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文献解读:解惑MMR(错配修复)与肿瘤免疫治疗

(一)人类错配修复基因
DNA错配修复基因(DNA mismatch repair gene)首先发现于细菌和酵母中,人类基因组中也有其类似物存在。这种基因的突变在遗传性非息肉病性大肠癌(herediary nonpolyposis colorectal cancer, HNPCC)和散发性结直肠癌(sporadic colorectal cancer, SCRC)的发病过程中起重要作用。DNA错配修复基因是继癌基因与抑癌基因之后另一类肿瘤相关基因,这是在肿瘤发病的分子机制方面的又一重大进展。错配修复基因是一类和人类的错配修复反应有关的基因,是纠正碱基错配的主要因子,最早是由Bronner等发现的,目前发现的人类MMR系统共9个错配修复基因:h MLH1、h MLH3、h MSH2、h MSH3、h MSH4、h MSH5、h MSH6、h PMS1、h PMS2[1]。
文献解读:解惑MMR(错配修复)与肿瘤免疫治疗MMR基因不同于癌基因和抑癌基因的对细胞的增殖、生长具有直接作用,而是通过特异地识别及修复DNA复制过程中产生的错误,降低基因自发性突变,间接抑制肿瘤的发生。
(二) DNA错配修复(mismatch repair,MMR)
MMR指基因错配修复功能,是人体正常细胞中的安全保障系统,负责对 DNA 复制过程中出现的碱基错配进行修复。MMR系统主要由4个基因及其编码的蛋白质MLH1、MSH2、MSH6、PMS2组成,在DNA损伤反应信号网络中识别并修复碱基错配、插入、缺失,维持细胞中DNA结构完整性和稳定性。
MMR功能缺陷(deficient MMR,dMMR)在许多肿瘤发生中起重要作用,数据累积最多的4种MMR基因为hMLH1、hMSH2、hMSH6和hPMS2,其中hMLH1和hMSH2基因突变占90%以上。dMMR通常是指MMR蛋白表达缺失或功能失活,往往由于MMR基因的致病性胚系突变和/或体细胞突变(germline and/or somatic mutations)导致,也可能由于表观遗传沉默导致[2]。总结:dMMR源于MMR基因胚系突变和/或体细胞突变或表观沉默。
文献解读:解惑MMR(错配修复)与肿瘤免疫治疗
文献解读:解惑MMR(错配修复)与肿瘤免疫治疗错配修复蛋白是异二聚体,MSH2-MSH6复合体对异常DNA进行识别,随之MLH1-PMS2指导MMR蛋白进行修复。MMR 蛋白表达与否非常依赖与伴侣蛋白的结合情况,即MSH2 表达缺失通常伴有MSH6 表达缺失,而MLH1 表达缺失通常伴有PMS2 表达缺失。其中MSH2和MLH1是两个二聚体中不可或缺的组分。
(三) MMR检测
NCCN指南中推荐用IHC方法检测dMMR[3]:
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文献解读:解惑MMR(错配修复)与肿瘤免疫治疗IHC方法采用分别针对MLH1、MSH2、MSH6 及PMS2 的特异性抗体,检测MLH1、PMS2、MSH2、MSH6这4种MMR蛋白的表达,阳性表达定位于细胞核:
1. 若结果显示任一蛋白缺失,则判读为dMMR(deficient MMR,dMMR,错配修复功能缺陷);
2. 若结果显示无蛋白缺失,4个MMR蛋白均阳性表达,则判度为pMMR(proficient MMR,pMMR,错配修复功能完整)。
通过IHC 检测MMR蛋白表达与基于DNA 分析检测MSI 状态是评估相同生物学效应的不同检测方法。dMMR(错配修复功能缺陷)和MSI-H(微卫星高度不稳定)代表两种不同检测方法所产生的结果,但它们代表的临床指导意义非常类似,我们一般会认为dMMR相当于MSI-H表型,pMMR(错配修复功能完整)相当于MSS(微卫星稳定)/MSI-L(微卫星低度不稳定)表型。但由于检测手段以及其他因素,导致二者并不完全等同。
(四)   结直肠癌(CRC)中的错配修复缺陷: dMMR
MMR系统在结直肠癌的发生发展中的作用研究比较深入。大约15%的结直肠癌患者存在dMMR,其中散发CRCs12%,林奇综合征(LS)3%。
林奇综合征(Lynch syndrome,LS)也称作遗传性非息肉病性结直肠癌(herediary nonpolyposis colorectal cancer,HNPCC)。《NCCN指南》建议:林奇综合征的基因检测应包括MMR基因(MLH1、MSH2、MSH6、PMS2)和EPCAM基因。其中EPCAM基因是1979年在结肠癌中首次发现,作为一种上皮特异性细胞粘附分子,在多种恶性肿瘤,尤其是消化系统肿瘤细胞中广泛表达。EPCAM基因的常见突变是3’端的缺失。EPCAM基因不是MMR基因,但EPCAM是MSH2的上游基因,EPCAM基因缺失可导致MSH2表观遗传学失活,引起MSH2基因沉默,破坏MMR通路(即使MSH2基因本身没有发生突变),是导致Lynch综合征发生的一个重要病因[4]。
文献解读:解惑MMR(错配修复)与肿瘤免疫治疗
