采用cBiPortal数据库分析消化系统易突变基因 变异在食管癌胃癌中的临床意义

郝繁运

作者单位：100176 北京，北京艾德摩医学检验实验室

在我国，胃癌和食管癌是病死率最高的第三和第四大癌症，80%的胃癌患者在确诊时已处于晚期，据美国癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas， TCGA）研究，根据聚类结果将原发性胃癌分为4个 亚型，分别为微卫星不稳定型（microsatellite instability， MSI）、染色体不稳定型（chromosome instability，CIN）、 EB病毒感染以及基因组稳定型（genomically stable，GS）。其中MSI胃癌常伴有TP53基因突变、酪氨酸激酶受体基因〔如表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）、酪氨酸激酶受体2（V-erb-b2 avian erythroblastic leukemia viral oncogene homolog 2，ERBB2）、成纤维生长因子受体2（fibroblast growth factor receptor 2，FGFR2）等〕扩增，以及KRAS、NRAS、血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）等基因变异［1］。

食管癌的基因改变涉及EGFR、人表皮生长因子受体-2（human epidermal growth factor receptor 2， HER2）、c-MET、PIK3CA、AKT等，美国食品和药物管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准用于食管癌的靶向药物较少，主要为曲妥珠单抗和雷莫芦单抗，除曲妥珠单抗外，近10年来食管癌靶向治疗的进展令人失望，国际随机试验研究了EGFR、MET/hGF、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）、VEGF和FGFR通路相关的基因靶向治疗药物，但均未成功。本研究从cBiPortal网站公开资料中下载TCGA数据库提供的2803例食管癌胃癌患者的2870份样本的基因表达谱和临床资料，旨在对食管癌胃癌患者进行基因分析，探讨基因突变的规律和潜在的治疗意义，现将结果报告如下。

1 14项研究的基因突变率

分析cBiPortal数据库中的食管癌胃癌病例，包括14项研究，涉及2803例患者的2870份样本，以及TP53、ERBB2、PIK3CA、KRAS、EGFR、VEGFA、PTEN、MTOR、MET、KDR、AKT111个基因，2803例 患者中有2218例（占79%）发生基因突变，2870份 样本中有2275份（占79%）发生基因突变，MET、KDR、AKT1的突变率均小于5%。见表1。

表114 项研究中不同癌症类型的基因突变情况比较

1.1 14项研究基因突变率概况 美国纪念斯隆-凯特琳癌症中心在2020年进行了一项涉及487例胃癌和食管癌患者样本的研究，通过MSK-IMPACT基因测序产品对487份样本的TP53、ERBB2和9个 其他基因正常配对进行靶向测序检测，其中428份样本（占88%）的上述11个基因发生改变。2项研究涉及227份食管鳞状细胞癌患者样本，其中165份 样本（占73%）中的上述11个基因发生改变。4项研究涉及979例食管胃腺癌患者的1046份样本，其中792例（占81%）患者的849份（占81%）样本中上述11个基因发生改变。2项研究涉及333份食管腺癌患者样本的TP53、ERBB2和9个其他基因，其中288份（占86%）样本的上述基因发生改变。5项研究涉及777份胃腺癌患者样本，其中545份（占70%）样本的上述11个基因发生改变。

1.2 按不同肿瘤分类方式比较cBiPortal数据库中食管癌和胃癌样本的基因突变 分别按照研究分组和肿瘤类型分组进行比较，可见在14项研究中，各种类型的基因改变均较常见。

