肺癌全基因組關聯研究進展

楊興禮+++++付永全++++++劉小軍++++++張瑋++++++陶濤

[摘要] 近年來，肺癌全基因組關聯研究不斷在世界各地實施，研究對象從最初的單一歐洲人群到擴大至多種族多中心的人群，并逐步根據吸煙、性別、污染、藥物作用等背景情況作了細分研究。近年來高密度芯片/測序技術的應用幫助研究人員發現了一系列在不同背景下，和不同腫瘤類型相關的基因位點突變，有部分有一定的健康和臨床指導價值。本文對近年來肺癌全基因組關聯發現的染色體遺傳易感基因多態位點進行總結，作此綜述。

[關鍵詞] 全基因組關聯研究；肺癌；遺傳變異；單核苷酸多態性；基因組

[中圖分類號] R734.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）10（c）-0034-04

The progress of GWAS in lung cancer research

YANG Xingli1 FU Yongquan1 LIU Xiaojun2 ZHANG Wei2 TAO Tao2

1.Bringspring Science and Technology Co.， Ltd.， Liaoning Province， Shenyang 110027， China； 2.Hangzhou Miti-Genomics Co.， Ltd.， Zhejiang Province， Hangzhou 310053， China

[Abstract] In the last decade， there have been numerous genome-wide association studies for lung cancer. The studies′ target population have expanded from Caucasians to multi-racial， incorporating the disease and genetic relations with environment factors， such as smoking， air pollution， gender and drug effects for deeper understandings. Through these studies， researchers discover series of genetic mutations related to different cancer types using high-density microarray and next generation sequencing technologies. Some of these mutation findings have high values in health management and clinical usages. This article systemic reviews current genome-wide association studies for lung cancer.

[Key words] GWAS； Lung cancer； Genetic variant； SNP； Genome

肺癌已成為我國發病率和死亡率最高的一種癌癥。據《2015中國癌癥統計》顯示，中國男性肺癌的發病率為50.9/10萬人年，中國女性肺癌的發病率也達22.4/10萬人年[1]。肺癌是環境和遺傳因素共同作用的結果，80%以上的肺癌和煙草接觸有關，但僅有不到20%的吸煙人發生肺癌[2]，這說明遺傳因素在肺癌發病中起重要作用。因此，研究肺癌發病中涉及的生物學通路、發現肺癌相關變異位點，在預測、診斷、治療、預后等方面具有重要臨床價值。早期研究使用候選基因法[3]，一次檢測一個或幾個基因多態性，但單個基因上的變異對癌癥的作用是微效的，腫瘤的發生是多個變異累積作用的結果[4]。為全面研究與癌癥易感性相關的遺傳變異，從全基因組水平對單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）進行篩選和識別的全基因組關聯研究（genome-wide association study，GWAS）應運而生。

GWAS研究采用高通量的高密度基因芯片或測序儀，分析幾十萬甚至上百萬個涵蓋人類基因組范圍的遺傳變異，采用較大的病例-對照研究樣本量，發現與疾病相關的陽性位點，再以獨立的驗證和篩選得到與該疾病關聯最為密切的易感性點。迄今為止，利用GWAS已經發現了一些與肺癌相關聯的疾病易感基因、區域和位點。為進一步研究肺癌的遺傳機制，筆者特對肺癌GWAS研究進展作一綜述。

1 易感人群

1.1 歐洲人群

自2008年起，有多個肺癌GWAS研究在歐洲人群中實施，最先發現的高風險基因區域位于染色體15q24～15q25，之后在染色體5p15、6p21區域上也找到多個和肺癌相關的SNP位點[5-6]。這些研究發現，定位于染色體15q上的CHRNA3、CHRNA5基因，5p上的TERT-CLPTM1L基因和6p上的BAT3-MSH5基因的多個位點變異與肺癌風險強烈相關。其中，15q25.33上的rs1051730高風險變異在多個獨立肺癌GWAS研究中被發現，但此變異的作用機制和影響程度的結論不盡相同。Han等[7]通過META分析相關肺癌GWAS研究的數據，收錄31個獨立研究成果，作出綜合進行調整后的結論，使得對rs1051730在肺癌中的作用認識更加客觀真實。

