癌活性的能力，作为靶向药物治疗的研究热点，口服PIK3CA抑制剂作为靶向药物已进入临床试验。

5 CTNNBI基因

CTNNB1基因(又称β-catenin基因)，为原癌基因，编码β连环蛋白。该蛋白的功能是参与细胞间黏附和信号的传递，作为经典Wnt信号通路关键的下游组件，调控细胞发育、分化与组织的平衡〔14〕。该信号通路的过度传导和异常活化导致细胞的恶性转化。正常状态下，细胞内仅有少量的β-catenin蛋白，并处于游离状态，CTNNB1基因突变会使该蛋白维持稳定，大量累积并进入细胞核内，继而激活Wnt信号通路，促进细胞增殖、浸润、新生血管形成，引发肿瘤的发生。

前列腺癌、子宫内膜癌、肝癌、胃癌等实体肿瘤中能检测到CTNNB1基因突变，在ATC患者中该基因的突变率为5%～60%〔19〕。该基因突变相对于DTC，与ATC有明显的相关性〔9，26〕。目前的研究热点围绕在抑制异常的WNT信号通路，有研究表明常规的非甾体抗炎药能够降低多种肿瘤的发生率，并且能通过降解β-catenin抑制WNT信号通路〔20〕。其他有前景的治疗方案，包括小分子抑制剂如氯化锂，它可以调节WNT信号通路级联、阻断WNT信号，抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡〔21〕。

在ATC中以上基因可以同时表达，CTNNB1突变引起β连环蛋白异位到细胞核内，可能会伴随其他基因的改变，如KRAS和TP53基因〔21，22〕。另外，一些有PIK3CA基因突变的患者同时也表现出BRAF基因和RAS基因的突变。

BRAF和RAS基因突变通常存在于分化型甲状腺癌，这些突变可以看作在甲状腺癌进展中早期行为〔5〕，包括p53基因突变会引起分化较好的甲状腺癌向未分化甲状腺癌转化。

6 PTEN基因

PTEN基因是首次发现的具有磷酸酶活性的抑癌基因，在多种细胞间信号传导中起重要作用，最经典的是对PI3K-AKT/PKB信号通路的阻滞，使细胞周期停止在G1期，抑制细胞生长。同时该基因与细胞黏附、迁移等行为有关，其突变主要在第5、7、8外显子，细胞失去生长抑制，增值失控，引发肿瘤。

大多实体肿瘤中如恶性胶质瘤，乳腺癌以及淋巴瘤等中存在PTEN基因突变，由于该基因为抑癌基因，在甲状腺癌中，其表达水平降低。ATC中表达水平比分化较好的甲状腺癌更低。研究表明，甲基化的PTEN处于静止状态，表达呈现低水平，与良性甲状腺腺瘤向ATC转化有着密切的关系〔6〕。

已经被报道PTEN基因突变率在ATC中为5%～15%〔5〕。目前，该基因因具有诊断价值而成为研究热点，利用细针穿刺细胞学检查，在术前作为诊断甲状腺癌的辅助标志物。在治疗方面，恢复PTEN基因抑癌活性非常困难，研究集中在与PI3K抑制剂共同作用于PI3K途径。

7 ALK基因

ALK基因最早发现是在间变性大细胞淋巴瘤的一个亚型中，又称为间变性淋巴瘤激酶，位于人类染色体2p23，是酪氨酸激酶受体的胰岛素受体亚家族成员之一。

ALK基因是以与其他基因经过重排而融合的形式存在，ATC的侵袭性与 ALK基因融合有关。其中，在甲状腺癌中最常见与ALK基因重排形成的融合基因是STRN基因，STRN-ALK基因融合导致ALK激酶构型改变，甲状腺细胞增值，导致肿瘤的发生〔23〕。另外，人类棘皮动物微管相关蛋白样4(EML4)基因也被发现可以与ALK基因融合〔12〕，该基因融合在肺癌中常见。

小分子ALK抑制剂已经在其他肿瘤治疗中得到显著效果，在ATC的体外研究中，相对于常规化疗降低20%的扩散率，利用抑制ALK基因融合能够降低65%的ATC扩散〔12，23〕。

8 NIS基因

NIS是甲状腺细胞膜上的一种跨膜糖蛋白，主要表达在滤泡细胞的基底膜上，在唾液腺、乳腺、胰腺、心脏等其他组织上也有少量表达。其功能是借助细胞膜上的Na+/K+-ATP酶产生和维持的跨膜梯度，根据浓度的不同由低到高转运碘，并能够对碘进行有机化。该基因的表达和调控，受碘、促甲状腺激素、甲状腺球蛋白、细胞因子等一系列因素的影响。

