編者按： 結直腸癌（colorectal cancer, CRC）是常見的惡性腫瘤，發病率居全球惡性腫瘤第三位，2020年全球估計新發CRC人數超過193萬例；死亡率居第二位，估計死亡人數達93.5萬例，約占全球新發癌癥病例和癌癥相關死亡人數的10%。
本期 「專家組稿」 由天津醫科大學腫瘤醫院孔大陸教授擔任執行主編，他將與莊嚴醫生在第三期內容中分享【基因突變特征分析在結直腸癌診療中的意義】，為醫者和患者提供更多參考。
專家介紹
孔大陸
主任醫師
天津醫科大學腫瘤醫院結直腸腫瘤科主任
天津市政協常委
中華醫學會腫瘤學分會結直腸腫瘤學組副組長
中國抗癌協會大腸癌專業委員會常委
中國抗癌協會納米腫瘤學專業委員會常委
中國性學會結直腸肛門功能外科分會常委
中國老年醫學會普外分會委員
國家癌癥中心國家腫瘤質控中心結直腸癌質控專家委員會委員
中華結直腸癌MDT聯盟主席
中國NOSES聯盟會員
中國研究型醫院學會腫瘤外科專業委員會常委
中國醫師協會結委員會外科專業委員會委員
天津市醫師協會肛腸醫師分會副會長
天津市醫學會外科學會結直腸外科學組副組長
北京腫瘤學會結直腸腫瘤分會常委
莊嚴
天津市腫瘤醫院結直腸科主治醫師
中國醫療保健國際交流促進會胃腸外科分會委員
天津市醫療健康學會精準檢測專委會委員
天津市生物醫學工程學會醫學生物技術專業委員會委員
題目：基因突變特征分析在結直腸癌診療中的意義
◾ 作者： 莊嚴 孔大陸
世界衛生組織下屬國際癌癥研究機構(IARC)於2021年釋出了2020年全球癌癥統計數據【全球癌癥報告】：2020年全球新發癌癥病例1929萬例，全球癌癥死亡病例996萬例，其中結直腸癌位於癌癥發病率排行榜第三，癌癥死亡率排行榜第二。國家癌癥中心於2024年3月在【中華腫瘤雜誌】釋出的2022年中國惡性腫瘤發病和死亡情況顯示：2022年中國新發癌癥482.47萬例，其中新發結直腸癌51.7萬例位居第二位；2022年中國癌癥死亡人數257.42萬例，其中結直腸癌死亡人數24.0萬例位居第四位。
而2020年進行的中國中晚期結直腸癌患者診療現狀調查中期結果顯示：首次確診時，83%的結直腸癌患者都處於中晚期，且44%的患者已經出現了肝、肺等部位的轉移。因此，結直腸癌是一種發生和死亡率雙高的癌癥，嚴重危害國民健康。以往的多項研究表明結直腸癌的發生發展與分子水平的基因突變密切相關。因此了解結直腸癌的基因突變特征有助於更好地了解其發生和發展，有助於從分子水平來解讀、分析和預測結直腸癌，有助於更精準的指導結直腸癌的個體化治療，有助於為臨床實踐提供一些潛在的生物標誌物。因此，這是精準治療時代結直腸癌領域一個重要且具挑戰性的研究方向。
目前導致結直腸癌的途徑總共有兩種 （圖1）：一種是傳統的腺瘤-癌途徑，在所有結直腸癌的發生中約占70-90%；另一種是鋸齒狀癌變途徑，約占所有結直腸癌的10-20%。這些途徑代表了序貫發生的不同的基因水平糊表觀遺傳水平的改變 [1] 。染色體不穩定表型的發生前通常會先有APC突變和RAS啟用或TP53功能缺失。相反，鋸齒狀癌變通路通常表現為RAS和RAF突變，以CpG島甲基化為主要特點的表觀遺傳學的不穩定，以及其所導致的染色體穩定和不穩定性腫瘤。
圖1.結直腸癌進展的分子通路途徑
從腫瘤發生部位分析，除了右半結腸和左半結腸在胚胎發育、生物學和解剖學方面也存在不同，腸癌的分子表達亦不同 。右半結腸（盲腸、升結腸、肝曲、中右2/3的橫結腸）癌與左半結腸（中左1/3的橫結腸、脾曲、降結腸、乙狀結腸、直乙交界）和直腸癌存在差異（圖2）。圖2反映了結腸癌患者遺傳背景的不同和持續的變化。左右半的區分具有十分重要的意義，尤其在轉移性腫瘤中其被用來作為判斷腫瘤對抗EGFR藥物敏感性的預測因素 [2] 。
圖2.右半結腸與左半結腸和直腸的區別
隨著對結直腸癌基因及相關突變的研究逐漸深入，目前發現：
1、美國國立綜合癌癥網絡NCCN（National Comprehensive Cancer Network）腸癌治療指南指出 全面的錯配修復檢測 不但套用於Lynch症候群的發現，也套用於指導氟尿嘧啶為基礎的輔助治療的選擇，同時也可作為轉移性結直腸癌患者可能從免疫治療獲益的判斷標準 [3] 。
2、 RAS和RAF突變可以調控增殖、雕亡和血管生成 ，在結直腸癌中已經演變成為判斷預後的標誌物 [4] 。其中BRAF-V600E突變的結直腸癌患者，惡性程度高，對系統治療反應差，預後要差2-3倍，這部份病人的鑒別是十分重要的 [5] 。因此，NCCN腸癌治療指南推薦，結直腸癌患者在使用抗EGFR治療前需要進行RAS和RAF（KRAS,NRAS和BRAF）突變檢測 [6] 。
