结直肠肿瘤的分子生物学及其临床意义
作者：陈义发 龚建平
单位：陈义发 龚建平 同济医科大学附属同济医院
关键词：
德国医学杂志/990504 Molecular biology of colorectal cancer and clinical
consequences for colorectal cancer syndromes
M.Hahn,O.N.Koufaki,H.K.Schackert
越来越多的证据表明结直肠癌的发生与环境和遗传因素有关。癌症发生的最关键的遗传因素是参与细胞调控、增生和分化的癌基因、肿瘤抑制基因和看家基因，了解这些基因的改变对于结直肠肿瘤的诊断和处理有重要的意义。
, 百拇医药
结直肠肿瘤发生的分子生物学模式
早期将癌基因描述为类似于逆转录病毒基因一样负责体内细胞转化和某些动物肿瘤的发生(病毒癌基因v-onc)，后来在正常人体细胞(原癌基因protooncogene)和人类肿瘤形成过程中也证实了癌基因的存在。编码生长阻滞产物的基因在肿瘤发生过程中因突变而失活，故又称作肿瘤抑制基因，这些抑制基因在肿瘤发生过程中至少与癌基因同等重要。他们作为一个种系或体细胞突变而丢失也可能与癌症的发生有关。然而，看家基因失活并不直接导致肿瘤发生，但是由于看家基因的两个等位基因失活导致基因的突变率增加，肿瘤抑制基因随之成为靶基因而失活，因而起始了肿瘤的发生。
结直肠癌发生过程中的癌基因和肿瘤抑制基因
体细胞基因突变存在于结直肠癌发生的各个时期。1990年Fearon和Vogelstein基于DNA分子的改变提出了癌症发生的基本模式：遗传改变的潜在序列为体细胞的生长提供了有利条件，使这些细胞就成为了肿瘤中的优势细胞谓之克隆扩张。绝大多数结直肠癌发生的起始步骤是一个结肠粘膜细胞内的APC肿瘤抑制基因突变后反复分裂，启动细胞克隆形成粘膜增生，继之发生DNA甲基化状态的改变，因此极易于发生另外的突变。Ras癌基因突变首先发生于腺瘤中的一个细胞，在小腺瘤转变为发育不良的大腺瘤的过程中通常可以检测到Ras基因突变。接下来在含严重发育不良细胞的腺瘤转变为侵袭性肿瘤的过程中发生肿瘤抑制基因P53突变和第二等位基因的缺失，结果就形成了具有侵袭性生长能力的癌。然而APC基因和Ras基因的突变是腺瘤转变为癌的过程中经常发生的早期事件，相比之下，P53基因的突变/缺失常常同步于从腺瘤到癌的转变过程。可见癌基因的激活、肿瘤抑制基因突变和这些肿瘤抑制基因中的第二等位基因的杂合性丢失叠加在一起是导致肿瘤发生的基本原理。
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结直肠癌发生过程中的看家基因 有5个已证实的人类错配修复基因突变与非息肉性结直肠癌(HNPCC)的遗传改变有关。它们是酵母和细菌DNA修复基因的人类同源物，包括染色体2p上的hMSH2基因，染色体3p上的hMLH1基因，染色体2q上的hPMS1基因和染色体7p上的hPMS2基因。另一个hMSH6基因与HNPCC罕有关系。HNPCC中的基因组DNA以重复DNA序列(微卫星序列)失稳态为特征，表现为至少一个错配修复基因的突变失活而不能修复的DNA多聚酶复制错误。错配修复基因的散发性突变失活是引起散发性肿瘤的特征性的微卫星序列失稳态的原因，另外P53突变也是HNPCC相关肿瘤常见的特征，提示在新生物发生过程中存在有另一个通道参与癌基因和肿瘤抑制基因突变。DNA修复基因缺陷使HPNCC相关肿瘤的基因突变率增加，致肿瘤抑制基因失活和肿瘤发生。
遗传性结直肠癌综合征的分子生物学改变
家族性腺瘤样息肉病(FAP) 家族性腺瘤样息肉病(FAP)是一种遗传性疾病，也是一种癌前病变，在未治疗的基因携带者，一个或多个息肉从发育不良发展为恶性的可能性几乎是100%。以前对这种癌症综合征在症状前的早期检测仅仅是通过连锁分析染色体5p21，且仅仅限于FAP家族。1991年已于FAP家族检测到APC种系突变，基因的连锁分析和序列分析能证实无关基因突变携带者。迄今报道的种系突变至少有332种，最频发的突变发生于外显子15上的1309和1061位密码子。超过一半的APC基因突变局限于外显子15区域，该区域包括600个密码子。APC突变文库将提供遗传改变的种类和分布，进一步改善了APC突变检测的策略。估计突变检出率可达到90%。
