前列腺癌:分子病理学和临床意义的更新

免疫组化抗体神器

好评必备! 免费下载

        最近在测序技术、蛋白质组学和代谢组学方面的进展已经帮助识别了大量包括前列腺癌(PCA)在内的实体肿瘤的分子改变。而涉及肿瘤进展中的各种遗传和表观遗传事件的描述也促进发展了PCA关键致癌事件的新型诊断测试和实现成功治疗的目标。  
  前列腺癌中最常见的基因组畸变包括基因融合、放大、删除和突变。此外,在关键细胞通路中,基因表达的上下调节也在起作用。从转录组测序数据中也揭示了一系列长期的非编码RNA表达变化。它们在前列腺癌中起调节作用,并有望成为诊断和潜在的预后标志。由此,本综述总结了近年来前列腺癌分子病理学及其新兴临床应用的发展。
前列腺癌:分子病理学和临床意义的更新
       1. PCA中的体分子改变
  遗传改变
  前列腺肿瘤的发生和发展涉及到许多遗传途径的改变。随着对这些途径和关键驱动分子改变认识的不断发展,在过去的20年里已经评估了大量的生物标记物,包括预测疾病结果和作为治疗目标方面的潜在作用。这些标记物包括记的增殖指数(ki67),肿瘤抑制基因(如p53、p21 p27、NKX3.1 PTEN、视网膜母细胞瘤基因Rb),致癌基因(如Bcl2、c-myc、EZH2和HER2 /neu),粘附分子(CD44, E-Cadherin), PI3K/akt/mTOR路径成分,细胞凋亡调节剂(如生存素和转化生长因子b1)、雄激素受体状态,以及前列腺组织系特定标记(PSA、前列腺特异性酸性磷酸酶,以及前列腺特异性膜抗原)。此外,最近对单独PTEN损失或与ERG融合的评估也在常规实践中获得了显著的进展,它作为一项辅助测试,可以帮助更好地描述使用积极监测来应对的无痛低等级疾病。
  ETS基因融合
  2005年,Tomlins等人发现了一种复发的染色体重排,主要是将TMPRSS2基因(21q22)的雄激素应答启动子融合到ETS转录因子的三名成员之一。它们分别是位于21q22、7p21和17q21的染色体上的ERG、ETV1和ETV4。这一发现对增进PCA发病机理的理解有很大的影响,并为PCA中分子诊断提供了一个新的标记。此外,最近的基因组研究已经重新指出了TMPRSS2-ERG融合状态的预后意义作为基因组特征的一部分,可对疾病的侵袭性进行分层。
  商业化抗ERG单克隆抗体的发展促进了免疫组织化学(IHC)的应用,来评估ERG蛋白表达。该方法更简单、费用低,可作为检测TMPRSS2-ERG融合的荧光原位杂交法(FISH)的的替代。而且,已经有几个研究小组证明,ERG过度表达和ERG融合状态之间存在很强的相关性。
  在某些特定情况下,当病理学家在穿刺活检中发现非典型腺体的小焦点时,ERG免疫反应可能对诊断癌症有一定的作用。而在此种情况下,阳性ERG染色与其他免疫抑制剂(如AMACR、p63、PTEN)结合时,可能会非常有帮助。
  磷酸酶和张力蛋白同源(PTEN)丧失
  在PCA中,PI3K/mTOR路径在细胞生长、增殖和肿瘤形成中起着重要作用。而PTEN是路径的主要负调节物。有几项回顾性研究揭示了PTEN肿瘤抑制基因活性的丧失和随后发生的mTOR路径激活,与PCA预后不良有关。
  PCA组织样本的PTEN丧失可通过FISH或最近出现的IHC(图1)进行评估。Lotan等人在最大的RP组和其随访中比较了PTEN和IHC,发现两者的高度一致性,支持PTEN IHC和PTEN FISH作为PCA中PTEN丧失的补充筛选工具。
图1 –前列腺癌中PTEN免疫组织化学
前列腺癌:分子病理学和临床意义的更新
