骨肉瘤相关基因多态性的研究进展
作者简介:
张鹏: 主任医师、副教授、硕士生导师，郑州大学附属肿瘤医院/河南省肿瘤医院骨与软组织科副主任。担任中华医学会骨科学分会骨肿瘤学组青年委员、中国抗癌协会肉瘤专业委员会全国委员、中国抗癌协会肉瘤专委会放化疗学组委员、中国抗癌协会肉瘤专委会基础研究与转化学组委员、中国抗癌协会肉瘤专委会脊柱学组委员、中国抗癌协会肉瘤专委会智能骨科与精准诊疗学组委员、中国抗癌协会骨肿瘤和骨转移瘤专委会青年学组委员、中国抗癌协会骨肿瘤和骨转移瘤专委会数字骨肿瘤学组委员、中国抗癌协会骨肿瘤和骨转移瘤专委会骨转移瘤学组委员，河南省抗癌协会青年理事、河南省抗癌协会肉瘤专业委员会副主任委员、河南省临床肿瘤学会肉瘤专委会青委会主任委员、河南省研究型医院学会肿瘤科普委员会常委、河南省科协评审咨询专家库入库专家等学术兼职。获得河南省卫生健康中青年学科带头人、河南省肿瘤医院科技拔尖人才、河南省省直优秀共产党员等荣誉称号，作为第一完成人获得河南省卫生新技术引进奖一等奖等科技成果。主持河南省中青年卫生健康科技创新人才培养杰青人才项目等省厅级科研攻关项目9项，横向科研攻关课题5项，作为第一或主要完成人获省厅级科技成果一等奖3项、二等奖4项
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Research Progress on Gene Polymorphisms Related to Osteosarcoma
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摘要:
骨肉瘤好发于儿童及青少年，是一类恶性程度高、致残率致死率高的骨性原发恶性肿瘤，探索其发生发展和预后的生物标志物至关重要。全基因组关联研究发现基因多态性在骨肉瘤的发病机制中发挥重要作用。本研究通过分析肿瘤相关基因的单核苷酸多态性功能，为探索骨肉瘤可靠的生物标志物提供新思路。
Abstract:Osteosarcoma, which primarily affects children and adolescents, is a highly malignant bone tumor with high rates of disability and mortality. Therefore, the exploration of biological markers related to its occurrence, development, and prognosis is crucial. Genome-wide association studies have revealed the vital role of genetic polymorphisms in the pathogenesis of osteosarcoma. This study aims to provide new insights into reliable biomarkers of osteosarcoma through the analysis of the functional single-nucleotide polymorphisms of tumor-related genes.
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0 引言
骨肉瘤（osteosarcoma, OS）是一种起源于骨髓间充质干细胞的恶性骨肿瘤，好发于儿童以及青少年[1]。骨肉瘤的高异质性、恶性发展、易转移导致患者预后较差[2-3]。目前骨肉瘤的确切发病机制尚不清楚，流行病学调查研究发现，除了青春期的生长因子和激素水平异常、病毒感染、环境危险因素（如氟化物、辐射等外源性刺激）以外，还与基因突变密切相关[4]。但诸多研究表明遗传易感性与骨肉瘤的发生发展密切相关[5]。单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms, SNPs）是个体间最常见的遗传变异类型，分布于基因编码区、非编码区及基因间区[6]，可作为潜在的分子标志物反映肿瘤的易感性[7]。