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遗传性非息肉病性结直肠癌(HNPCC) HNPCC综合征与至少5个错配修复基因的种系突变有关，估计HNPCC可引起5%的结直肠癌。由于HNPCC不像FAP具有明显的息肉病作标志，所以家族史对鉴别HNPCC就显得尤为重要。突变基因携带者在其一生中发生结直肠癌的可能性是80%～90%。对HNPCC家族的全体成员定期作结肠镜检，可使其发病率下降62%左右。
遗传型—表现型相关性 APC基因分析已揭示了外显子15上的1250至1464密码子之间的区域突变与严重的且早发性的结直肠息肉病有关，另外迟发性和衰减型FAP与自5’端至外显子4区域的突变有关。后来的研究提示外显子15内围绕1597密码子的第二区域与衰减型FAP有关；外显子9下游突变与视网膜色素上皮的先天性肥大表型有关，而外显子15上1445～1578密码子之间的区域突变与正常的视网膜和FAP家族成员发生的纤维瘤有关。可见在FAP家族明显存在着遗传型-表现型相关性，但是在HNPCC家族尚未观察到这种相关性，可能是病例分析太少的原因。如果把遗传型-表现型相关性与个体遗传型结合起来分析就可以预测疾病的发生过程，制定个体检测及预防性治疗措施。结合个体表型进行致病性突变的定位分析可以大大提高分子诊断水平。
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与结直肠癌的遗传改变有关的诊断和治疗进展
癌发生的分子模式对结直肠癌的诊断和治疗提出了新的挑战。受内在遗传因素和外在环境因素影响的个体应接受检测和预防性的手术治疗以阻止肿瘤的发生。高危人群的遗传型-表现型的相关性要求对突变携带者施行特殊的预防性或治疗性处理，而对于非突变携带者，尽管其家族中曾经被证实有致病性突变，也无需定期的结肠镜检。如果基因突变是肿瘤发生的真正根本的原因，那么就有可能通过将野生型的基因复本转化到肿瘤细胞中达到治疗肿瘤的目的。
FAP 随着结直肠癌综合征的遗传检测实验室增加，用于FAP家族高危个体的一整套分子技术能够在腺瘤发生前准确地决定其突变携带状态。可靠的遗传检测结果可以通过DNA测序来完成，同时还可以进行分子扫描如单链构相多态性(SSCP)和变性梯度凝胶电泳(DGGE)等。只要在FAP家族成员中有一人检测到致病性种系突变，那么即使在高危个体获遗传学阴性测试结果也不能排除FAP；如果不能发现这种突变，那么对个体突变携带者状态的判断就有可能是不可靠的；如果在疾病发生之前就已被证实为非突变携带者，则结肠镜检的时间就可下降到3个时间点即18岁、25岁和35岁；如果长期的随访资料证实了分子生物学检测的精确性，那么就可以放弃对非突变携带者的结直肠镜检。注意，非突变携带者发生特发性结直肠肿瘤的可能性相似于正常人群，他们只接受与公众相同的常规癌症筛选检查，然而，症状发生前的DNA分析提示已经遗传了致病性APC等位基因的病人，在青春期以后发现的息肉病应立即行结肠切除，儿童的大息肉病引起严重症状的也应切除。根据遗传型/表现型相关性的初步资料，Vasen提出对息肉病合并1250位密码子开始突变的病人的基本处理应该是结肠次全切除和回肠-直肠吻合术而不是康复性的结肠直肠切除术。这是由于APC基因携带者外显子15上1250密码子下游，尤其是1309位密码子发生突变，有形成更具有侵袭性的疾病的倾向的缘故。
, http://www.100md.com
HNPCC HNPCC的遗传模式与FAP相似。但是由于HNPCC不具有FAP患者的结直肠息肉病这样的明显和普遍存在的表现型标志物，所以HNPCC的临床诊断较FAP更为困难。一般运用家族史估计家庭成员患病的危险性。由于HNPCC的肿瘤大多发生在右半结肠，所以理想的监测是定期的全结肠镜检。高危个体在20～30岁应每1～2年检查一次，40岁以后每年检查一次。注意，如果在每个HNPCC家族都已经明确地检测到了功能相关性突变，那么非突变携带者就无需终生的结肠镜检。然而，遗传检测结果阳性患者发生结直肠癌的危险性增加。Vasen的研究表明尽管对40岁男性突变携带者进行结肠镜检并电切所有可见的息肉，但是他们发生结直肠癌的危险性仍有31.5%。所以预防性的结肠切除对基因突变携带者是有利的。
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单位：陈义发 龚建平 同济医科大学附属同济医院