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一個已知肺癌危險因素。Artigas等[8]通過GWAS研究，發現和COPD相關的多個位點。Liu等[9]對這些位點區域進行定向測序后GWAS分析，發現CCDC147基因和DBH基因各有一個罕見突變是家族性遺傳罕見肺癌的高風險位點，和吸煙導致的氣道功能變相關。Wang等[10]使用一款包含24萬個低頻變異探針的芯片，對4個歐洲人群的肺癌GWAS數據集進行分析，首次發現位于BRCA2基因的一個罕見變異與肺癌易感性相關。研究佐證了先前的CHEK2基因與鱗狀細胞癌存在聯系的研究結果，并首次在歐洲人群發現rs13314271變異和肺腺癌相關，此變異最先由Miki等[11]在亞洲人群中發現。McKay等[12]主導的迄今為止的最大的一個肺癌GWAS研究，收入14 803例肺癌樣本和12 262例對照樣本，定位出18個肺癌易感基因座，10個為新發現基因座，其中4個與肺癌整體發病相關，另6個和腺癌發病相關。研究發現，8p21上的高風險位點rs1178047攜帶者有更強的吸煙傾向和更早的吸煙年齡，但和開始吸煙后的成癮性無關。endprint

1.2 亞洲人群

2011年我國Hu等[13]發表了第一篇漢族人群肺癌GWAS研究結果，對2383例肺癌病例和3160例對照病例進行了芯片掃描，在一個包含6313例患者和6409例對照的樣本中進行驗證。研究發現了4個染色體區域的遺傳變異與中國人群肺癌發病顯著相關，其中13q22區域的rs753955，22q12區域的rs17728461和rs36600是中國人群特異性的肺癌易感位點變異。2012年Dong等[14]在中國人群中的研究共納入7463例肺癌患者和7483名對照者，又發現3個與中國人群肺癌相關的新易感位點，分別是10p14上的rs166 3689， 5q32上的rs2895680和20q13.2上的rs4809957。研究也發現rs2895680、rs4809957、rs247008和rs9439 519和吸煙數量相關。Bae等[15]用GWAS方法研究已在其他人群發現的肺癌基因高風險變異在韓國人群中的分布和作用，發現15q25.1和5p15.33上的rs2036527和rs2853677也為韓國人群的高風險位點，6p21上3個在歐洲人群中常見的高風險位點rs3117582、rs3131379和rs4324798在韓國人群中極少發生且和肺癌發病不相關。在先前的GWAS研究中，在15q25區域內發現了大量和尼古丁成癮相關高風險位點。我國Cheng等[16]利用重測序深度分析了該區域，發現rs6495304和rs74733525兩個全新漢族人群肺癌特異性位點（白人中罕見）。該研究表明，rs6495304和吸煙行為及腦組織中的CHRNA3表達密切相關，可能對尼古丁成癮有影響。

1.3 非洲裔人群

美國非裔人群的吸煙率低于高加索人群，但肺癌發病率要高于高加索裔，且死亡率高[3]。Patel等[17]對美國非洲裔、夏威夷裔、日本裔、拉丁裔和白人的吸煙者進行了10年的追蹤，發現非洲裔人群尿液中尼古丁類似物，3-PheOH酶和強致癌物PheT顯著高于其他人群。通過GWAS分析，將相關的變異定位在GSTT1和GSTT2基因，該基因作用為調控多芳香環族物質的體內解毒過程，但未明確位點。Zanetti等[18]進行了一項多中心非裔美國肺癌患者的GWAS研究，在866例患者和796例對照者中進行驗證，發現位于15q25.1和5p15.33上的rs2036527和rs2853677分別影響CHR？鄄NA5和TERT基因，與歐洲白人、東亞人群相同，為肺癌高風險位點。

2 環境與肺癌的作用

空氣污染和吸煙是肺癌發病的重要危險因素。Wei等[19]通過GWAS研究了石棉污染下的肺癌風險，觀察到C7orf54基因上的的rs13383928和肺癌相關性最顯著，但差異無統計學意義。Liu等[20]的GWAS研究也證實MIRLET7BHG基因上的多個SNP位點和石棉污染導致的肺癌相關，在女性中更具風險性，但也未顯示統計學意義上的明顯差異。

