肺癌全基因组关联研究进展

杨兴礼+++++付永全++++++刘小军++++++张玮++++++陶涛

[摘要] 近年来，肺癌全基因组关联研究不断在世界各地实施，研究对象从最初的单一欧洲人群到扩大至多种族多中心的人群，并逐步根据吸烟、性别、污染、药物作用等背景情况作了细分研究。近年来高密度芯片/测序技术的应用帮助研究人员发现了一系列在不同背景下，和不同肿瘤类型相关的基因位点突变，有部分有一定的健康和临床指导价值。本文对近年来肺癌全基因组关联发现的染色体遗传易感基因多态位点进行总结，作此综述。

[关键词] 全基因组关联研究；肺癌；遗传变异；单核苷酸多态性；基因组

[中图分类号] R734.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）10（c）-0034-04

The progress of GWAS in lung cancer research

YANG Xingli1 FU Yongquan1 LIU Xiaojun2 ZHANG Wei2 TAO Tao2

1.Bringspring Science and Technology Co.， Ltd.， Liaoning Province， Shenyang 110027， China； 2.Hangzhou Miti-Genomics Co.， Ltd.， Zhejiang Province， Hangzhou 310053， China

[Abstract] In the last decade， there have been numerous genome-wide association studies for lung cancer. The studies′ target population have expanded from Caucasians to multi-racial， incorporating the disease and genetic relations with environment factors， such as smoking， air pollution， gender and drug effects for deeper understandings. Through these studies， researchers discover series of genetic mutations related to different cancer types using high-density microarray and next generation sequencing technologies. Some of these mutation findings have high values in health management and clinical usages. This article systemic reviews current genome-wide association studies for lung cancer.

[Key words] GWAS； Lung cancer； Genetic variant； SNP； Genome

肺癌已成為我国发病率和死亡率最高的一种癌症。据《2015中国癌症统计》显示，中国男性肺癌的发病率为50.9/10万人年，中国女性肺癌的发病率也达22.4/10万人年[1]。肺癌是环境和遗传因素共同作用的结果，80%以上的肺癌和烟草接触有关，但仅有不到20%的吸烟人发生肺癌[2]，这说明遗传因素在肺癌发病中起重要作用。因此，研究肺癌发病中涉及的生物学通路、发现肺癌相关变异位点，在预测、诊断、治疗、预后等方面具有重要临床价值。早期研究使用候选基因法[3]，一次检测一个或几个基因多态性，但单个基因上的变异对癌症的作用是微效的，肿瘤的发生是多个变异累积作用的结果[4]。为全面研究与癌症易感性相关的遗传变异，从全基因组水平对单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）进行筛选和识别的全基因组关联研究（genome-wide association study，GWAS）应运而生。

GWAS研究采用高通量的高密度基因芯片或测序仪，分析几十万甚至上百万个涵盖人类基因组范围的遗传变异，采用较大的病例-对照研究样本量，发现与疾病相关的阳性位点，再以独立的验证和筛选得到与该疾病关联最为密切的易感性点。迄今为止，利用GWAS已经发现了一些与肺癌相关联的疾病易感基因、区域和位点。为进一步研究肺癌的遗传机制，笔者特对肺癌GWAS研究进展作一综述。

1 易感人群

1.1 欧洲人群

自2008年起，有多个肺癌GWAS研究在欧洲人群中实施，最先发现的高风险基因区域位于染色体15q24～15q25，之后在染色体5p15、6p21区域上也找到多个和肺癌相关的SNP位点[5-6]。这些研究发现，定位于染色体15q上的CHRNA3、CHRNA5基因，5p上的TERT-CLPTM1L基因和6p上的BAT3-MSH5基因的多个位点变异与肺癌风险强烈相关。其中，15q25.33上的rs1051730高风险变异在多个独立肺癌GWAS研究中被发现，但此变异的作用机制和影响程度的结论不尽相同。Han等[7]通过META分析相关肺癌GWAS研究的数据，收录31个独立研究成果，作出综合进行调整后的结论，使得对rs1051730在肺癌中的作用认识更加客观真实。