1.2.1 按14个癌症类别比较 14项研究中基因突变率为36.81%～84.09%，每项研究涉及患者都存在基因突变。突变是基因组DNA分子发生的可遗传变异，扩增、深度删除和多重改变仅发生在7项研究中。扩增和深度删除的发生率均较低，前者一般低于10%，后者低于4%。在14项研究中虽然仅有7项出现多重改变，但其发生频率较高（25.73%～ 53.85%）。食管腺癌（TCGA，PanCancer Atlas）182例 患者中有95.05%发生基因改变。见图1A。食管癌/胃癌（MSK，2020）487例中有87.89%发生基因改变；转移性食管胃癌（MSKCC，Cancer Discovery 2017） 341例中有86.80%发生基因改变；食管鳞状细胞癌（ICGC， Nature 2014）88例中有84.09%发生基因改变；食管癌（TCGA，Nature 2017）541例中有83.73%发生基因改变；食管癌-TRAP项目（MSK，Lancet Oncol 2020）63例中有82.54%发生基因改变；胃腺癌 （TCGA，Firehose Legacy）443例中有77.43%发生基因改变；食管腺癌（DFCI，Nat Genet 2013）151例中有76.16%发生基因改变；胃癌（OncoSG，2018）147例中有71.43%发生基因改变；胃腺癌（Pfizer and UHK，Nat Genet 2014）100例中有70.00%发生基因改变；胃腺癌（UHK，Nat Genet 2011）22例中有68.18%发生基因改变；食管鳞状细胞癌（UCLA，Nat Genet 2014）139例中有65.47%发生基因改变；胃腺癌（TMUCIH， PNAS 2015）78例中有61.54%发生基因改变；胃腺癌（U Tokyo，Nat Genet 2014）30例中有40.00%发生基因改变。

1.2.2 按5个癌症类别比较 根据组织来源将研究分为5类，基因突变（30.99%～49.38%）和多重 突变（22.70%～57.89%）的发生率最高，其次是扩增（2.11%～7.84%）和深度删除（0%～2.97%）。食管鳞状细胞癌95例中有97.89%发生基因改变；食管胃（上皮）癌171例中有97.66%发生基因改变；食管胃癌1948例中有79.52%发生基因改变；食管胃腺癌228例中有78.95%发生基因改变；胃腺癌370例 中有77.30%发生基因改变。见图1B。

图1 cBiPortal数据库中食管癌和胃癌病例的突变种类比较

1.2.3 按11个癌症类别比较 根据组织来源和分化程度将研究病例分为较详细的11类，基因突变（21.43%～60.00%）和多重突变（13.64%～40.00%）的 发生率最高，其次是扩增（0%～18.75%）和深度删除（0%～3.75%）。食管低分化癌10例全部发生基因改变；食管腺癌740例中87.84%发生基因改变；胃食管交界处腺癌203例中86.70%发生基因改变；食管鳞状细胞癌412例中有84.22%发生基因改变；食管状胃腺癌80例中有80.00%发生基因改变；食管胃癌370例中有77.30%发生基因改变；胃腺癌 702例中有75.93%发生基因改变；食管胃腺癌179例 中有74.86%发生基因改变；弥漫型胃腺癌72例中有65.28%发生基因改变；黏液性胃腺癌22例中有 59.09%发生基因改变；胃印戒细胞癌14例中有57.14%发生基因改变。见图1C。

2 14项研究的基因突变互斥关系

2.1 食管癌胃癌基因突变的互斥关系 从cBiPortal数据库中下载的14项研究中11个基因可以有55对 基因排列组合，通过分析，共有14对基因组合具有基因突变的共现性或互斥性趋势且有统计学意义，其中有13对基因表现出共现性趋势，仅有1对基因（TP53和PTEN）呈现出互斥性趋势。可见基因的共现性趋势比较普遍，互斥性出现较少，在表现出互斥性趋势（P＜0.01，q＜0.01）的1对基因TP53和PTEN中出现共现性的概率只有4.0%。

2.2 本研究涉及基因突变的互斥关系 据文献报道，在cBioPortal网站中下载TCGA数据库中提供的1642例肺癌患者2332份样本的基因表达谱和临床资料信息并进行分析，采用cBioPortal工具进行突变及生存分析，在8个基因组成的28个可能的基因配对组合中有4对基因出现互斥性趋势，尤以EGFR和KRAS基因存在较显著的互斥关系。可见胃癌与食管癌的基因互斥关系相较于肺癌并不常 见［2］。见表2。

