乳腺癌易感基因相关研究现状

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤,其发病率、死亡率均位居前列。据统计,2018 年全球新增乳腺癌病例208.8 万例,有62.6 万女性因乳腺癌死亡。在欠发达国家,乳腺癌仍是最常见的死因,在女性中死亡率仅次于肺癌,年龄也日趋年轻化。因此,乳腺癌的早期筛查、诊断和治疗已经成为人们日益关注的问题。在乳腺癌的发生发展中,一些基因的改变发挥着关键作用。本文主要就现阶段乳腺癌相关易感基因的研究现状进行介绍。

1 乳腺癌遗传易感基因的研究现状

遗传性乳腺癌是指临床表现以家族聚集为主,具有明确遗传易感基因的乳腺癌,约占全部乳腺癌的10%。大多数乳腺癌遗传易感基因位于人常染色体上,可以通过常染色体显性的方式,由亲本遗传给子代。根据基因与临床上统计的乳腺癌发病风险相关性计算得出基因外显率将乳腺癌易感基因分为高、中、低三大类。外显率较高的基因突变与遗传性乳腺癌关系密切,而外显率较低的基因多态性改变在散发性乳腺癌中多见。

1.1 高度外显率易感基因

1.1.1 BRCA1 /BRCA2 基因 

乳腺癌易感基因BRCA1 /BRCA2 是两个最早发现和目前研究最多的高外显率遗传性易感基因。BRCA1 基因定位于人类染色体17q21 处,全长约为81 kb,含24 个外显子,编码1 863 个氨基酸构成的BRCA1 蛋白。BRCA2 基因定位于人类染色体13q12.3 处,全长约为84 kb,含27 个外显子,编码3 418 个氨基酸构成的BRCA2 蛋白。BRCA1 /2 基因是抑癌基因,其编码的蛋白参与DNA 损伤修复和转录调控,维持基因组稳定,避免基因突变发生,在降低肿瘤发病率中扮演着重要的作用。研究显示BRCA1 和BRCA2 基因突变携带者,至80 岁时患乳腺癌的累积风险可高达70%,BRCA1 /2 基因胚系突变携带者平均发病年龄比无BRCA 突变者提前7 年,且同时携带BRCA1和BRCA2 突变的发病年龄较单一BRCA1 或BRCA2 突变的发病年龄提前。BRCA1 和BRCA2 突变类型具有显著的种族差异性,不同的种族其存在的“突变热点”也不同。国外人群的突变热点在我国人群中发生率低,我国人群发现的突变热点中,超过50%为新发突变,明显不同于欧美人群。

1.1.2 TP53 基因 

TP53 基因被定位于人类染色体17p13,全长16 ~20 kb,含11 个外显子,编码393 个氨基酸构成的TP53 蛋白,在对DNA 损伤、增殖信号、缺氧、氧化应激、核糖核酸耗竭等多种应激信号的响应下,通过触发细胞周期阻滞、DNA 修复和凋亡来抑制细胞的转化和增殖,是迄今为止发现与人类肿瘤相关性最高的基因之一。TP53 基因胚系突变的患者临床上可罹患乳腺癌、骨和软组织肉瘤、肾上腺皮质癌等,其肿瘤累计发病率接近100%。TP53 基因突变在乳腺导管癌和髓样癌中常见,女性突变携带者60 岁时乳腺癌累计发病率接近85%,70 岁之前的无癌生存率约为15%。TP53 基因突变谱在乳腺癌亚型之间存在差异,个体的改变表现出与亚型特异性相关,其点突变与Luminal B型、HER -2 富集型和正常细胞样型乳腺癌患者的死亡率增加有关,可同时与TP53 杂合缺失、MDM2 基因扩增联合作用增加患者的死亡率。目前认为TP53 基因与其他基因存在着相互作用,可以共同作为乳腺癌监测及判断预后的指标。

1.1.3 PTEN 基因 

PTEN 基因位于染色体10q23.3,全长200 kb,含9 个外显子,是与乳腺癌风险相关的最重要的抑癌基因之一。其编码403 个氨基酸构成的PTEN 蛋白,同时具有脂质磷酸酶和蛋白磷酸酶活性,可以负性调控PI3K/AKT 通路,控制细胞周期阻滞和凋亡,还可以维持染色体稳定性。虽然其胚系突变在所有乳腺癌中所占比例不到1%,但携带突变的患者临床上乳腺癌的发病风险可高达67% ~85%,可出现特征性的多发错构瘤,累及生殖细胞分化的全部胚层。NCCN 指南建议携带者应在30 ~35 岁开始进行乳腺癌影像学筛查。如果存在明显的乳腺萎缩,推荐在20 岁之前行乳腺MRI,从25 ~30 岁开始应考虑双侧乳腺切除术以降低患病风险。