     (A)肿瘤细胞“T”中完整的PTEN:相邻的良性腺体中标记为“B”;高倍放大率显示阳性“P”染色肿瘤腺体。
  (B)肿瘤腺体“T”内的PTEN同质丧失:附近良性腺体“B”和基质中完整的染色;高倍放大率显示阴性“N”染色肿瘤腺体。
  (C)PTEN异构丧失,一些肿瘤细胞“T”中有染色损失;高倍放大显示出阳性“P”染色和阴性“N”染色肿瘤腺体。
  (D)PTEN无法解释的染色:PTEN染色较弱但在肿瘤腺体中没有丧失,而作为比较的良性纤体无背景,另其难以解释;下图是更高放大率的图像。
  此外,PTEN缺失与早期BCR、晚期肿瘤分期、高Gleason等级、淋巴结转移、激素难治性疾病、ERG基因融合的存在以及核p53积累有关。在ERG融合-阳性和ERG融合-阴性肿瘤(图2)中都发现了PTEN缺失的预后影响。
前列腺癌:分子病理学和临床意义的更新
  图2 –(A)PTEN删除的联合(B)ERG融合(C)PTEN删除和ERG融合的结合(D)核p53积累和前列腺癌的生化复发。del.=删除; neg.=阴性; pos.=阳性。
  如上所述,对PTEN损失的评估正在成为一种重要的辅助生物标记,用于分层病理上低风险疾病的患者。此外,mTOR途径同样也是PCA疗法的考虑目标,已经对一些雷帕霉素类似物(rapamycin analogs)作为PCA的潜在治疗药物进行了评估。
  PCA基因组分类
  最近对PCA进行的全基因组综合评估进一步定义了各种染色体重组和复制数目增益和损失,包括ETS基因家庭融合,PTEN损失,和雄激素受体(AR)扩增,令PCA发展并进展到致命的,转移去势抵抗性PCA(CRPC)。
  Taylor等人使用的DNA复制数目、mRNA表达,以及病灶外显子序列能够将低危和高危疾病群分层,而这超出了传统病理预后参数的风险分层能力(如Gleason等级)。Markert等人评估了mRNA微阵列信号特征,发现了mRNA干细胞样信号同p53和PTEN的失活与低生存期结果相关联。
  在第一个关于PCA全基因组测序(WGS)的研究中,Berger等人分析了从温暖尸检过程中获得的7个PCA样本的全部基因组,揭示了在已知的癌症基因内或邻近的复杂平衡重组链的发生:这一复杂的重组过程被称为“chromoplexy”。与(ETS pos CHD1wt)PCA(图3)相比,在(ETS neg CHD1del)肿瘤中出现了明显的chromoplexy模式。
前列腺癌:分子病理学和临床意义的更新
  图3 –同一条链上的重组用一种颜色表示。灰色的重组没有被分配到一个链上。内圈分别用红色和蓝色显示复制数目的增益和损失。需要注意的是,在ETS+肿瘤中的重组链比ETS阴性肿瘤中的有更大比例的染色体间融合。
基因组研究也帮助描述了CRPC复杂的突变。Grasso等人评估了50种致命转移性CRPC,对整个外显子组测序的分析严格定义了与ARs有物理互动的基因编码蛋白质中的复发突变,包括ERG基因融合产品、FOXA1、MLL2、UTX和ASXL1。这些发现揭示了CRPC中AR信号传导的机械性改变,从而为致命PCA的新疗法提供方向。
  最后,作为TCGA项目的一部分,涉及333个原发性前列腺癌的最详细分子分析在2015年完成了。综合的遗传、表观遗传和蛋白质组分析,整合了来自体细胞突变全外基因测序的数据,基于阵列的方法来分析体细胞复制数目的变化,以及DNA甲基化、mRNA和微RNA测序。TCGA的研究结果为PCA的一种新分子分类提供了一个框架。大多数(74%)的原发性肿瘤被分配到7种分子亚型中的一种。每一种亚型都是由一种特定的替代致癌因子决定,包括四种基因融合(ERG、ETV1、ETV4、FLI1)和3种基因突变(SPOP、FOXA1、IDH1,图4)。
