MSI结直肠癌的研究进展

马 悦 综述 陶 冀 审校

MSI结直肠癌的研究进展

马 悦 综述 陶 冀 审校

结直肠癌是最常见的恶性肿瘤之一，随着生活水平的提高以及饮食习惯的西化，我国结直肠癌的发病率和死亡率均有上升趋势。结直肠癌的发生发展是一个多步骤、多基因参与的过程，目前认为染色体不稳定(Chromosomal instability，CIN)和微卫星不稳定(Microsatellite instability，MSI)是其发生的主要基因途径，本文就MSI结直肠癌在临床病理及分子特征方面的研究进展进行综述。

MSI；黏液腺癌；PD-1；CIMP；BRAF

结直肠癌(Colorectal cancer，CRC)在西方国家仍然是重大的公共卫生问题，在男性及女性中均为第三大常见肿瘤，5年生存率约为65%，由于筛查计划的进行，2015年有超过70%的新发病例接受了潜在的根治性切除[1]。尽管结直肠癌作为一个独立的疾病，但由于其具有各种基因事件的组合发生及表观遗传学改变等特征，因此对结直肠癌进行更精准的分型意义重大[2]。微卫星不稳定(Microsatellite instability，MSI)的结直肠癌占所有结直肠癌的10%～20%，其中包括散发性结直肠癌(Sporadic colorectal cancer，SCRC)(约占12%)和遗传性非息肉病性结直肠癌(Hereditary nonpolyposis colorectal cancer，HNPCC)/林奇综合征(Lynch syndrome，LS)(约占3%)，超过95%的HNPCC/LS表现为MSI，但只有10%～15%的SCRC表现为MSI[3]。既往研究表明MSI可作为结直肠癌的临床病理特征及预后的生物学标志，并且在结直肠癌的发生发展中，MSI与CpG岛甲基化表型(CpG island methylator phenotype，CIMP)、鼠类肉瘤滤过性毒菌(V-raf)致癌同源体B1(BRAF)等分子表型有着密切的关系[2]。

MSI由DNA错配修复系统缺陷(Deficiency of mismatch-repair，dMMR)引起，表现为简单DNA序列的重复导致的微卫星不稳定状态[4]。DNA错配修复系统进化保守，通过链间的特异性修复途径来纠正DNA复制和校对过程中产生的错配，其作用是消除复制错误、维持基因组稳定性和提高药物的敏感性[5]。DNA错配修复系统包括hMSH2、hMSH6、hMSH3、hMLH1、hPMS、hPMS1及hMLH3等蛋白，正常的DNA MMR功能是由MMR蛋白复合物执行的，MMR复合物由MutL同系物(MLH，PMS系列)或MutS同系物(MSH系列)异源二聚体组成。MutLa(包括MLH1-PMS2异二聚体)和MutSa(包括MSH2-MSH6异二聚体)复合物在人类DNA MMR中起着重要作用，当DNA错配修复基因出现胚系突变时可引起这些蛋白的功能缺失从而导致肿瘤的发生[6-7]。微卫星不稳定的结直肠癌因其独特的基因表型而表现出与Lynch综合征、黏液腺癌、程序性死亡受体1(Programmed death 1，PD-1)、CIMP及BRAF关系密切，并受到广泛关注，本文就MSI结直肠癌的临床病理特征及相关分子特征的研究进展做一综述。

1 MSI的临床病理特征

1.1 MSI与Lynch综合征

Lynch综合征作为结直肠癌中特殊的一类，表现出明显的基因异质性，大多数是由DNA MMR基因(包括MLH1、MSH2、MSH6和PMS2)突变引起，几乎不与BRAF突变同时存在，然而却可与KRAS突变同时存在[8-9]。有研究显示在满足阿姆斯特丹标准的情况下，有高达88%的LS家族成员检测到MMR基因胚系突变进而表现为肿瘤的MSI状态[6]。其中大约70%的Lynch综合征携带MLH1及MSH2突变，其余的则是与MSH6及PMS2突变相关[10]。MLH1启动子甲基化通常发生在MSI SCRC中，但也有研究显示LS的发生也可由MLH1突变引起，主要原因是MLH1的半等位基因甲基化导致了可遗传的表观胚系突变[7，11]。由于上皮细胞黏附分子的最后一个外显子(EPCAM，MSH2上游的一个基因)的胚系缺失，引起了MSH2表观遗传的失活突变，进而导致了Lynch综合征的发生[12]。LS发生的另外一种原因则是“二次打击”学说，即在MSI Lynch综合征中，对等位基因的二次打击可导致LS的发生，而二次打击则认为是通过杂合性缺失(Loss of heterozygosity，LOH)、体细胞突变或启动子甲基化导致剩余的野生型等位基因的体细胞失活[13]。LS很少发生抑制基因和原癌基因的突变，相比于其他CRC，LS通常表现为分化程度差，且其特征为黏蛋白过量、克罗恩样反应及印戒细胞征象，虽然这些特征提示预后差，但在LS却表现出比SCRC更长的生存期，这可能是源于肿瘤浸润T细胞、基因组不稳定性降低了肿瘤的生存能力及LS肿瘤的二倍体特征等因素[14]。Lynch综合征发生的机制颇为复杂，需要更多的研究来探索其遗传的奥秘。