在東亞國家，女性中不吸煙者居多，且不吸煙女性患肺癌時腺癌為常見類型。因此，多個女性非吸煙者肺癌GWAS實驗在東亞各國實施。Hosgood等[21]對3467例肺癌女性和3787例對照女性進行GWAS研究，證實TP63上的rs10937405和rs4488809是東亞女性肺腺癌的高風險位點，且rs10937405影響更大。Lan等[22]在亞洲非吸煙女性肺癌患者中進行了一個收錄共計5510例肺癌患者及4544例對照者的GWAS研究，發現10q25.2、6q22.2和6p21.32上的共3個非吸煙女性肺癌易感位點，并證明位于15q25內的易感位點只在吸煙女性人群中顯著增加肺癌風險。

我國Zhang等[23]實施的中國吸煙人群的肺癌GWAS研究發現，14q22.1上的rs1316298和15q22.32上的rs4589502兩個和吸煙相關的肺癌風險位點。同時發現攜帶rs1316298的TT基因型或者rs4589502的CT或TT基因型人群，吸煙對其具有更大危害效應，對此類人群，應當禁煙。

3 肺癌預后藥物敏感性

除了研究與肺癌發病相關的遺傳變異之外，人體對癌癥治療的藥物敏感性和預后也是臨床遺傳學研究的重要內容。已有學者使用GWAS研究方法考察變異和各種類型肺癌生存期的關系。Tang等[24]發現，CAMK2D基因上的rs10023113可能可作為漢族人早期非小細胞肺癌生存期預測的一個指標。Sato等[25]發現，EIF4E2基因上的rs1656402，ETS2基因上的rs1209950，DSCAM基因上的rs9981861，與以鉑類和紫杉醇藥物治療的晚期非小細胞肺癌患者生存期減少有關。Wu等[26]發現，CMKLR1基因上的rs1878022，SORCS2基因的rs10937823也和鉑類治療的多個種族患者生存期相關。Hu等[27]通過GWAS發現5個SNP與中國肺癌患者生存期相關，其中的rs7629386和rs3850370作用與歐美研究報道的一致。Wu等[28]分析全基因組SNP與小細胞肺癌患者鉑類藥化療敏感性及生存期的關系，首先發現YAP1基因上的rs1820453，以及DYNC2H1基因下游的rs716274與患者生存期相關。但總而言之，以GWAS方法研究遺傳變異和肺癌患者生存期和藥物敏感性雖有一系列結果，但可重復性差，不可作為臨床參考，可能與腫瘤異質性和入組患者數量不足有關。

4 信號通路肺癌GWAS研究

GWAS通路分析是將GWAS所檢測的遺傳變異按可能的生物學通路排列，并比較各個通路在病例組和對照組中的差異，有利于發現新的與疾病關聯的基因集合。Shi等[29]在歐洲肺鱗癌人群中，利用GWAS研究炎性反應通路中數條信號通路的差異，發現12p 13.33上的rs6489769是RAD52基因的高風險位點，可能影響染色體同源重組時DNA雙鏈修復過程。Spitz等[30]發現CVR1B基因內含子區域的rs12809597，是二手煙導致的肺癌的高風險位點，這和CVR1B參與氣道重塑的功能相符。Feng等[31]利用通路GWAS分析，發現位于T細胞蛋白酪氨酸磷酸酶信息通路上的基因PTPN2有兩個高風險位點rs2847297和rs2847282，且有作為肺癌診斷的潛力。endprint

5 討論與展望

GWAS開創了研究腫瘤遺傳易感基因的新時代，雖然在肺癌GWAS領域我國起步較晚，但近幾年來中國科學家團隊在此領域有多篇高影響因子科研結果論文發表，整體已接近世界先進水平，但肺癌遺傳病因學的研究工作仍然任重道遠。首先，目前GWAS所用芯片只能檢測變異頻率較高的SNP，但可能存在“罕見變異-常見疾病”的情況被忽視，需要更大樣本量，或者測序技術/低頻芯片的大量應用。其次，DNA拷貝數變異、缺失/插入、甲基化對肺癌作用仍缺少研究。第三，有些遺傳風險因素只在有環境風險因素存在時顯現效應，如中國女性的肺癌可能和中國女性從事烹飪工作較多有關，所以在研究中應盡可能整合已知的環境因素進行分析。第四，要將研究成果應用于實際，即應用于肺癌的個體化預警、預防、干預和治療中。這些工作都有很大的難度，但同時也具有很大的機遇。

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（收稿日期：2017-07-07 本文編輯：程 銘）endprint