关键词：
德国医学杂志/990504 Molecular biology of colorectal cancer and clinical
consequences for colorectal cancer syndromes
M.Hahn,O.N.Koufaki,H.K.Schackert
越来越多的证据表明结直肠癌的发生与环境和遗传因素有关。癌症发生的最关键的遗传因素是参与细胞调控、增生和分化的癌基因、肿瘤抑制基因和看家基因，了解这些基因的改变对于结直肠肿瘤的诊断和处理有重要的意义。
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结直肠肿瘤发生的分子生物学模式
早期将癌基因描述为类似于逆转录病毒基因一样负责体内细胞转化和某些动物肿瘤的发生(病毒癌基因v-onc)，后来在正常人体细胞(原癌基因protooncogene)和人类肿瘤形成过程中也证实了癌基因的存在。编码生长阻滞产物的基因在肿瘤发生过程中因突变而失活，故又称作肿瘤抑制基因，这些抑制基因在肿瘤发生过程中至少与癌基因同等重要。他们作为一个种系或体细胞突变而丢失也可能与癌症的发生有关。然而，看家基因失活并不直接导致肿瘤发生，但是由于看家基因的两个等位基因失活导致基因的突变率增加，肿瘤抑制基因随之成为靶基因而失活，因而起始了肿瘤的发生。
结直肠癌发生过程中的癌基因和肿瘤抑制基因
体细胞基因突变存在于结直肠癌发生的各个时期。1990年Fearon和Vogelstein基于DNA分子的改变提出了癌症发生的基本模式：遗传改变的潜在序列为体细胞的生长提供了有利条件，使这些细胞就成为了肿瘤中的优势细胞谓之克隆扩张。绝大多数结直肠癌发生的起始步骤是一个结肠粘膜细胞内的APC肿瘤抑制基因突变后反复分裂，启动细胞克隆形成粘膜增生，继之发生DNA甲基化状态的改变，因此极易于发生另外的突变。Ras癌基因突变首先发生于腺瘤中的一个细胞，在小腺瘤转变为发育不良的大腺瘤的过程中通常可以检测到Ras基因突变。接下来在含严重发育不良细胞的腺瘤转变为侵袭性肿瘤的过程中发生肿瘤抑制基因P53突变和第二等位基因的缺失，结果就形成了具有侵袭性生长能力的癌。然而APC基因和Ras基因的突变是腺瘤转变为癌的过程中经常发生的早期事件，相比之下，P53基因的突变/缺失常常同步于从腺瘤到癌的转变过程。可见癌基因的激活、肿瘤抑制基因突变和这些肿瘤抑制基因中的第二等位基因的杂合性丢失叠加在一起是导致肿瘤发生的基本原理。
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结直肠癌发生过程中的看家基因 有5个已证实的人类错配修复基因突变与非息肉性结直肠癌(HNPCC)的遗传改变有关。它们是酵母和细菌DNA修复基因的人类同源物，包括染色体2p上的hMSH2基因，染色体3p上的hMLH1基因，染色体2q上的hPMS1基因和染色体7p上的hPMS2基因。另一个hMSH6基因与HNPCC罕有关系。HNPCC中的基因组DNA以重复DNA序列(微卫星序列)失稳态为特征，表现为至少一个错配修复基因的突变失活而不能修复的DNA多聚酶复制错误。错配修复基因的散发性突变失活是引起散发性肿瘤的特征性的微卫星序列失稳态的原因，另外P53突变也是HNPCC相关肿瘤常见的特征，提示在新生物发生过程中存在有另一个通道参与癌基因和肿瘤抑制基因突变。DNA修复基因缺陷使HPNCC相关肿瘤的基因突变率增加，致肿瘤抑制基因失活和肿瘤发生。
遗传性结直肠癌综合征的分子生物学改变
家族性腺瘤样息肉病(FAP) 家族性腺瘤样息肉病(FAP)是一种遗传性疾病，也是一种癌前病变，在未治疗的基因携带者，一个或多个息肉从发育不良发展为恶性的可能性几乎是100%。以前对这种癌症综合征在症状前的早期检测仅仅是通过连锁分析染色体5p21，且仅仅限于FAP家族。1991年已于FAP家族检测到APC种系突变，基因的连锁分析和序列分析能证实无关基因突变携带者。迄今报道的种系突变至少有332种，最频发的突变发生于外显子15上的1309和1061位密码子。超过一半的APC基因突变局限于外显子15区域，该区域包括600个密码子。APC突变文库将提供遗传改变的种类和分布，进一步改善了APC突变检测的策略。估计突变检出率可达到90%。