近年来研究表明，大多数分化良好的甲状腺癌能高表达NIS，可运用131I核素治疗，已经取得肯定的临床疗效〔24〕。而在ATC中，基本无NIS的表达，对131I的治疗不敏感。Ke等〔25〕通过转基因技术与放射性碘治疗技术的有机结合，使其摄碘能力明显升高，该方法在动物实验上已获得初步成功。也有研究证实NIS的表达量的降低与NIS DNA的甲基化有关，因此，NIS的去甲基化研究是另一个突破点。

9 ATM基因

ATM为共济失调毛细血管扩张突变基因，属于肿瘤抑制基因，是人类常染色体隐性遗传病共济失调毛细血管扩张症(AT)的致病基因。该基因为PI3K家族成员之一，功能是调控细胞周期、参与 DNA 修复以及保持端粒长度。ATM基因的突变，会引起基因组不稳定、免疫缺陷、对电离辐射敏感性增高以及肿瘤倾向性增高。

在淋巴系统肿瘤、肺癌、胃癌和乳腺癌等恶性肿瘤的发生、发展过程中与ATM基因突变密切相关；而在甲状腺癌中，Damiola等〔26〕发现ATM基因多态性与甲状腺乳头状癌显著关联。对于ATC的治疗，就其突变对电离辐射敏感性增高的特性，联合131I核素治疗有待进一步研究。

10 γ-H2AX 基因

在细胞核内，真核细胞DNA与组蛋白以核小体的形式存在。组蛋白包括H1、H2A、H2B、H3和H4。而组蛋白H2AX是H2A的一个亚型。其结构域中的Ser残基可被ATM和DNA-PK(DNA依赖性蛋白激酶)磷酸化成γ-H2AX，在DNA损伤修复和基因组稳定的维持中起重要作用。正常细胞DNA发生断裂时，断裂处组蛋白H2AX发生磷酸化成γ-H2AX，对损伤进行修复。

γ-H2AX 基因在肿瘤治疗中应用广泛，有学者通过比较不同辐射敏感性的肿瘤细胞和正常细胞γ-H2AX的消失速率后发现，其分子数目和聚集成灶点的数目下降至一半时间与克隆存活率有着良好的相关性。抵抗辐射的能力越强，耗时越短。对于ATC患者，可以利用该基因的消失速率，预测患者辐射敏感性，对临床治疗剂量的选择具有指导意义。

除以上基因外，近年来，对于ATC相关的肿瘤标记物的研究进展显著，包括甲状腺球蛋白(TG)、抗人白细胞抗原单克隆抗体系统等。如CD97在分化性甲状腺癌中呈低表达或不表达，而在ATC中表现为高表达，可利用这一特性作为ATC诊断及伴有转移预后的标志物。

11 小 结

ATC由于其不稳定的遗传特性和复杂的基因改变，在过去30年里存活率没有明显的改变，常规的手术切除，放射性131I辅助治疗以及化疗是远远不够的。基于以上对ATC基因改变特征的研究结果，有望找到新的药物和有效的治疗方案；而在诊断方面，有望做到早期诊断，降低误诊率。

12 参考文献

1 Jemal A，Siegel R，Ward E，etal.Cancer tatistics，2009〔J〕.CA Cancer J Clin，2009;59(4):225-49.

2 Akaishi J，Sugino K，Kitagawa W,etal.Prognostic factors and treatmentoutcomes of100 cases of anaplastic thyroid carcinoma〔J〕.Thyroid，2011;21(11):1183-9.

3 O′Neill JP,Shaha AR.Anaplastic thyroid cancer〔J〕.Oral Oncol，2013;49(7):702-6.

4 Leonardi GC，Candido S，Carbone M,etal.BRAFmutationsin papillarythyroid carcinoma and emerging targeted therapies Review)〔J〕.Mol Med Rep，2012;6(4):687-94.

5 Nikiforov YE,Nikiforova MN.Molecular genetics anddiagnosis of thyroid cancer〔J〕.Nat Rev Endocrinol，2011;7(10):569-80.

6 Lee J，Hwang JA，Lee EK.Recent progress of genomestudy for anaplastic thyroid cancer〔J〕.Gen Informat，2013;11(2):68-75.

7 Smallridge RC，Marlow LA，Copland JA.Anaplastic thyroidcancer：molecular pathogenesis and emerging therapies〔J〕.Endocr Relat Cancer,2009；16：17-44.