3 基因变异与未变异患者的生存时间比较

3.1 基因变异与未变异患者总体生存时间比较 在罹患不同食管癌胃癌的患者中，变异组1550例 患者，未变异组333例患者，变异组患者数是未变异组的约4.7倍，由此可见，基因突变人群可能更容易罹患食管癌和胃癌。从生存曲线形态对比来看，所调查基因变异与未变异患者的生存时间曲线高度重合，表明基因变异与未变异患者的生存月数中位数比较差异无统计学意义。两组的中位生存期均为31周，变异组中生存期超过70周的患者个案更多， 两组观察对象绝对数量差异较大，变异组的生存率更高，生存期较长的患者数量更多，这可能是由于基因突变可以找到合适的靶向药物治疗，从而延长患者的生存期。变异组中生存期最长的患者（患者ID：pfg017T，男性，确诊时63岁，胃腺癌）最后观察期为184个月仍健在；在未变异组中生存期最长的患者（患者ID：pfg003T，女性，确诊时65岁，胃腺癌）最后观察期达146个月仍健在。

表214 项研究中基因突变互斥关系（基因瀑布图中11个路径的55对基因）

3.2 不同肿瘤分类患者生存时间比较 将cBiPortal数据库中的食管癌胃癌病例根据14项研究者上传的肿瘤进行分类，根据检索的11种基因（TP53、ERBB2、PIK3CA、KRAS、EGFR、VEGFA、PTEN、MTOR、MET、KDR、AKT1）对患者的总体生存时间的影响进行比较。5类肿瘤的总体中位生存时间分别为食管癌/胃癌变异组32.0个月，未变异组28.0个月；食管鳞状细胞癌变异组39.9个月，未变异组无数据；食管胃腺癌变异组31.6个月，未变异组31.0个月；食管腺癌变异组25.8个月，未变异组 83.2个月；胃腺癌变异组29.0个月，未变异组28.6个 月。其中食管鳞状细胞癌患者的中位生存时间最长， 其次为食管癌/胃癌、食管胃腺癌和胃腺癌；食管腺癌变异组的中位生存时间最短，未变异组高达83.2个月，但未变异组病例数太少（9例），因此于相较于变异组的173例患者数，不具有可比性。除食管腺癌变异组与未变异组的生存率差异较大外，其他食管癌胃癌类别的患者中位生存时间为1～4个月，比较差异并不明显。与文献所述的4种肺癌关于基因变异组和未变异组中位生存时间差别较大有明显不同［2］。

4 基因变异与未变异患者的肿瘤TNM分期情况

根据1987年国际抗癌联盟（Union for International Cancer Control，UICC）与美国癌症联合会（American Joint Committee on Cancer，AJCC）联合发布的恶性肿瘤TNM分期标准，对处于各临床肿瘤TNM分期基因变异和未变异患者的生存状况进行分析，由图2 可见，基因变异组的样本数（472份）明显高于未变异组（104例），可见基因改变可能是食管癌胃癌发病的重要诱发因素。基因变异组中STAGEⅡA分期患者78例（占16.53%），其次是STAGEⅢA期患者 76例（占16.10%）以及STAGEⅡB期患者73例（占15.47%）；基因未变异组的最高生存病例数分期为STAGEⅢB期患者20例（占19.23%）。无论基因变异组还是未变异组，绝大多数病例在临床确诊时一般已发展到中后期（Ⅱ～Ⅳ期）。本项研究中未变异组Ⅱ～Ⅳ期病例占86.8%（90/104）；变异组Ⅱ～Ⅳ期 病例占86.7%（409/472）。见表3。

表3 食管癌胃癌临床肿瘤TNM分期各阶段样本分布

图2 突变组和未突变组食管癌和胃癌TNM分期各阶段分布情况

5 与本研究涉及基因关联的其他高频突变基因

本研究采用cBiPortal数据库对14项研究中的食管癌胃癌病例进行检索，在对检索的11种基因（TP53、ERBB2、PIK3CA、KRAS、EGFR、VEGFA、PTEN、MTOR、MET、KDR、AKT1）进行研究的基础上，将变异组和未变异组关联的高频率突变基因改变情况按肿瘤分类数据进行简单梳理。见图3。

