全外显子组测序在肺癌的发病机制研究和诊治中的临床意义

２０１９年㊀２月

第３９卷㊀第２期

基础医学与临床

Ｂａｓｉｃ＆ＣｌｉｎｉｃａｌＭｅｄｉｃｉｎｅ

Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０１９Ｖｏｌ.３９㊀Ｎｏ.２

收稿日期:２０１７￣１１￣０９㊀㊀修回日期:２０１８￣０３￣２７

基金项目:湖北省教育厅重点项目(Ｄ２０１７１２０５)ꎻ湖北省自然科学基金(２０１７ＣＦＢ４５５)

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通信作者(ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ):ｚｒｔ０１１６＠１２６.ｃｏｍ

文章编号:１００１￣６３２５(２０１９)０２￣０２７２￣０５

短篇综述㊀

全外显子组测序在肺癌的发病机制研究和诊治中的临床意义

唐永莉ꎬ张瑞涛∗

(三峡大学医学院ꎬ湖北宜昌４４３０００)

摘要:全外显子组测序(ＷＥＳ)是利用序列捕获技术将全外显子区域ＤＮＡ捕捉并富集后进行高通量测序的基因分

析方法ꎮ外显子组测序较全基因组序列测序更简便㊁经济和高效ꎬ其目标区域覆盖度也更高ꎬ便于变异检测ꎮ外显子组测序技术已经应用到寻找与各种复杂疾病相关的致病基因和易感基因的研究中ꎮ肺癌是常见的恶性肿瘤之一ꎬ基于国内外对全外显子测序在肺癌中的研究成果ꎬ现就全外显子测序在肺癌的诊治以及肺癌的发生机制的研究进行综述ꎮ

关键词:全外显子组测序ꎻ肺癌ꎻ易感基因ꎻ基因突变

中图分类号:Ｒ７３４ ２㊀㊀文献标志码:Ａ

Ｃｌｉｎｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｗｈｏｌｅｅｘｏｍｅ

ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇｉｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｔｒｅａｍｅｎｔｉｎｌｕｎｇｃａｎｃｅｒ

ＴＡＮＧＹｏｎｇ￣ｌｉꎬＺＨＡＮＧＲｕｉ￣ｔａｏ∗

(ＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｉｎａＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＹｉｃｈａｎｇ４４３０００ꎬＣｈｉｎａ)

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗｈｏｌｅｅｘｏｍｅｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ(ＷＥＳ)ｉｓａｇｅｎｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｔｈａｔｕｓｅｓｔｈｅｓｅｑｕｅｎｃｅｃａｐｔｕｒｅｔｅｃｈ￣ｎｉｑｕｅｔｏｃａｐｔｕｒｅａｎｄｅｎｒｉｃｈｔｈｅｗｈｏｌｅｅｘｏｎｒｅｇｉｏｎＤＮＡａｎｄｔｏｐｅｒｆｏｒｍｈｉｇｈ￣ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇ.ＷＥＳｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｃｔｇｅｎｅｔｉｃｍｕｔａｔｉｏｎｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｐｒｏｔｅｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｄｉｒｅｃｔｌｙ.ＳｉｎｃｅｔｈｅＷＥＳｉｓｓｅ￣ｑｕｅｎｃｅｄｏｎｌｙｆｏｒｔｈｅＤＮＡｏｆｔｈｅｅｘｏｎｒｅｇｉｏｎꎬｉｔｉｓｍｕｃｈｓｉｍｐｌｅꎬｍｏｒｅｅｃｏｎｏｍｉｃａｌａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｔｈａｎｔｈｅｗｈｏｌｅ

ｇｅｎｏｍｅｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇꎬａｎｄｉｔｓｔａｒｇｅｔａｒｅａｃｏｖｅｒａｇｅｉｓｈｉｇｈｅｒꎬｗｈｉｃｈｉｓｅａｓｙｔｏｄｅｔｅｃｔ.ＡｔｐｒｅｓｅｎｔꎬＷＥＳｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｐａｔｈｏｇｅｎｉｃｇｅｎｅｓａｎｄｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙｇｅｎｅｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｖａｒｉｏｕｓｃｏｍｐｌｅｘｄｉｓｅａｓｅｓｓｕｃｈａｓｌｕｎｇｃａｎｃｅｒ.ＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬＴｈｅｃｌｉｎｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆＷＥＳｉｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｔｒｅａｍｅｎｔｉｎｌｕｎｇｃａｎｃｅｒｗａｓｂｅｅｎｒｅｖｉｅｗｅｄ.

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｗｈｏｌｅｅｘｏｍｅｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇꎻｌｕｎｇｃａｎｃｅｒꎻｐｒｅｄｉｓｐｏｓｉｎｇｇｅｎｅｓꎻｇｅｎｅｍｕｔａｔｉｏｎ㊀㊀外显子组是一个物种基因组中全部外显子区域

的总和ꎬ它是基因行使其功能最直接的体现ꎮ人类外显子组序列约占人类全部基因组序列的１％ꎬ但大约包含８５％的致病突变ꎮ全外显子组测序(ｗｈｏｌｅｅｘｏｍｅｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇꎬＷＥＳ)是一种高效的基因

组分析法ꎬ基于捕获技术的准确性和测序技术的高通量性ꎬ将基因组中全部的外显子区域捕获富集并进行测序ꎮ外显子组测序是一种特异性测序ꎬ单纯针对基因组编码区域及其侧翼序列ꎮ其基本流程包括外显子区域序列的富集㊁高通量测序及测序数据

唐永莉㊀全外显子组测序在肺癌的发病机制研究和诊治中的临床意义

的生物信息学分析ꎮ２００９年科学家利用全外显子

测序ꎬ找到了弗里曼谢尔登综合征患者的ＭＹＨ３突

变ꎬ为全外显子作为遗传学研究的工具奠定了基

础[１]ꎬ２０１３年ꎬ对于外显子测序可用于临床诊断以及外显子测序的操作流程和生物信息学分析有了具

体介绍ꎬ并提示外显子组测序可用于遗传病的临床

诊断[２]ꎮ２０１４年制定了人类疾病遗传变异研究指南和高通量测序临床应用指南ꎬ对于全外显子测序有了更深的认识[３￣４]ꎮ近几年利用外显子测序诊断出相应遗传疾病已经较为普遍[５￣６]ꎮ

在２０１５年的肿瘤统计中ꎬ新发生癌是４ ２９２ˑ１０６例ꎬ因癌的死亡有２８ １４１ˑ１０６例ꎬ其中肺癌是主要的导致肿瘤相关性死亡的原因[７]ꎮ对于肺癌的治疗主要是手术治疗辅以化疗ꎬ对于肺癌早期的诊断均不理想ꎮ本文就全外显子测序在肺癌的诊治以及肺癌的发生机制的研究进行综述ꎬ以期了解肺癌在基因水平的研究进展ꎮ