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一个已知肺癌危险因素。Artigas等[8]通过GWAS研究，发现和COPD相关的多个位点。Liu等[9]对这些位点区域进行定向测序后GWAS分析，发现CCDC147基因和DBH基因各有一个罕见突变是家族性遗传罕见肺癌的高风险位点，和吸烟导致的气道功能变相关。Wang等[10]使用一款包含24万个低频变异探针的芯片，对4个欧洲人群的肺癌GWAS数据集进行分析，首次发现位于BRCA2基因的一个罕见变异与肺癌易感性相关。研究佐证了先前的CHEK2基因与鳞状细胞癌存在联系的研究结果，并首次在欧洲人群发现rs13314271变异和肺腺癌相关，此变异最先由Miki等[11]在亚洲人群中发现。McKay等[12]主导的迄今为止的最大的一个肺癌GWAS研究，收入14 803例肺癌样本和12 262例对照样本，定位出18个肺癌易感基因座，10个为新发现基因座，其中4个与肺癌整体发病相关，另6个和腺癌发病相关。研究发现，8p21上的高风险位点rs1178047携带者有更强的吸烟倾向和更早的吸烟年龄，但和开始吸烟后的成瘾性无关。endprint

1.2 亚洲人群

2011年我国Hu等[13]发表了第一篇汉族人群肺癌GWAS研究结果，对2383例肺癌病例和3160例对照病例进行了芯片扫描，在一个包含6313例患者和6409例对照的样本中进行验证。研究发现了4个染色体区域的遗传变异与中国人群肺癌发病显著相关，其中13q22区域的rs753955，22q12区域的rs17728461和rs36600是中国人群特异性的肺癌易感位点变异。2012年Dong等[14]在中国人群中的研究共纳入7463例肺癌患者和7483名对照者，又发现3个与中国人群肺癌相关的新易感位点，分别是10p14上的rs166 3689， 5q32上的rs2895680和20q13.2上的rs4809957。研究也发现rs2895680、rs4809957、rs247008和rs9439 519和吸烟数量相关。Bae等[15]用GWAS方法研究已在其他人群发现的肺癌基因高风险变异在韩国人群中的分布和作用，发现15q25.1和5p15.33上的rs2036527和rs2853677也为韩国人群的高风险位点，6p21上3个在欧洲人群中常见的高风险位点rs3117582、rs3131379和rs4324798在韩国人群中极少发生且和肺癌發病不相关。在先前的GWAS研究中，在15q25区域内发现了大量和尼古丁成瘾相关高风险位点。我国Cheng等[16]利用重测序深度分析了该区域，发现rs6495304和rs74733525两个全新汉族人群肺癌特异性位点（白人中罕见）。该研究表明，rs6495304和吸烟行为及脑组织中的CHRNA3表达密切相关，可能对尼古丁成瘾有影响。

1.3 非洲裔人群

美国非裔人群的吸烟率低于高加索人群，但肺癌发病率要高于高加索裔，且死亡率高[3]。Patel等[17]对美国非洲裔、夏威夷裔、日本裔、拉丁裔和白人的吸烟者进行了10年的追踪，发现非洲裔人群尿液中尼古丁类似物，3-PheOH酶和强致癌物PheT显著高于其他人群。通过GWAS分析，将相关的变异定位在GSTT1和GSTT2基因，该基因作用为调控多芳香环族物质的体内解毒过程，但未明确位点。Zanetti等[18]进行了一项多中心非裔美国肺癌患者的GWAS研究，在866例患者和796例对照者中进行验证，发现位于15q25.1和5p15.33上的rs2036527和rs2853677分别影响CHR？鄄NA5和TERT基因，与欧洲白人、东亚人群相同，为肺癌高风险位点。

2 环境与肺癌的作用

空气污染和吸烟是肺癌发病的重要危险因素。Wei等[19]通过GWAS研究了石棉污染下的肺癌风险，观察到C7orf54基因上的的rs13383928和肺癌相关性最显著，但差异无统计学意义。Liu等[20]的GWAS研究也证实MIRLET7BHG基因上的多个SNP位点和石棉污染导致的肺癌相关，在女性中更具风险性，但也未显示统计学意义上的明显差异。