前列腺癌:分子病理学和临床意义的更新
       图4 – 原发性前列腺癌的分子分类:333个原发性前列腺癌样本癌症基因组图谱综合分子图谱揭示了7个基因不同的亚型, 从上到下由ERG融合、ETV1 / ETV4 / FLI1融合/过度表达,或SPOP、FOXA1、和IDH1突变而界定。热图显示了所有病例的DNA复制数目,染色体从左向右显示。损失区由蓝色表示,而增益区由红色表示。(cellul. = 细胞结构; mRNA = 信使RNA; miRNA = 微RNA; SCNA =体细胞拷贝数改变)
  TCGA的研究证实了PCA表观遗传特征的显著异质性,并强调了一个具有甲基化表型的IDH1-突变子集;也对进一步改进致命疾病的定向治疗具有重要意义。在TCGA分子亚型中,AR活动差异很大。SPOP和FOXA1突变亚型的肿瘤揭示了最高水平的AR-诱导的转录子。此外,最近开发的一种用于TCGA转录组测序数据的转录组分析工具UALCAN可用来识别每种分子亚型中的基因表达,从而进一步了解这些PCA子类中改变的路径。在治疗性的靶向PI3K或MAPK(RAS)信号通路中,25%的分析肿瘤中都发现了潜在的可操作的分子改变。另外19%的肿瘤都显示了DNA修复基因的改变,而这些基因越来越多地被新药物(如PARP抑制剂;图5)命中。
前列腺癌:分子病理学和临床意义的更新
          图5
  (A)通过在BRCA2、BRCA1、CDK12、ATM、FANCD2或RAD51C中的突变或缺失,DNA修复基因中的改变影响了19%的肿瘤。
  (B)在7%的样本中,出现了FANCD2的病灶损失。
  (C、D、E)RAS或PI-3激酶途径的改变在近四分之一的肿瘤中可见,主要是通过PTEN的损失或突变。
  (F)在2%的原发性前列腺癌中发现了BRAF突变,主要是在激酶域中已知的非v600e热点地区。
        2. PCA中的表观遗传调控
  伴随着表观遗传基因沉默的DNA甲基化标记变化,是PCA发展中最早的体细胞变化。在90%以上的PCA中,对GSTP1转录调控序列的超甲基化一直有被检测到。而GSTP1的缺失是初期前列腺癌的早期事件,表现在5%-10%的增生性炎症萎缩和>70%的高等级前列腺上皮肿瘤病变的GSTP1甲基化。
  在Ayree等人研究中,对致命转移性PCA的DNA甲基化变化进行了基因组规模分析。他们创造了一个DNA甲基化景观图来可视化高度复杂的数据。尽管显示了显著的个体间异质性,但在同一病人的所有转移中,致命转移性PCA中保留了体细胞DNA甲基化变化。所有患者经常过度甲基化的区域明显地丰富了癌症和发展/差异相关的基因。这些重要发现说明了DNA甲基化改变有制造可选驱动因子致癌事件的潜力。
  此外,最近报告的TCGA研究结果进一步揭示了初级PCA的表观遗传改变的巨大变化。ERG-阳性肿瘤具有高多样性的甲基化变化,并表现出明显的高度甲基化亚群。SPOP和FOXA1突变肿瘤也表现出全球超甲基化,而IDH1-突变肿瘤则是最具甲亢性的肿瘤。
  最后,在PCA中也发现了组蛋白的表观遗传修饰。EZH2是一种组蛋白H3赖氨酸27三甲基化酶,是最早发现侵略性PCA的生物标记物之一。而微RNA-101的基因组丢失和下调已被证明在EZH2的上调中起着重要作用。EZH2也会抑制多种微RNA的表达。WHSC1(MMSET)是一种组蛋白H3赖氨酸36二甲基化酶,由于EZH2对微RNA的下调,在PCA中会过度表达。为了抑制EZH2酶活性,研发了多种特定的小分子抑制剂,并在DLBCL和多种实体肿瘤中进行临床试验。也因此,EZH2抑制性在侵袭性PCA对表观遗传修饰剂过度表达中显示出了另一个潜在的治疗时机。