随着全基因组关联研究结果的不断丰富，越来越多的易感基因在骨肉瘤的发生发展和预后中的重要作用被证实[8]。目前，针对骨肉瘤易感性的研究结论主要来源于SNP分析、全基因组关联分析，本研究针对上述分析结果进行系统性综述，以期为探索可靠生物标志物提供新的理论依据。
1 全基因组关联分析研究
全基因组关联分析研究（genome-wide association study, GWAS）是将基因组的单核苷酸多态性进行标记，通过对照和相关性分析筛选影响不同性状的基因变异的方法，目前GWAS已成为探索疾病遗传易感性和筛选生物标志物的可靠工具。本研究从TCGA公共数据库中对102例骨肉瘤患者的体细胞突变进行分析，最终得到3 167个基因SNPs。在骨肉瘤患者的3种基因变异类型中，错义突变最多，为2 076个，其次为无义突变、移码缺失，见图1。基因突变类型中SNP突变基因数量最多，为2 268个。碱基突变类型中，C基因型突变为T基因型占比最多，为1 436个。进一步对102例骨肉瘤患者的SNPs进行聚类分析，依次获得发生突变比例由大到小的基因，如TP53的突变比例最高，102例骨肉瘤患者中有21%患者的TP53发生了突变，见图2。提示错义突变、SNP基因突变、C>T、TP53突变提高患骨肉瘤风险，但由于骨肉瘤异质性较强，本研究结果仅能解释部分遗传突变信息，还有大量遗传信息的变异需要进一步深入挖掘。结合上述研究结果，本综述继续对既往骨肉瘤基因多态性研究进行系统性分析，深入探索基因组单核苷酸多态性在骨肉瘤恶性表征中的生物学作用，挖掘骨肉瘤发生发展的遗传学机制。
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图 1 骨肉瘤患者的基因变异类型Figure 1 Genetic variation types in patients with osteosarcomaSNP: single nucleotide polymorphism. ONP: oligonucleotide polymorphism. INS: insertion mutation. DEL: deletion mutation.![]()
图 2 TCGA数据库骨肉瘤患者体细胞突变类型及突变基因占比分析Figure 2 Somatic mutation types and mutation gene proportion in patients with osteosarcoma in the TCGA Database2 单核苷酸多态性
2.1 癌基因多态性
细胞因子是一类多效介质，如白细胞介素（interleukin, IL）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor, TNF）、生长因子（growth factor, GF）等，通过旁分泌和（或）自分泌方式调控免疫反应、炎症反应，驱动肿瘤的发生、转移、浸润等生物学过程[8-9]。有研究表明，IL-6-172位点rs1800795显性模型GC和CC会增加骨肉瘤发生风险[10]。IL-8-251 rs4073 AA基因型频率在骨肉瘤发生肺转移患者中较高，且与rs4073 TT基因型相比，显性模型TA和AA基因型个体患骨肉瘤的风险显著增高[11]。IL-10-1082（rs1800896）A>G基因型和等位基因频率在骨肉瘤患者和对照组之间存在显著差异。与AA基因型相比，显性模型AG和GG基因型合并发生骨肉瘤的风险显著增加[12]。但有关IL家族基因多态性与骨肉瘤易感性之间的研究尚不充分，期待更多的研究进一步阐明IL基因多态性调控骨肉瘤恶性表征的分子机制，为后续探索骨肉瘤生物标志物提供新的依据。
TNF是一种常见的肿瘤标志物。一项Meta分析结果证明，TNF-α 308（rs1800629）G>A多态性与骨肉瘤易感性增加显著相关，TNF-β 252A/G和TGF-β1 29T/C与骨肉瘤风险无关[13]。Sghaier等研究发现，TNF-α 238G/A在不同人群中发挥不同的生物学作用，在白种人群中，TNF-α 238G/A可显著降低骨肉瘤的易感性，但在亚洲人群中尚未发现两者的相关性[14]，提示对于不同种族和不同TNF亚型的研究不足，仍需要进一步研究。