1.1.4 STK11 基因 

STK11 基因位于染色体19p13.3,全长23 kb,编码丝氨酸/苏氨酸激酶蛋白,可通过p53、PI3K/AKT、mTOR 等信号通路对细胞生长、凋亡、自噬等进行调控。STK11 是一种重要的抑癌基因,在乳腺癌中被激活,其激活机制主要是通过高度激活的启动子,而乳腺癌细胞中STK11 基因启动子CpG 位点的低甲基化可能是导致启动子活性明显升高的原因。STK11 基因致病性变异与家族性黏膜皮肤色素沉着胃肠道息肉病(Peutz -Jeghers syndrome,PJS)密切相关,其中大片段基因组重排约占1 /3,变异可能损害STK11 的激酶活性或破坏其调节功能,导致乳腺、卵巢、宫颈等恶性肿瘤,以及错构瘤性小肠息肉,黏膜、皮肤色素斑等疾病,肿瘤累计发病率高达37% ~93%。据统计,PJS 女性患者一生中患乳腺癌的累积风险为32% ~54%。STK11 在散发性乳腺癌中发挥着重要的抑癌作用,低表达的STK11 蛋白与癌组织较高分级、转移率及较短的生存期显著相关。

1.1.5 CDH1 基因 

CDH1 基因定位于染色体16q22.1,全长4.8 kb,编码细胞黏附蛋白-钙黏蛋白E(E -cadherin),在正常细胞结构的形成、维持组织完整性及上皮细胞功能中发挥重要作用。CDH1 基因突变包括多种形式,如剪接突变、错义突变、截断突变、启动子甲基化等,将导致蛋白翻译异常或功能丧失,从而失去了保护组织完整性和抑制癌症发生的作用。而CDH1 基因表达水平下调或缺失,可引起E -cadherin 蛋白表达水平减低,进而导致细胞黏附能力下降,使肿瘤细胞易分散而向外周呈浸润性生长。CDH1 基因突变呈高度显性,突变携带者80 岁时患浸润性乳腺小叶癌的累积风险约为42%。CDH1 基因检测可用于年龄小于50岁的家族性或双侧乳腺小叶癌患者,对于CDH1 突变的女性,建议从30 岁开始每年进行乳腺的磁共振监测。

1.2 中度外显率易感基因

1.2.1 ATM 基因 

ATM基因位于染色体11q22.3,全长150 kb,包含66 个外显子,其编码的蛋白属于PI3 /PI4 激酶家族,参与DNA 双链断裂的感知和信号传递,介导细胞对基因毒性损伤的反应,包括激活细胞周期检查点、应用DNA 修复或启动细胞凋亡。ATM突变者可出现基因组的不稳定性,表现为对辐射的高度敏感和乳腺癌、白血病以及淋巴瘤等恶性肿瘤风险的增加。ATM突变与乳腺癌关系的研究中显示致病突变在人群中的携带率高达1% ~2%,在杂合ATM女性携带者中,患乳腺癌的累积风险超过25%,约为正常人的3 倍。在缺失了一个ATM基因的细胞中,ATM蛋白数量只有正常的一半,而在细胞中出现单个拷贝的ATM基因突变时,乳腺癌患病的风险随之增加。另有研究提出ATM基因mRNA 低水平与较低的无转移生存相关,ATM蛋白低表达的患者无转移生存时间较短,提示ATM mRNA和蛋白水平是散发性乳腺癌的独立预后因素,对治疗具有指导意义。