  3.商业临床基因组和蛋白质组分级器化验
  现在有大量的商业化验可提供给临床医生和实验室人员使用。表1只讨论了几种基因组分子分级器,不过并没有暗示对其使用的支持。
商业临床基因组和蛋白质组分级器化验
        4.分子早期检测试验
  可应用于血液、尿液或前列腺分泌液(射精或前列腺按摩液)的PCA早期检测标记一直是积极研究的重点:包括基因启动子超甲基化的研究和PCA3,以及其他结合了PCA多种基因改变的多路尿检。
  PCA3是一种非编码RNA,是PCA特定的标记之一,其基因位于染色体9q21.2。定量实时RT-PCR化验检测PCA3可应用于血液、尿液或前列腺液。使用转录介导放大技术对尿样中PSA3进行评估,其预测活检结果显示优于血清PSA,敏感性和特异性分别接近70%和80%。目前,该测试已经获得了FDA的批准,可由美国商业实验室提供。此外,结合PCA3、TMPRSS2-ERG、SPINK1和GOLPH2的多路尿检来早期检测PCA同样也在探索中,有数据表明,与仅使用PCA3相比,该方法的性能更高。
  PCA3也可以作为预后标记。有研究表明,PCA3可预测更高的Gleason分数风险和RP上更大的肿瘤体积。
  更多的基于尿液的信使RNA试验也一直在探索中。Van Neste等人开发了一种多模式模型,合并了之前的尿液mRNA生物标记物和传统的危险因子(这些因子可以用来识别高等级PCa的患者),发现HOXC6和DLX1mRNA水平可以预测随后活组织检查中高等级PCa的检测。
分子早期检测试验
       现在又有一种新兴的早期检测方法,可用于化验阴性活检组织样本,或许有助于预测非取样隐性PCA的存在,帮助减轻重复活组织检查的发病率。ConfirmMDx是由MDxHealth开发的一种表观遗传分析,通过一种多路复用甲基化PCR技术来评估GSTP1、APC和RASSF1三种基因的甲基化状态。
  5.治疗和预测生物标记物的分子目标
  长期以来,AR一直是PCA治疗策略的主要目标。由AR过度表达引出的抗激素治疗、进而导致基因扩增和/或基因复制数目增加,是CRPC发展的主要机制。为了针对残留的雄激素活性,科学家们开发出了几种新型激素疗法(NHT)药物,比如恩杂鲁胺和阿比特龙。
  不幸地是,最初对恩杂鲁胺或阿比特龙有反应的患者最终会获得二次抵抗。但最近,Antonarakis等人证明了在循环肿瘤细胞中检测到的AR剪接变体-7(ARV7)与CRPC中抵抗NHT有关。AR-V7是AR的一种异常剪接的mRNA 同种型,它编码了一种缺乏C端子配体结合域的蛋白质产品,但保留了转录活性的N端域。因此,尽管有NHT,AR-V7仍然在配体独立状态中保持着基本活性,使得CRPC的继续发展。随后的研究也证实,在可检测到AR-V7 mRNA或蛋白质的患者中,NHT没有效果。此外,还提出了基于循环肿瘤细胞的AR-V7检测方法,来预测对紫杉醇衍生物(如多西他赛和卡巴他赛)的敏感性。
  目前已经有在研究一些标记物作为治疗PCA的潜在目标,其中包括酪氨酸激酶受体(如EGFR)、血管生成靶点(如VEGF),和PI3K/akt/mTOR。
  最后,尽管免疫疗法作为一种单一的治疗策略已经失败,但有几项研究表明,癌症疫苗或检查点抑制剂与NHT/放疗或/化疗(docetaxel)的结合可增强免疫反应,从而导致更好的临床反应。此外,与其他实体肿瘤相似(如结直肠癌),错配修复缺陷的PCA子集可能显示出对免疫检查点抑制剂增加的反应倾向。
 

责任编辑: 希禾
0 0 0

我要评论

扫一扫下载91360客户端