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遗传性非息肉病性结直肠癌(HNPCC) HNPCC综合征与至少5个错配修复基因的种系突变有关，估计HNPCC可引起5%的结直肠癌。由于HNPCC不像FAP具有明显的息肉病作标志，所以家族史对鉴别HNPCC就显得尤为重要。突变基因携带者在其一生中发生结直肠癌的可能性是80%～90%。对HNPCC家族的全体成员定期作结肠镜检，可使其发病率下降62%左右。
遗传型—表现型相关性 APC基因分析已揭示了外显子15上的1250至1464密码子之间的区域突变与严重的且早发性的结直肠息肉病有关，另外迟发性和衰减型FAP与自5’端至外显子4区域的突变有关。后来的研究提示外显子15内围绕1597密码子的第二区域与衰减型FAP有关；外显子9下游突变与视网膜色素上皮的先天性肥大表型有关，而外显子15上1445～1578密码子之间的区域突变与正常的视网膜和FAP家族成员发生的纤维瘤有关。可见在FAP家族明显存在着遗传型-表现型相关性，但是在HNPCC家族尚未观察到这种相关性，可能是病例分析太少的原因。如果把遗传型-表现型相关性与个体遗传型结合起来分析就可以预测疾病的发生过程，制定个体检测及预防性治疗措施。结合个体表型进行致病性突变的定位分析可以大大提高分子诊断水平。
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与结直肠癌的遗传改变有关的诊断和治疗进展
癌发生的分子模式对结直肠癌的诊断和治疗提出了新的挑战。受内在遗传因素和外在环境因素影响的个体应接受检测和预防性的手术治疗以阻止肿瘤的发生。高危人群的遗传型-表现型的相关性要求对突变携带者施行特殊的预防性或治疗性处理，而对于非突变携带者，尽管其家族中曾经被证实有致病性突变，也无需定期的结肠镜检。如果基因突变是肿瘤发生的真正根本的原因，那么就有可能通过将野生型的基因复本转化到肿瘤细胞中达到治疗肿瘤的目的。
FAP 随着结直肠癌综合征的遗传检测实验室增加，用于FAP家族高危个体的一整套分子技术能够在腺瘤发生前准确地决定其突变携带状态。可靠的遗传检测结果可以通过DNA测序来完成，同时还可以进行分子扫描如单链构相多态性(SSCP)和变性梯度凝胶电泳(DGGE)等。只要在FAP家族成员中有一人检测到致病性种系突变，那么即使在高危个体获遗传学阴性测试结果也不能排除FAP；如果不能发现这种突变，那么对个体突变携带者状态的判断就有可能是不可靠的；如果在疾病发生之前就已被证实为非突变携带者，则结肠镜检的时间就可下降到3个时间点即18岁、25岁和35岁；如果长期的随访资料证实了分子生物学检测的精确性，那么就可以放弃对非突变携带者的结直肠镜检。注意，非突变携带者发生特发性结直肠肿瘤的可能性相似于正常人群，他们只接受与公众相同的常规癌症筛选检查，然而，症状发生前的DNA分析提示已经遗传了致病性APC等位基因的病人，在青春期以后发现的息肉病应立即行结肠切除，儿童的大息肉病引起严重症状的也应切除。根据遗传型/表现型相关性的初步资料，Vasen提出对息肉病合并1250位密码子开始突变的病人的基本处理应该是结肠次全切除和回肠-直肠吻合术而不是康复性的结肠直肠切除术。这是由于APC基因携带者外显子15上1250密码子下游，尤其是1309位密码子发生突变，有形成更具有侵袭性的疾病的倾向的缘故。
, http://www.100md.com
HNPCC HNPCC的遗传模式与FAP相似。但是由于HNPCC不具有FAP患者的结直肠息肉病这样的明显和普遍存在的表现型标志物，所以HNPCC的临床诊断较FAP更为困难。一般运用家族史估计家庭成员患病的危险性。由于HNPCC的肿瘤大多发生在右半结肠，所以理想的监测是定期的全结肠镜检。高危个体在20～30岁应每1～2年检查一次，40岁以后每年检查一次。注意，如果在每个HNPCC家族都已经明确地检测到了功能相关性突变，那么非突变携带者就无需终生的结肠镜检。然而，遗传检测结果阳性患者发生结直肠癌的危险性增加。Vasen的研究表明尽管对40岁男性突变携带者进行结肠镜检并电切所有可见的息肉，但是他们发生结直肠癌的危险性仍有31.5%。所以预防性的结肠切除对基因突变携带者是有利的。
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