图3 其他高频突变基因的突变频率比较

5.1 胃腺癌的基因突变频率 根据数据分析，其他高频突变基因中以胃腺癌的基因改变频率最高，RNU1-57P、RNU2-68P、RNU6-1015P、RNU6-114P、RNU6-146P、RNU6-493P、RNU6-504P、RNU6-555P、 RNU6-854P、RNU6-974P的基因变异组突变频率均为76.19%，所有未变异组的突变频率均为66.67%，这可能表明胃腺癌患者的上述基因突变具有高度的一致性，这与其他几种食管癌胃癌患者的基因突变情况完全不同。

5.2 食管/胃癌的基因突变频率 MDM2*变异组4.67%，未变异组28.81%；CDKN2A变异组25.00%，未变异组27.12%；CDKN2B变异组7.01%，未变异组22.03%；ATM变异组4.21%，未变异组15.25%；CDK12* 变异组14.95%，未变异组0%；ARID1A变异组14.49%，未变异组10.17%；SMAD4变异组13.79%，未变异组8.47%；RARA变异组13.08%，未变异组0%；CCND1变异组8.88%，未变异组11.86%；CCNE1 变异组10.98%，未变异组6.78%。表明MDM2*、CDKN2A、CDKN2B、ATM、CCND1基因在未变异组的突变率均高于变异组；CDK12*、ARID1A、SMAD4、RARA、CCNE1基因在变异组中的突变频率均高于未变异组。

5.3 食管鳞状细胞癌的基因突变频率 TTN的突变率最高，明显高于其他基因（变异组34.55%，未变异组30.65%）。其他高频突变基因：KMT2D变异组15.76%，未变异组6.25%；MUC16变异组15.15%，未变异组11.29%；FAT1变异组7.88%，未变异组14.58%；SYNE1变异组10.91%，未变异组14.58%；RYR3变异组0%，未变异组14.29%；FSHR变异组1.35%，未变异组14.29%；KCNS2变异组1.35%，未变异组14.29%；POSTN变异组1.35%，未变异组14.29%；SCN4A变异组1.35%，未变异组14.29%。表明RYR3、FSHR、KCNS2、POSTN、SCN4A基因在未变异组的变异频率均明显高于变异组。食管鳞状细胞癌是最常见的肿瘤类型，占所有食管癌的近90%，全球发病率为5.2/100000。在全球范围内，食管鳞状细胞癌在男性中（69%）比在女性中（31%）更常见，尽管研究者对食管鳞状细胞癌的分子特征进行了多年研究，但尚未在临床实践中引入特定的靶向治疗。未来的研究有必要在高分子突变负荷 食管鳞状细胞癌中引入免疫检查点抑制剂以及新的分子靶向疗法，如EGFR抑制剂和MTOR通路调节剂［3］。

5.4 食管胃腺癌的基因突变频率 TTN*变异组51.18%，未变异组31.78%；LRP1B*变异组31.65%，未变异组13.95%；WWOX*变异组30.91%，未变异组6.82%；以上基因在变异组的突变频率均明显高于未变异组。ABCA11P*变异组2.97%，未变异组 36.36%；ANKRD36B*变异组2.97%，未变异组36.36%；ZNF718*变异组2.97%，未变异组36.36%；ZNF876P*变异组2.97%，未变异组36.36%；ZNF595*变异组3.37%，未变异组36.36%；ZNF141*变异组3.56%，未变异组36.36%；ZNF721*变异组5.74%，未变异组36.36%。表明TTN*、LRP1B*、WWOX*基因在变异组的突变频率均明显高于未变异组。ABCA11P*、ANKRD36B*、ZNF718*、ZNF876P*、ZNF595*、ZNF141*、ZNF721*基因在未变异组的突变频率具有高度一致性，均为36.36%，且在变异组的突变频率均低于6%。胃食管癌包括胃腺癌和近端食管胃交界处腺癌（esophagogastric junction，EGJ），目前在转移性环境中使用相同的全身方案进行治疗，转移性肿瘤患者的总体生存率仍然很低。迄今为止，很少有分子靶向方法被成功纳入临床常规治疗，只有一线抗HER2治疗ERBB2扩增和二线抗VEGFR2治疗成功地改善了治疗结果。胃食管癌的分子表征已经确定了EGFR、FGFR2、MET、PI3K和其他致癌基因、候选生物标志物和免疫肿瘤检查点中其他相对频繁的突变和拷贝数变异，这些突变和拷贝数变异能作为可操作的治疗靶点［4］。