3、 對於Ⅱ期的患者，dMMR是預後良好的標誌 ，這部份患者並不能從輔助化療中獲益 [7] 。因此RAS、RAF和dMMR的檢測已納入NCCN腸癌治療指南的常規推薦。
4、非V600E BRAF突變的結直腸癌患者可能比之前報道的患者有 更好的預後 [8] 。
5、另一個有 判斷預後價值的治療靶點是HER2/Ne u [9] ，已經有了值得期待的結果。
綜上所述，2021年【結直腸癌分子檢測高通量測序中國專家共識】中指出：對Ras、BRAF、MMR/MSI、Her-2、PIK3CA、NTRK、TMB及遺傳易感性基因APC、MMR、STK-11等相關分子標誌物的深入研究、合理檢測及套用已經成為目前臨床實踐的重要組成部份。
我們團隊經過5年的研究， 首次在多種常見惡性腫瘤中評估基因突變的頻率和比例，並行現腸癌基於基因突變水平的高低風險人群的總生存具有顯著性差異。 2020年2月該研究成果Somatic gene mutation signatures predict cancer type and prognosis in multiple cancers with Pan-Cancer 1000 gene panel發表於CANCER LETTERS。
進一步研究我們發現在結直腸癌中有突變且突變頻率在5%以上的共有44個突變基因，這44個基因均分布在結直腸癌發生發展相關的通路上（圖3、圖4），對這些基因的突變分析有助於結直腸癌的診斷、病理分類、分期和預後判斷。
圖3. 樣本組44個基因的突變資訊及患者臨床資訊
圖4.GeneCards中超過30分的通路上的基因分布情況
2021年4月該研究成果Multi gene mutation signatures in colorectal cancer patients : predict for the diagnosis, pathological classification, staging and prognosis發表於BMC Cancer。以此44個基因及其他基因為標準可建立客製的選擇性Panel進行NGS，可以進一步深入了解結直腸癌的基因表現及突變情況，有助於探索結直腸癌發生、發展的分子機制及分子標誌物評價。我們從TCGA數據庫下載531例結直腸癌患者的臨床資訊及其測序數據，臨床收集53例手術的結直腸癌患者（樣本組）並采用下一代測序技術進行測序。研究發現TP53、APC、KRAS、BRAF和ATM的突變覆蓋了97.55%的TCGA人群和83.02%的驗證組患者（圖5、圖6、圖7）。
此外，57.14%的樣本組和22.06%的TCGA樣本表明粘液腺癌患者傾向於BRAF突變，但沒有TP53突變（圖8、圖9）。重要的是，TP53、PIK3CA、FAT4、FMN2和TRRAP的突變在I-II期和III-IV期患者之間具有顯著差異（P<0.0001）（圖10、圖11）。此外，我們還證實PIK3CA、LRP1B、FAT4和ROS1是預後相關的突變基因標誌，可以預測CRC患者的復發和生存。
圖5. TP53、APC、KRAS、BRAF和ATM在TCGA組和樣本組中的突變分布
圖6. TCGA人群中TP53、APC、KRAS、BRAF和ATM突變的Venn圖 （左） 圖7.樣本組中TP53、APC、KRAS、BRAF和ATM突變的Venn圖（右）
圖8. TCGA樣本中BRAF突變和TP53突變情況
圖9. 樣本組中BRAF突變和TP53突變情況
圖10. TCGA組5種突變基因在不同TNM分期中的分布情況
圖11. 樣本組（左）和TCGA組（右）中TP53、PIK3CA、FAT4、FMN2和TRRAP的基因突變頻率
在我們研究發表後，美國維珍尼亞大學和索爾克研究所的研究人員於2021年10月在Nature Commnications 發表研究論文，將基因突變資訊與癌癥患病率數據相結合，揭示了整個美國癌癥患者人群中癌癥的遺傳基礎，其研究思路及方法與我們不謀而合，但在結直腸癌方面研究還不夠深入。而我們團隊最早創新性的開展對中國結直腸癌人群進行選擇性Panel的NGS，最早明確中國結直腸癌的遺傳基礎。第二，我們創新性透過高頻突變基因研究其與結直腸癌生物學行為的關系。第三，研究中我們創新性有選擇的客製結直腸癌Panel基因泛癌種芯片，與大Panel基因檢測相比具有更高的性價比。