在东亚国家，女性中不吸烟者居多，且不吸烟女性患肺癌时腺癌为常见类型。因此，多个女性非吸烟者肺癌GWAS实验在东亚各国实施。Hosgood等[21]对3467例肺癌女性和3787例对照女性进行GWAS研究，证实TP63上的rs10937405和rs4488809是东亚女性肺腺癌的高风险位点，且rs10937405影响更大。Lan等[22]在亚洲非吸烟女性肺癌患者中进行了一个收录共计5510例肺癌患者及4544例对照者的GWAS研究，发现10q25.2、6q22.2和6p21.32上的共3个非吸烟女性肺癌易感位点，并证明位于15q25内的易感位点只在吸烟女性人群中显著增加肺癌风险。

我国Zhang等[23]实施的中国吸烟人群的肺癌GWAS研究发现，14q22.1上的rs1316298和15q22.32上的rs4589502两个和吸烟相关的肺癌风险位点。同时发现携带rs1316298的TT基因型或者rs4589502的CT或TT基因型人群，吸烟对其具有更大危害效应，对此类人群，应当禁烟。

3 肺癌预后药物敏感性

除了研究与肺癌发病相关的遗传变异之外，人体对癌症治疗的药物敏感性和预后也是临床遗传学研究的重要内容。已有学者使用GWAS研究方法考察变异和各种类型肺癌生存期的关系。Tang等[24]发现，CAMK2D基因上的rs10023113可能可作为汉族人早期非小细胞肺癌生存期预测的一个指标。Sato等[25]发现，EIF4E2基因上的rs1656402，ETS2基因上的rs1209950，DSCAM基因上的rs9981861，与以铂类和紫杉醇药物治疗的晚期非小细胞肺癌患者生存期减少有关。Wu等[26]发现，CMKLR1基因上的rs1878022，SORCS2基因的rs10937823也和铂类治疗的多个种族患者生存期相关。Hu等[27]通过GWAS发现5个SNP与中国肺癌患者生存期相关，其中的rs7629386和rs3850370作用与欧美研究报道的一致。Wu等[28]分析全基因组SNP与小细胞肺癌患者铂类药化疗敏感性及生存期的关系，首先发现YAP1基因上的rs1820453，以及DYNC2H1基因下游的rs716274与患者生存期相关。但总而言之，以GWAS方法研究遗传变异和肺癌患者生存期和药物敏感性虽有一系列结果，但可重复性差，不可作为临床参考，可能与肿瘤异质性和入组患者数量不足有关。

4 信号通路肺癌GWAS研究

GWAS通路分析是将GWAS所检测的遗传变异按可能的生物学通路排列，并比较各个通路在病例组和对照组中的差异，有利于发现新的与疾病关联的基因集合。Shi等[29]在欧洲肺鳞癌人群中，利用GWAS研究炎性反应通路中数条信号通路的差异，发现12p 13.33上的rs6489769是RAD52基因的高风险位点，可能影响染色体同源重组时DNA双链修复过程。Spitz等[30]发现CVR1B基因内含子区域的rs12809597，是二手烟导致的肺癌的高风险位点，这和CVR1B参与气道重塑的功能相符。Feng等[31]利用通路GWAS分析，发现位于T细胞蛋白酪氨酸磷酸酶信息通路上的基因PTPN2有两个高风险位点rs2847297和rs2847282，且有作为肺癌诊断的潜力。endprint

5 討论与展望

GWAS开创了研究肿瘤遗传易感基因的新时代，虽然在肺癌GWAS领域我国起步较晚，但近几年来中国科学家团队在此领域有多篇高影响因子科研结果论文发表，整体已接近世界先进水平，但肺癌遗传病因学的研究工作仍然任重道远。首先，目前GWAS所用芯片只能检测变异频率较高的SNP，但可能存在“罕见变异-常见疾病”的情况被忽视，需要更大样本量，或者测序技术/低频芯片的大量应用。其次，DNA拷贝数变异、缺失/插入、甲基化对肺癌作用仍缺少研究。第三，有些遗传风险因素只在有环境风险因素存在时显现效应，如中国女性的肺癌可能和中国女性从事烹饪工作较多有关，所以在研究中应尽可能整合已知的环境因素进行分析。第四，要将研究成果应用于实际，即应用于肺癌的个体化预警、预防、干预和治疗中。这些工作都有很大的难度，但同时也具有很大的机遇。

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（收稿日期：2017-07-07 本文編辑：程 铭）endprint