5.5 食管腺癌的基因突变频率 除了WWOX未变异组的突变频率高于变异组以外（变异组36.99%，未变异组44.44%），其他基因情况正好相反，在变异组的突变频率均明显高于未变异组：TTN变异组48.26%， 未变异组40.00%；CDKN2A-DT*变异组39.88%，未变异组0%；CDKN2B-AS1*变异组39.31%，未变异组0%；PPFIA1变异组39.31%，未变异组11.11%；FADD变异组37.57%，未变异组11.11%；CTTN*变异组36.99%，未变异组0%；FGF3变异组36.99%，未变异组11.11%；CDKN2B*变异组36.42%，未变异 组0%；FGF4变异组36.42%，未变异组11.11%。

6 讨论

cBioPortal数据库是一个基因组数据分析的可视化工具。目前为止收录了169个来源于TCGA等多个数据库，可为研究人员和临床医生提供大规模癌症基因组学数据集的分析与参考依据，为患者制定和选择更好的治疗方法。食管癌胃癌一旦发现，大多数患者已发展到中晚期，易错过最佳治疗时期。尽管用于治疗不可切除或转移性胃腺癌的药物不断开发，但这些疾病的总体预后仍然很差。此外，上述策略通常仅适用于有限数量的患者。迄今为止，个性化医疗的进步已经改善了接受曲妥珠单抗治疗的晚期ERBB2阳性胃癌患者的治疗反应。然而，这种疗法仅使这些患者中的约15%受益［5］。

EGJ可分为Barrett腺癌和贲门腺癌，两者有相似之处。就其癌前背景、危险因素和干细胞调节剂而言，Barrett腺癌可能起源于胃部。由于肿瘤通过食管复杂的淋巴血管网络扩散的潜在风险，Barrett腺癌可能是 EGJ 腺癌的侵袭性表型［6］。

食管腺癌与食管鳞状细胞癌相比，体细胞遗传异常显示出不同的遗传景观。食管腺癌是一种异质性癌症，常见基因拷贝数改变、高突变负荷、受体酪氨酸激酶的共扩增以及频繁的TP53突变［7］。一个实质性的进步以及一个强大的靶向治疗工具需要将科学结果转化为新的个性化治疗机会，以改善胃腺癌患者的临床护理、生存状态和生活质量［8］。有研究对486例胃肠道腺癌（包括296例食管癌和胃癌）患者的体细胞拷贝数畸变进行分析，结果显示约37%的胃/食管肿瘤中存在扩增基因，包括治疗靶向激酶，如 ERBB2、FGFR1、FGFR2、EGFR和MET，表明基因组扩增作为生物标志物的潜在用途可指导靶向治疗的胃癌和食管癌，与结直肠癌基因靶向治疗相比，治疗方法尚不成熟［9］。用于靶向治疗的有前景的预测分子生物标志物（如EGFR和MET）扩增未能证明它们在胃腺癌中的作用。EGFR在约33%的胃腺癌、30%～60%的EGJ和8%～31%的远端食管腺癌中扩增，并已在多项试验中被评估为潜在的治疗靶点。尽管有充分的理由，抗EGFRs，无论单克隆抗体西妥昔单抗和帕尼单抗，还是小分子酪氨酸激酶抑制剂（如吉非替尼和厄洛替尼），在胃食管腺癌中都没有显示出任何益处［10-11］。

在食管癌胃癌的治疗方面多年来没有更显著的突破，本研究涉及基因关联的其他高频突变基因提供了一个寻找更高效率基因靶点的突破口，这些高频突变基因很可能存在对靶向治疗方面更有价值的信息。通过cBiPortal数据库中14项研究的基因突变率、基因突变的互斥关系、不同肿瘤分类生存率的比较、与本研究基因关联的其他高频突变基因等项目的研究，试图揭示基因改变与食管癌胃癌的发生发展和治疗之间存在的某种可能的规律，寻找更加有效的靶向基因，克服目前食管癌胃癌在治疗方面存在的疑难问题，造福更多患者。

利益冲突作者声明不存在利益冲突