1.2.2 CHEK2 基因 

CHEK2 基因位于染色体22q12.1,包含14 个外显子,全长约1.7 kb,编码与DNA 修复有关的细胞周期检查点激酶2 (CHEK2),并能够通过对TP53 和BRCA1 的磷酸化调节双链DNA 的修复,最终阻止DNA 突变的细胞分裂和形成肿瘤。CHEK2 是一种丝氨酸/苏氨酸激酶,通过ATM和ATR 激酶磷酸化被激活,引起蛋白二聚化,从而获得激酶活性,然后与下游磷酸酶CDC25、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶NEK6、转录因子FOXM1、p53 蛋白和BRCA1 或BRCA2 反应。CHEK2 通过阻止细胞进入有丝分裂或引起细胞周期G1 阶段阻滞来调节细胞分裂,以应对DNA 损伤,以此参与调控DNA 修复、细胞周期阻滞或细胞凋亡途径,而基因变异导致的激酶功能丧失或异常与不同类型的癌症有关,尤其是乳腺癌。CHEK2 基因胚系突变与乳腺癌风险增加的关系已在许多研究中得到证实,尤其是有乳腺癌家族史的女性,同时具有CHEK2 基因突变和乳腺癌家族史的女性患乳腺癌的风险可能更高。研究者建议在有较强乳腺癌遗传倾向的家族中,应该考虑进行CHEK21100delC 筛查,其携带者中患浸润性乳腺癌的OR 值为2.26,80 岁时发生ER 阳性和ER 阴性乳腺癌的累积风险分别为20%和3%。有研究显示具有纯合CHEK2 1100delC突变的家族中乳腺癌风险大概是杂合突变的两倍多。

1.2.3 NF1 基因 

NF1 基因位于染色体17q11.2,全长约300 kb,编码含有2 818 个氨基酸的多结构域蛋白-神经纤维蛋白,主要在神经元、雪旺细胞、少突胶质细胞和白细胞中表达。神经纤维瘤蛋白是一种肿瘤抑制因子,主要通过刺激RAS 蛋白本身固有的低GTPase 活性来下调活化的gtp 结合RAS,从而促进活性RAS -gtp 向非活性RAS -gdp 状态的转化从而减缓细胞生长与增殖。NF1 基因与常染色体显性遗传神经纤维瘤病1 型(neurofibromatosis type 1,NF1)相关,其特征包括多发性真皮神经纤维瘤、皮肤上的咖啡-牛奶状斑疹、摩擦区雀斑、内外大丛状神经纤维瘤,患者中多种类型的良性和恶性肿瘤的发生率增加。一项研究显示,受NF1 影响的女性患乳腺癌的风险中度增加,一生中患乳腺癌的累积风险约为18%。与非NF1 乳腺癌患者相比,NF1患者组织学分级为乳腺癌III 级、雌激素受体(ER)阴性和人表皮生长因子受体2(HER -2)阳性的发生率更高,在多变量分析中,NF1 患者的总体生存率较差(HR 2.25)。

1.2.4 MMR 基因 

DNA -MMR 系统是维持基因组稳定性的关键,并负责识别和纠正DNA 错配。MMR 基因的遗传变异可能影响MMR 系统的DNA 修复能力,是乳腺癌早期发生和发展的重要机制。MMR 基因中常见的MSH2、MSH3、MSH6、MLH1、MLH3、PMS1、PMS2 等变异可能影响DNA 修复能力,从而改变乳腺癌易感性。其中,加拿大人群中携带MSH2 基因突变的女性在其一生中罹患乳腺癌的累计风险为22%,是普通女性群体11%风险的两倍。台湾人群MSH2rs2303425 C/C 基因型与T/T 基因型相比,个体患乳腺癌风险显著增加,尤其是早发性乳腺癌,其中Luminal A 型乳腺癌的风险可增加2.4 倍。另有研究显示,携带MSH6 和PMS2 基因致病突变的女性患乳腺癌的风险可增加2 ~3 倍,在60 岁时患乳腺癌的累积风险分别为31.1%和37.7%。

1.2.5  MRN 复合物相关基因 

MRN 复合物由MRE11、RAD50 和NBS1 三种蛋白组成,是感应DNA 双链损伤以及启动DNA 损伤反应途径的主要蛋白复合物。同时也在ATM激酶活化中起着关键作用,通过细胞周期检查点、端粒长度维持和减数分裂等不同阶段的复杂机制修复DNA 双链损伤。MRN 基因突变可增加染色体不稳定性、免疫缺陷、对辐射的敏感性以及对癌症的易感性,其中MRE11、NBS1 和RAD50 突变或缺失会导致共济失调-毛细血管扩张样病、Nijmegen 断裂综合征以及Nijmegen 断裂样失调症。一项大型病例对照研究的合并分析中显示,MRN 基因确为中等风险乳腺癌易感基因,携带一些MRN 罕见变异的患者乳腺癌风险增加(OR =2.88)。另一项研究表明,MRE11 基因在DNA 损伤修复中起着关键的作用,其中一些SNP 在乳腺癌发生风险的增加中有着重要的影响。NBS1 657del5 多态性与乳腺癌风险之间存在显著相关性,导致携带者乳腺癌风险增加。