8 Riesco-Eizaguirre G，Rodríguez I，Dela Vieja A,etal.The BRAF V600E oncogene induces transforminggrowth factor beta secretion leading tosodium iodide symporter repression and increasedmali-gnancy in thyroid cancer〔J〕.Cancer Res,2009；69：8317-25.

9 Wagle N，van Allen EM，Treacy DJ,etal.MAP kinasepathway alterations in BRAF-mutant melanoma patients withacquired resis-tance to combined RAF/MEK inhibition〔J〕.Cancer Dis，2014;4(1):61-8.

10 Barretina J，Caponigro G，Stransky N,etal.The Cancer Cell Line Encyclopediate enables predictive modelling of anticancer drug sensitivity〔J〕.Nature，2012;483(7391):603-7.

11 Rosove MH，Peddi PF，Glaspy JA.BRAF V600Einhibition in anaplastic thyroid cancer〔J〕.N Engl J Med，2013;368(7):684-5.

12 Demeure MJ，Aziz M，Rosenberg R，etal.Whole-genome sequencing of an aggressiveBRAF wild-type papillary thyroid cancer identified EML4-ALKtranslocation as a therapeutic target〔J〕.World J Surg，2014;38(6):1296-305.

13 Quiros RM，Ding HG，Gattuso P，etal.Evidencethat one subset of anaplastic thyroid carcinomas are derivedfrom papillary carcinomas due to BRAF and p53 mutations〔J〕.Cancer 2005；103：2261-8.

14 Pylayeva-Gupta Y，Grabocka E，Bar-Sagi D.RAS oncogenes：weaving a tumorigenic web〔J〕.Nat Rev Cancer，2011;11(11):761-74.

15 Burns MC，Sun Q，Daniels RN,etal.Approach fortargeting Ras with small molecules that activate SOS-mediatednucleotide exchange〔J〕.Proc Natl Acad Sci U S A，2014;111(9):3401-6.

16 Rizzo G，Black M，Mymryk J，etal.Defining the genomic landscape of head and neck cancersthrough next-gener ation sequencing〔J〕.Oral Dis，2015;21(1):e11-24.

17 Howell GM，Hodak SP，Yip L.RAS mutations inthyroid cancer〔J〕.Oncologist,2013；18：926-32.

18 Xing M.Molecular pathogenesis and mechanisms of thyroidcancer〔J〕.Nat Rev Cancer，2013;13(3):184-99.

19 Caronia LM，Phay JE，Shah MH.Role of BRAF inthyroid oncogenesis〔J〕.Clin Cancer Res，2011;17(24):7511-7.

20 Takemaru KI，Ohmitsu M，Li FQ.An oncogenichub：beta-catenin as amolecular target for cancer therapeutics〔J〕.Handbook Exp Pharmacol，2008;(186):261-84.

21 Anastas JN,Moon RT.WNT signalling pathways astherapeutic targets in cancer〔J〕.Nat Rev Cancer，2013;13(1):11-26.

22 Chien W,Koeffler HP.Molecular biology of thyroid cancer〔J〕.Thyroid Cancer，2012;30:35-43.

23 Kelly LM，Barilab G，Liu P,etal.Identification of the transforming STRN-ALK fusion as a potential therapeutictargetin the aggressive forms of thyroid cancer〔J〕.Proc Nat Acad S U S A，2014;111(11):4233-8.

24 Kogai T，Brent GA.The sodium iodide symporter (NIS)：regulation and approaches to targeting forcancer therapeutics〔J〕.Pharmacol Ther，2012;135(3)：355-70.

25 Ke CC，Hsieh YJ，Hwu L，etal.Evaluation of lentiviralmediated expression of sodium iodide symporter inanaplastic thyroid cancer and the efficacy of in vivo imagingand therapy〔J〕.J Oncol，2011;2011：178967

26 Damiola F，Byrnes G，Moissonnier M，etal.Contribution of ATM and FOXEI(TTF2) to risk of papillary thyroid carcinoma in Belaru-sian children exposed to radiation 〔J〕.Int J Cancer，2014;134(7)：1659-68.

〔2016-07-19修回〕

(编辑 曲 莉)

国家自然科学基金资助项目(81271526)

崔亚利(1968-)，男，博士，主任医师，主要从事肿瘤核医学研究。

闯振蕾(1990-)，女，硕士，主要从事肿瘤核医学研究。

R736.1

A

1005-9202(2016)22-5736-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.22.114