PIK3CA和Akt是PI3K/Akt信号通路的重要组成部分，在调控细胞增殖和凋亡过程中发挥癌基因的作用。He等研究显示，rs7646409位于PIK3CA基因内含子区域，与TT基因型相比，CC基因型可显著增加骨肉瘤的发生风险，提示PIK3CA rs7646409通过PI3K/Akt/mTOR/p70s6k（核糖体蛋白）通路，重建肌动蛋白丝，进而增强肿瘤细胞活力；同样地，Akt1活性增强通过刺激NF-κB转录，激活肿瘤细胞活力，继而促进肿瘤细胞恶性增殖；此外，PI3K/Akt/mTOR通路上调基质金属蛋白酶-2表达，激活细胞外基质的降解，促进肿瘤转移[15]。细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4基因（cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4, CTLA4）是抑制T淋巴细胞功能的关键表面标志物，研究表明，其表达增加可减弱抗肿瘤反应，最终增加个体癌症易感性[16]。已有研究证实，在中国人群中CTLA4位点rs231775 AA基因型与骨肉瘤患病风险增加相关[17]。另一些致癌信号通路，如JAK-STAT、Wnt、Ras等信号通路在骨肉瘤的发生机制、进展过程中发挥至关重要的作用，但其SNPs在骨肉瘤中的易感性研究尚未见报道，因此信号通路的SNPs可作为骨肉瘤癌基因的一个研究重点，为后续研发通路相关突变靶点药物用于临床个性化治疗提供思路。
2.2 抑癌基因多态性
抑癌基因作为癌症发生的负调控基因，其SNPs可能导致抑癌功能丧失。研究表明，细胞因子家族中的生长因子（growth factor, GF）通过与高特异性的细胞膜受体结合，调节细胞生长、分化、迁移等多种过程，继而发挥抑癌基因的作用[18]，如生长激素1（growth hormone 1, GH1）基因 rs11079515 G>C和rs7921 A>C个体患骨肉瘤的风险较低；此外，成纤维细胞生长因子-2（fibroblast growth factor 2, FGF-2）、成纤维细胞生长因子受体3（fibroblast growth factor receptor 3, FGFR3）、促性腺激素释放激素-2（gonadotropin-releasing hormone 2, GNRH-2）、胰岛素样生长因子-1（insulin-like growth factor 1, IGF-1）和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）突变与骨肉瘤易感性显著相关[19]。FGF-2基因中rs11737764等位基因A出现的频率高与骨肉瘤风险增加相关[20]。IGF-1（rs6218）T>C中，携带TT纯合子基因型个体患骨肉瘤的风险显著降低[21]。携带VEGF基因rs699947-2578 CC基因型的个体患骨肉瘤的易感性减弱[22]。尽管部分抑癌基因的位点易感性已有报道，但由于研究样本量的局限性、骨肉瘤的高异质性、统计效能较低导致的假阳性率和假阴性率异常等原因，已被报道的SNP未能得到充分的验证。
TP53（tumor protein p53）是一种肿瘤抑制基因，在调节细胞分裂、预防肿瘤形成中起重要作用。TP53基因编码肿瘤抑制蛋白p53，通过调控细胞凋亡和基因组稳定性、抑制血管生成等发挥抗肿瘤作用。Huang等研究发现，TP53 rs1042522 C>G多态性是恶性骨肿瘤的遗传危险因素，与CC基因型受试者相比，GG基因型受试者骨肉瘤发生风险显著增加[23]。转录因子21（transcription factor 21, TCF21）在控制细胞发育和分化中起着重要的作用，有研究表明TCF21 rs12190287 C>G中，以CC纯合子基因型作为对照组，CG和GG基因型显著增加骨肉瘤患病风险，提示TCF21抑癌基因的位点突变导致骨肉瘤易感性的增加；且rs12190287多态性与骨肉瘤的Enneking GTM临床分级相关[24]。RASSF1A蛋白具有抑制细胞周期蛋白D1积累的能力，从而诱导细胞周期阻滞。