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通过IHC检测MMR蛋白在对结直肠癌(CRC)进行筛查时最大的优点在于可以对基因检测起到指导作用。除自身MMR基因(MLH1、MSH2、MSH6、PMS2)发生突变的情况外,还应注意以下几点[5]:
若有MLH1蛋白表达缺失时,需排除MLH1启动子区甲基化和BRAF基因突变。散发性MMR缺陷结直肠癌的分子基础是获得性的MLH1启动子甲基化,约50%的散发性MMR缺陷结直肠癌有BRAF基因V600E突变,故当存在MLH1蛋白缺失时,建议检测MLH1启动子的甲基化状态或BRAF突变证实是否为散发结直肠癌(CRCs)病例。结直肠癌患者中BRAF突变也有可能导致MLH1蛋白表达缺失。
若有MSH2蛋白表达缺失时,需排除EPCAM基因缺失。
(五) NGS在肿瘤MSI/MMR检测中的作用
MSI/MMR检测在临床上具有重要意义,不仅可以对患者进行遗传筛查、预后评估分析,而且可以指导患者化疗药物、免疫检查点抑制剂获益人群的筛选等。因此,MSI/MMR状态将会是肿瘤患者个体化治疗的一个关键指标。
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文献解读:解惑MMR(错配修复)与肿瘤免疫治疗近年来,随着高通量测序平台的广泛应用,NGS测序可以更快速准确地检测整个基因组的 MSI,可以同时进行肿瘤相关基因测序,包括MMR基因,实现“one for all”的检测,也可以实现组织和血液的检测。FDA批准了两款基于NGS方法的多基因检测试剂盒MSKCC-IMPACT与Foundation One检测组织的MSI状态,可以看出基于NGS的方法学检测MSI是未来的方向和趋势。对于晚期患者组织标本获取困难,基于NGS的液体活检检测MSI可以成为有价值的补充手段。NGS法可同时检测panel覆盖的驱动基因变异,包括MMR基因胚系和体细胞突变,甚至TMB等分子标签[5]。NGS可以发现DNA MMR基因体突变伴随LOH及附加基因结构性突变,导致dMMR。不过目前用于NGS检测的MSI/MMR基因组合尚无共识推荐,存在结论不一致或假阴性的情况。
(六) 其他基因
POLE:POLE为DNA聚合酶ε­的催化亚基,对DNA复制和校正具有重要作用。POLE突变将引起校正功能缺失,细胞内错误突变大量累积,可能导致肿瘤发生。在POLE突变的肿瘤中,校正功能缺失引起基因不稳定性增强,主要导致肿瘤点突变增加,肿瘤细胞将具有特殊的、突变率异常增高的基因表型,即超强突变表型[6]。
POLD1:POLD1 为DNA 聚合酶 δ 的催化亚基,在 DNA 复制和修复中扮演了至关重要的作用,POLD1 的变异也会导致更多基因突变。
POLD1 基因与 POLE 基因一样很有可能成为临床上筛选适用 PD-1 免疫治疗患者的重要生物标志物,用于预测免疫检查点抑制剂(ICI)治疗对不同癌症类型的生存获益,但与MMR、MSI 状态似乎没有特殊的联系。
(七)MMR的适用肿瘤
✦ 任何不能切除或转移的,微卫星不稳定性高(MSI-H)或错配修复缺陷(dMMR)的成人或儿童实体肿瘤。
✦ 公开发表报道具有MSI-H变异可能性的肿瘤,MSI-H最常见于结肠癌,小肠癌,胃癌,子宫内膜癌,卵巢癌,胆囊癌和前列腺癌[7]。
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(八)当前FDA批准MSI/MMR药物及其适应症[8]
MSI-H/dMMR的实体肿瘤通常具有免疫原性(immunogenic)和广泛的T细胞浸润性(T-cell infltration),从而使它们对免疫检查点抑制剂(ICIs)的治疗有较高的响应作用。
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参考文献:
[1]      高继英,石代乐,张林西,赵松.错配修复基因在消化道肿瘤中作用的研究进展[J].中国临床研究,2017,30(01):136-138.
[2]      Ann Oncol. 2019 May 6. pii: mdz116. doi: 10.1093/annonc/mdz116.
[3]      NCCN临床实践指南:结肠癌(2019.V2).
[4]      https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1211/.
[5]      袁瑛.结直肠癌及其他相关实体瘤微卫星不稳定性检测中国专家共识[J].实用肿瘤杂志,2019,34(05):381-389.
[6]      黄茜,张声.POLE突变在肿瘤发生发展中的作用[J].临床与病理杂志,2015,35(12):2173-2179.
[7]      Oncologist. 2016 Oct;21(10):1200-1211. Epub 2016 Jul 13.
[8]      FDA官网.

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