1.2 MSI与黏液腺癌

MSI结直肠癌具有明显的临床病理特征，如表现为分化差或黏液腺癌、发病年龄低、预后较好及好发于右半结肠[15]。此外，既往研究报道显示黏液腺癌也有明显的分子特征，如MSI、CIMP及BRAF的高频突变和APC、p53及KRAS的低频失活突变[16]。目前认为导致黏液腺癌发生的原因可分为两类：一是肠道炎症，二是由于错配修复蛋白表达缺失导致的MSI[17]。Jung等[18]证明不论是近端还是远端结肠甚至不论CIMP的状态，MSI都可以作为CRC细胞外黏液组织形成的重要分子预测因素。Tanaka等[19]的研究也证明了MSI在黏液腺癌更常见，其中27%的黏液腺癌表现为MSI，而仅有12%的非黏液腺癌表现为MSI。对于MSI黏液腺癌预后的探究，Yoon等[20]对2 028名CRC患者进行了分析，其中84名患者的病理类型为黏液腺癌(即黏液成分达到50%以上)，结果显示相比于微卫星稳定(Microsatellite stability，MSS)的CRC，MSI CRC具有更好的4年无疾病生存期(Disease free survival，DFS)及总生存期(Overall survival，OS)。此外，Inamura等[15]对研究数据进行单变量及多变量分析后证明，相比于MSS黏液腺癌，MSI黏液腺癌的肿瘤特异性死亡率更低。总体来说，MSI结直肠癌预后较好[15]，但又常表现为预后不良的病理类型如分化差或黏液腺癌[21]，因此二者之间的关系及分子机制有待进一步研究。

2 MSI的分子特征

2.1 MSI与PD-1

既往研究证明MSI可作为抑制肿瘤PD-1途径有效的生物学标记[22]。PD-1是位于T细胞、B细胞、自然杀伤细胞(NK细胞)上的免疫检查点受体，与其相结合的配体PD-L1则位于肿瘤或间质细胞上，PD-1与其配体PD-L1的相互作用促进了肿瘤免疫微环境的产生[23]。由于MSI CRC具有高负荷突变的特性，其产生的肿瘤特异性新抗原通常是MSS CRC的10～50倍，Llosa等[24]通过对结直肠癌基因组及免疫微环境的分析，发现在未经过化疗的原发性SCRC中有这样一种现象，这表现为一些细胞及细胞因子的高浸润，其中包括活化的CD8+细胞毒性T淋巴细胞(CTL)、活化的辅助性T细胞(Th1细胞)及Th1转录因子(T-bet)。而这一肿瘤几乎都表现为MSI。他们进一步发现相比于MSS CRC，MSI CRC上调了多种免疫检查点的表达，这其中就包括了PD-1。Yuan等[15]在对1 450名CRC进行研究时发现相比于MSS CRC(13.2%)，约有20.6%的MSI CRC表现出克罗恩样淋巴反应、癌周淋巴细胞及肿瘤浸润淋巴细胞。此外，Scarpa等[25]研究了微卫星状态对CRC免疫反应的影响，dMMR的肿瘤表达出更高水平的Th1及CTL，同时高表达CD80。同样Schwitalle等也证明MSI肿瘤免疫检查点蛋白(包括PD-1、PD-L1)的上调使其肿瘤细胞存活，PD-L1的表达不仅存在于肿瘤细胞中，也存在于肿瘤浸润淋巴结和(或)髓细胞[26]。而PD-1/PD-L1免疫疗法是利用人体自身的免疫系统来控制癌症，通过阻断PD-1/PD-L1信号通路使癌细胞死亡，具有治疗多种类型肿瘤的潜力[27]。