1.2.6 FA 相关基因 

范可尼贫血(FA)是一种遗传性疾病,其特征是进行性再生障碍性贫血、多种先天性缺陷以及易患血液学和实体恶性肿瘤。与FA 相关的基因的结构失活突变与乳腺癌和卵巢癌的易感性增加明显相关,其中包括PALB2 (FANCN )、BRCA2 (FANCD1 )、BRIP1 (FANCJ )、RAD51C (FANCO )、BRIP1 (FANCJ )、SLX4 (FANCP )和FANCM基因,FA 基因杂合突变患者罹患乳腺癌的风险可增加近50%。其中,PALB2、RAD51C 和BRIP1 这3 个基因有着共同的特征,各自产物可直接参与同源重组修复,与BRCA1、BRCA2 以及彼此间相互作用,其有害突变通常会诱发FA。

PALB2 基因定位于染色体16p12.2,编码的PALB2(PARTNER AND LOCALIZER OF BRCA2)蛋白也被认为是一种BRCA1 和BRCA 连接蛋白,是DNA 损伤修复的关键因子,通过调节BRCA2 和RAD51 对双链断裂(DSB)位点修复因子的募集,在同源重组修复中发挥重要作用。PALB2双等位基因胚系的功能缺失突变导致范可尼贫血,而单等位基因功能缺失突变与乳腺癌和胰腺癌的风险增加相关。研究发现,PALB2 基因女性突变携带者中,年龄小于40 岁的患乳腺癌风险比正常人高8 ~9 倍,40 到60 岁的为6 ~8 倍,超过60 岁的为5 倍。根据有无家族史,突变携带者70 岁时患乳腺癌绝对风险分别为58%和33%。

BRIP1 基因定位于染色体17q23.2,编码含有DEAH 解旋酶结构域,能与BRCA1 相互作用的蛋白,又称BRCA1 相互作用蛋白1 (BRIP1)。除了BRCA1,该蛋白还与TopBP1、RPA 和MLH1 相互作用,修复S 期复制叉停滞,调控短链和长链基因转化,参与DNA 双链断裂的同源重组(HR)修复,维持染色体的稳定。虽然BRIP1 基因一直被认为是一种抑癌基因,但在散发病例中却表现为致癌基因,其过表达可导致基因组不稳定,并促进乳腺恶性肿瘤的发生和发展,可作为预测生存和预后的潜在生物标志物。一项研究显示,欧洲人群中BRIP1 基因突变频率为0.15%,可轻度增加携带者患乳腺癌的风险(OR =1.63)。

RAD51C 基因定位于染色体17q23,编码的RAD51C 蛋白通过同源性重组在DNA 双链断裂修复中发挥重要作用。RAD51C 帮助催化同源序列的定位、配对和交换的过程,其等位基因突变与遗传性乳腺癌的易感性相关。BRCA2 能与RAD51C 直接作用,启动RAD51C 以应答DNA损伤;同时RAD51C 的功能也受BRCA1 调控。研究发现,RAD51C 的单等位基因突变与遗传性乳腺癌易感性有关,在乳腺癌和卵巢癌易感家族中RAD51C 的突变率为1.5%~4.0%。RAD51C 对乳腺癌和卵巢癌发生发展的作用机制还需进一步研究,由于突变的发生率很低,所以暂未应用于常规的基因检测中。

1.2.7 CDKN2A/B 基因 

CDKN2A 基因与CDKN2B 基因毗邻,位于9 号染色体p21.3 区域,又称细胞周期依赖性激酶抑制基因2A 和2B,编码周期抑制蛋白,通过多种途径调控细胞周期,抑制细胞生长。CDKN2A 和CDKN2B 编码三个肿瘤抑制蛋白p14ARF、p16INK4a 和p15INK4b,它们可通过p53 和CDK4 /6 途径阻止pRB 磷酸化,在G1 /S 时期阻断细胞周期进展,从而参与不同细胞周期的调控。大量的证据表明CDKN2A/B 在乳腺癌、卵巢癌和黑色素瘤中起着显著的作用,早在2005 年就有研究者提出CDKN2A 作为乳腺癌易感基因的价值,随后发现CDKN2 A 的A148T变异可能与波兰人群早发性乳腺癌有关,另有研究显示CDKN2A/CDKN2B 基因附近的SNP 也与乳腺癌风险增加相关。研究显示CDKN2A/B 基因rs1 08 1 1 66 1 风险等位基因C 频率为72 %,与乳腺癌风险中度升高有相关性(OR =2.5)。化生性乳腺癌中多数存在9p21.3 区域染色体缺失,包含CDKN2A/B 基因,而在50%的缺失病例中发现CDKN2A/B 区域双等位基因缺失。