１㊀全外显子测序在肺癌中的应用

１ １㊀利用全外显子测序探索肺癌的起源与克隆演化

肿瘤的发生发展是一个涉及多基因㊁多因素

的复杂过程ꎬ癌的形成的演化过程称为克隆演化(ｃｌｏｎａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎꎬＣＥ)ꎮ肿瘤基因组较正常组织具有更高度的复杂性ꎬ表现为基因的变异呈现时空分布的差异性㊁基因表达调控和表观遗传模式上多样性ꎮ全外显子测序技术的兴起使人们对于肿瘤的起源以及演化有了更多的认识ꎮ利用全外显子组测序发现耐酪氨酸激酶抑制剂的ＥＧＦＲ突变肺腺癌和小细胞肺癌有相同的克隆起源ꎬＲＢ１和ＴＰ５３基因双重失活ꎬ肺腺癌转化小细胞肺癌的风险高达４２ ８倍[８]ꎮ对于小细胞肺癌的肿瘤性和非小细胞肺癌的内异质研究表明ꎬ在不同区域的肿瘤组织中有不同的肿瘤内异质性[９￣１０]ꎮ利用全外显子组测序ꎬ结合显微切割激素多时空和多区域的取样ꎬ肿瘤的克隆演化的研究有了更多的进展ꎬ大量的研究已证明肿瘤内异质性普遍存在ꎮ这些研究更准确的认识肿瘤的转化状态ꎬ但是单次活检有４２％的概率漏掉驱动突变ꎬ提示分期越高的队列中单次活检漏掉驱动基因的风险越大[１０]ꎮ肿瘤的驱动基因常常是药物标靶以及预后评估指标ꎬ因此提示驱动基因的临床意义还需要考虑肿瘤内异质性ꎬ从而得到更精确的靶向治疗ꎮ对于引起肿瘤内质性相关的生物学研究还不明确ꎬ还需要更一步研究ꎮ

１ ２㊀全外显子测序研究肺癌高危因素

肺癌的高危因素多基于大数据的统计研究ꎬ利用数据的相关性缺少进一步的机制研究ꎬ利用全外显子组测序研究肺癌与其暴露因素的关系ꎬ从而可以从基因水平寻找确切证据ꎮ一份关于多源癌(原发肺腺癌㊁肺鳞癌和６年后再发现腹部恶性间皮瘤)的病例ꎬ对这３种肿瘤组织进行全外显子测序来探讨致病基因及易感基因ꎬ结果显示３种肿瘤是单独起源的ꎬ对于间皮瘤的发生很可能与ＢＡＰ１和ＥＴＤ２突变有关ꎬ新发现的基因ＷＴ１突变可以解释与石棉的暴露无关[１１]ꎮ一直以来研究者认为吸烟

与ＣＯＰＤ和肺癌有很大的关系ꎬ利用全基因组关联分析ꎬ现已知与肺癌易感有关的基因突变位点２８个ꎬ与吸烟有关的基因突变３２个ꎬ与ＣＯＰＤ有关的基因突变１０个ꎬ与肺功能有关的６３个ꎬ没有重复的１０７个ꎮ为了研究这些因素和肺癌的关系ꎬ研究者利用４８例散发的肺癌和５３例肺癌家系的肿瘤组织进行全外显子测序ꎬ结果找到了２个少见的突变(ＣＣＤＣ１４７㊁ＢＨ)可能与肺癌的发生有关[１２]ꎮ对于与ＣＯＰＤ㊁吸烟和肺功能损伤引起肺癌的机制还不明确ꎬ综合的利用外显子测序研究还需要大量的样本ꎮ

１ ３㊀利用ＷＥＳ寻找肺癌早期诊断标准物及分子靶点

肺癌诊断方法现有肺部ＣＴ㊁各种支气管镜㊁分子生物学以及经皮肺穿刺痰液㊁胸腔积液等细胞学检查ꎬ这些检查由于检查的灵敏性以及特异性ꎬ往往诊断为肺癌的时候已经是晚期ꎬ肺癌的早期诊断仍不理想ꎮ全外显子测序寻找肺癌易感基因以及驱动基因可以作为肺癌早期诊断的生物标志物及早期预防ꎮ

早期研究表明ＨＹＡＬ和ＦＨＩＴ缺失可以作为有吸烟史的ＮＳＣＬＣ患者的早期诊断标志物ꎬＸＲＣＣ４Ｇ￣１３９４Ｔ的Ｇ位点可作为早期肺癌的诊断和预测靶点ꎬ异柠檬酸脱氢酶(ＩＤＨ１)在ＮＳＣＬＣ中高表达ꎬ可作为ＮＳＣＬＣＤ的分子标志物ꎮ近期研究者对非小细胞肺癌组织进行全外显子组测序ꎬ发现了组蛋白甲

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