RASSF1A rs1989839 C>T与骨肉瘤风险升高相关，CT基因型及TT基因型与骨肉瘤发生风险升高相关[25]。DNA修复相关基因XRCC3（X-ray repair cross complementing 3）促使受损DNA结构及功能恢复原样，若DNA修复机制出现编码和功能错误，引发细胞凋亡紊乱，最终导致癌变。XRCC3外显子多态性调控苏氨酸-蛋氨酸功能，进而影响DNA修复能力。Guo等基于病例随机对照试验证明，XRCC3 Thr241Met rs861539 C>T基因型的个体发生骨肉瘤的风险显著高于Thr/Thr基因型[26]。内切酶ERCC1基因（excision repair cross complement 1）位于19q13.3，能够催化5'-3'切口，是核酸切除修复通路的关键限速酶。而ERCC1（T>C rs11615）与骨肉瘤预后改善相关，等位基因T突变为C后骨肉瘤的易感增加性[27]。
脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶1（apurinic/apyrimidinic endonuclease 1, APE1）是一种多功能蛋白，通过移除DNA损伤、调控转录因子激活，参与调控炎性反应、细胞生长、远端迁移和血管生成等生物学过程。APE1基因rs1760944 T>G通过干扰APE1基因的转录和翻译，降低骨肉瘤的患病风险[28]。整合素（Integrin）是一类由18个α-亚基和8个β-亚基组合的细胞表面受体，参与细胞与细胞外基质的黏附，对实体肿瘤的发生进展和转移至关重要[29]。研究发现携带ITGA3 rs2230392 AA基因型的男性个体患骨肉瘤风险更高，与GG基因型患者相比，AA基因型男性患者发生骨肉瘤转移的风险增加了两倍[30]。抑癌基因是骨肉瘤易感性的重要遗传因素，为进一步阐明抑癌基因SNPs在骨肉瘤恶性增殖、免疫逃避、远端转移、血管生成等过程中的作用，需要进一步在更多人群中进行验证。
2.3 miRNA相关基因多态性
miRNA是一类短链非编码RNA，既可作为抑癌基因，也可作为致癌基因参与调控癌症的发生发展过程[31]。Lv等研究发现，miR-34a rs72631823 G>A中的罕见等位基因A与骨肉瘤患病风险显著相关[32]；另有一项研究发现，携带miR-124a rs531564 CG及GG基因型的个体患骨肉瘤风险较低[33]。Tian等研究表明，miR-491-5p rs1056628 A>C可作新兴生物标志物预测骨肉瘤肺转移[34]。目前针对miRNAs SNPs的研究较少，其功能尚不明确，仍需进一步深入研究。
3 总结及展望
基因多态性是影响骨肉瘤发生发展的重要因素。随着GWAS技术不断为遗传变异研究提供重要线索，基因多态性在骨肉瘤中的重要作用逐渐被发现，为其作为生物标志物预测骨肉瘤发生发展、预警患者预后提供了新的理论依据。
然而，本研究仍具有一些局限性：（1）由于纳入研究的对象多样性，造成研究结果的不一致，如TNF-α 238G/A多态性是高加索人群骨肉瘤易感性的保护性因素，而在国内一项病例对照试验中未得到证明[35]，无法全面阐明TNF多态性与骨肉瘤易感性之间的相关性；（2）基因多态性在骨肉瘤中的作用机制尚不明确，无法详细解释其在骨肉瘤发生发展中的作用；（3）骨肉瘤的发生发展是由多种因素所致，但目前较多研究局限于单个遗传因素，并未将多种因素的交互作用纳入分析，因此未来的研究应基于更全面的数据，协同多个因素更全面地了解骨肉瘤的遗传和致病机制，为寻找骨肉瘤发生、发展、预后的潜在有效生物标志物提供重要的理论依据。
Competing interests: The authors declare that they have no competing interests.利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。作者贡献：张 鹏：论文设计、指导及修改，基金支持陈 凯：论文设计、文献收集、论文撰写黄玲玲、刘金燕：文献查阅田 文：论文设计、指导及修改 -
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