1.3 低度外显率易感基因

多基因模型可以解释家族相对风险中无法解释的部分,该模型涉及许多与风险关联较弱的个体变异组合,即所谓的低外显率多态性。单独而言,它们对乳腺癌风险的影响很小,却可能占乳腺癌遗传的很大一部分。研究显示FGFR2、LSP1、TNRC9、MAP3K1、TOX3 和染色体8q24 的等位基因变异与乳腺癌的生理特征有关,如ER 状态,特定的FGFR2、MAP3K1 和TNRC9 变异可能与BRCA1 和BRCA2 突变相互作用,增加乳腺癌风险。

2 乳腺癌基因检测与防治

目前可依据三代以内的乳腺癌/卵巢癌家族史、亲属发病年龄及已知基因突变的大数据,开发相关的风险模型来判断个体BRCA 等突变的风险,进而评估遗传性乳腺癌的发病风险。还有HBOC、MammaPrint ®、PAM50 ®、EPclin ®、Breast Cancer Index 等多个乳腺癌多基因检测方案,可以将乳腺癌准确分型,评估预后及指导治疗。美国国立综合癌症网络(National Comprehensive Cancer Network,NCCN)指南推荐将遗传性乳腺癌和卵巢癌综合征(HBOC)多基因检测方案应用于乳腺癌及卵巢癌高危人群。美国乳腺外科医生学会(ASBrS)也建议乳腺癌患者或高危人群进行包括BRCA1 /BRCA2 和PALB2 基因的检测。此外,利用血液循环游离DNA(circulating cell -free DNA,cfDNA)可以协助乳腺癌的早期筛查、治疗效果检测、生存和预后评价。

对确诊的致病突变携带者,临床上需密切随访。应定期进行乳腺早期监测,联合运用超声、钼靶或乳腺磁共振等筛查手段。预防乳腺癌最有效的方法是行双侧全乳切除术,可使BRCA1 /2 突变携带者发病风险降低近100%,并显著延长生存时间,而行预防性双侧输卵管-卵巢切除术可使携带者发病风险率进一步降低,BRCA2 携带者获益更大。预防性内分泌治疗可减少乳腺癌家系发病风险,他莫昔芬可将BRCA2 杂合子携带者发病风险降低62%;但对于BRCA1 杂合子携带者作用有限,推测与BRCA1 相关乳腺癌ER 阴性率高有关。

对于已经临床确诊的乳腺癌患者,乳腺癌的主要治疗方案仍局限于手术、放疗、化疗或联合治疗,其治疗效果有限,尤其是对三阴性乳腺癌及晚期乳腺癌效果不佳。除了铂类药物的化疗方案,蒽环联合紫杉醇类化疗方案等主要的化疗药物选择外,靶向药物也是目前药物治疗的有效策略。目前PARP 抑制剂已用于治疗BRCA 突变型乳腺癌,尤其是晚期患者,可改善BRCA 突变HER -2 阴性转移性乳腺癌患者的无进展生存期,并对不良反应可控。除了传统的治疗方案,乳腺癌的基因治疗也得到快速地发展,现已有包括癌基因治疗、抑癌基因治疗、免疫基因治疗、多药耐药基因治疗、自杀基因治疗、溶瘤病毒治疗、microRNA 治疗等方案。

3 结语

随着对乳腺癌的发生、转移、耐药机制的逐渐了解,尤其是基因组学、蛋白组学以及基因检测技术的深入研究,越来越多的乳腺癌相关易感基因正在被发现和了解,这些都有助于实现乳腺癌精准诊断和个体化治疗。乳腺癌易感基因种类繁多,对基因的致病突变及多态性位点鉴定,依然是遗传性乳腺癌的研究重点。在单一基因的基础上进一步进行多个相关基因之间的相互联系的研究,能够更好的从分子水平上阐述它们的联系以及导致肿瘤发生的机制,相信会为乳腺癌的预防、早期诊断和治疗提供重要的理论指导和新思路。

参考文献:

《现代肿瘤医学》2020年28卷23期 4184-4190页

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