2.2 MSI与CIMP

在人类基因中CpG岛所占比例高达40%～50%，CpG岛是一段包含了高频率胞嘧啶和鸟嘌呤核苷酸的基因组，在人类的肿瘤中高频出现的异常CpG岛甲基化称为CIMP[28]。有研究显示，70%～80%的MSI CRC可以归因于CIMP和相关的MLH1甲基化，其机制就是CIMP高甲基化导致MLH1启动子甲基化，从而致使MLH1错配修复基因沉默，最终表现为MSI状态[29]。Jung等[18]证明MLH1甲基化的状态与CIMP CRC的异质性有着密切的关系，MLH1沉默的CIMP阳性CRC的特征是好发于近端结肠、微卫星不稳定、超突变表型及高频的BRAF突变，而MLH1非沉默的CIMP阳性CRC则与高频的KRAS及APC突变相关。CIMP阳性的CRC也具有如下特征：预后不良，好发于女性，多位于近端结肠，分化差，印戒细胞组织类型，锯齿状组织，BRAF V600E突变，MSI[28，30]。既往一些关于微卫星状态、CIMP状态与OS相关性的研究显示，对于MSS的患者来说，CIMP阳性与OS呈负相关；而在MSI的患者中CIMP与OS也表现出一定的相关性，Ward等人发现CIMP阳性与总生存期无相关性，而Rhee等人则证明二者呈负相关[31-32]。此外，Tanaka等[19]对83名SCRC的患者进行了MSI、CIMP、BRAF、KRAS分析，其中79%的MSI表达CIMP，而只有13%的MSS表达CIMP，这预示着CIMP与MSI密切相关。

2.3 MSI与BRAF

BRAF突变在结直肠癌的总体突变率可达到5%～15%，可作为CRC预后不良的预测因素，尤其在MSI CRC中尤为明显，无论是早期阶段还是进展期[33]。与LS不同，MSI SCRC中BRAF V600E的突变率可达到50%，通常伴有BRAF V600E的突变，BRAF基因第600位置的谷氨酸替代了缬氨酸从而导致BRAF突变，包括通过磷酸化丝裂原活化蛋白激酶(MEK)的下游使MAPK途径激活[8，34-35]。根据遗传及表观遗传学可将CRC分为四个不同的分子分型(CMSs)，其中具有MSI和/或BRAF V600E的CRC为CMS1，尽管这一类型的CRC具有较好的DFS，但在这四种类型中表现为较差的复发后生存期(Survival after relapse，SAR)[36]。在PETACC-8和N0147研究中，对3 934名患者进行了预后分析结果显示BRAF V600E是复发时间、SAR和OS更短的独立预测因素[37]。有趣的是在转移性结直肠癌(Metastatic colorectal cancer，mCRC)中，BRAF V600E突变与dMMR状态是相反的预后因素。因此，dMMR状态可能降低BRAF V600E mCRC的复发风险，但是在复发后BRAF V600E积极的预后价值也许会被掩盖，这就解释了BRAF V600E突变与SAR及OS相关，而不是DFS[34]。在一项综合了CAIRO、CAIRO2、COIN和FOCUS的四项研究的汇总分析显示，在dMMR mCRC中，用BRAF的状态来分层分析，相比于BRAF野生型的mCRC来说，BRAF突变型的mCRC在中位无进展生存期(Progression free survival，PFS)和OS上有明显的下降。这项汇总分析的数据表明dMMR提示预后差的价值源于BRAF突变的状态[35]。

3 小结与展望

尽管对于结直肠癌的研究仍在不断的进行着，但其发生发展的机制仍不明确，目前认为结直肠癌的发生发展包括以下几种机制：原癌基因的激活、肿瘤抑制基因的失活、错配修复基因的突变等。MSI与结直肠癌的发生发展有着密切的关系，目前MSI作为国内外学者公认的肿瘤相关因素，已经成为肿瘤领域的研究热点，对于MSI的结直肠癌来说，机制颇为复杂，本文从机制及临床预后分别阐述了LS、黏液腺癌、PD-1、CIMP及BRAF与MSI CRC的关系，未来的目标在于利用精准医疗对患者的基因进行分析，选出最适合患者的个体化治疗方案及对患者的预后做出最准确的判断。

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(收稿：2017-02-27)

Research progress of MSI colorectal cancer

MAYue，TAOJi

Harbin Medical University Cancer Hospital，Harbin 150081，China

Colorectal cancer is one of the most common malignant tumors，with the improvement of living standards and eating habits of Westernization.The incidence and mortality of colorectal cancer are on the rise in China.The development of colorectal cancer is a multi-step，multi-gene involved in the process.At present，chromosome instability(CIN)and microsatellite instability(MSI)are considered to be the main genetic pathways in colorectal cancer.This article reviews research progress of MSI colorectal cancer in clinical pathology and molecular characteristics.

MSI；Mucinous adenocarcinoma；PD-1；CIMP；BRAF

哈尔滨医科大学附属肿瘤医院(哈尔滨 150081)

马悦，女，(1991-)，硕士研究生，从事消化道肿瘤化疗的研究。

陶冀，E-mail：taoji-66@163.com

R735.34

A

10.11904/j.issn.1002-3070.2017.04.017