2022年我們團隊又發現：Lynch症候群發展為結直腸癌的患者，基因表現情況、突變情況及表達水平與患者預後之間存在相關性。該研究成果Molecular Mechanisms and Differences in Lynch Syndrome Developing into Colorectal Cancer and Endometrial Cancer Based on Gene Expression, Methylation and Mutation Analysis發表於2022年2月的Cancer Causes & Control。
這些研究結果提示我們需要重新評估結直腸癌，將時間、精力和資源集中到結直腸癌發生、發展的分子機制及分子標誌物領域，透過基因測序技術發現基因變異或者表達異常，透過精準生信分析和醫學解讀，找到基因變異與疾病或靶向用藥對應關系，用以幫助指導開發更有效的診療方法。
參考文獻
1.Cancer Genome Atlas Network. Comprehensive molecular characterization of human colon and rectal cancer. Nature 2012;487: 330–37.
2.Loree JM, Pereira AAL, Lam M, et al. classifying colorectal cancer by tumor location rather than sidedness highlights a continuum in mutation profiles and consensus molecular subtypes. Clin Cancer Res 2018; 24: 1062–72.
3.Le DT, Durham JN, Smith KN, et al. Mismatch repair deficiency predicts response of solid tumors to PD-1 blockade. Science 2017;357: 409–13.
4.Schirripa M, Cohen SA, Battaglin F, Lenz HJ. Biomarker-driven and molecular targeted therapies for colorectal cancers. Semin Oncol 2018; 45: 124–32.
5.Roth AD, Tejpar S, Delorenzi M, et al. Prognostic role of KRAS and BRAF in stage II and III resected colon cancer: results of the translational study on the PETACC-3, EORTC 40993, SAKK 60–00 trial. J Clin Oncol 2010; 28: 466–74.
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8.Jones JC, Renfro LA, Al-Shamsi HO, et al. Non-V600 BRAF mutations define a clinically distinct molecular subtype of metastatic colorectal cancer. J Clin Oncol 2017; 35: 2624–30.
9.Bertotti A, Migliardi G, Galimi F, et al. A molecularly annotated platform of patient-derived xenografts (xenopatients) identifies HER2 as an effective therapeutic target in cetuximab-resistant colorectal cancer. Cancer Discov 2011; 1: 508–23.
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