赛福基因公开课第十一节《乳腺癌的精准医疗与基因检测》

2017-11-16

 

 

今天我要讲的内容主要分为三部分:


1.临床医生 vs. 生物学家眼中的癌症;


2.乳腺癌的特点、分类、主流治疗方案和预后;


3.基因检测在乳腺癌的应用,这个主要包括两个方面:预防中风险筛选,和治疗中精确诊断。

 


首先,我们来问一个问题,癌症是什么? 在临床医生的眼中,癌症是众多疾病的一种,而且现在是一种非常常见的疾病。一方面因为现代医学的发展人活得更长寿,癌症的检出率越来越高,另外一方面是因为现代人生活习惯的改变,还有环境污染的影响,也导致人群中癌症的发病率越来越高。除此之外,癌症,也是一种系统性的疾病,基本上全身各处的组织和器官都有可能发生癌症;根据发生部位的不同,分为不同类型的癌症,比如最常见的肺癌,肝癌,和淋巴癌。但总的来说,不管癌症发生在哪里,癌症的控制都需要是一个全身性的系统治疗。那么,生物学家眼中的癌症是什么样的呢?


在生物学家眼中,癌症归根结底,是失控的异常细胞们,也称为癌细胞。癌细胞在体内不断进化,持续生长,不受控制,最终破坏整个机体的正常运转,导致系统崩溃,这是所有癌症的共性。其次呢,关于癌症的发生机理:生物学的研究证明,突变的DNA通过癌基因的激活,或者抑癌基因的失活,“炼”成了癌细胞;升高表达的癌基因可以让癌细胞快速地疯长,而失去抑癌基因的控制,癌细胞则具备了长生不死的特性。癌基因和抑癌基因这两个概念可以说是生物学研究对癌症医学贡献最大的地方之一。数不胜数的生物学研究都试图在搞清楚, 在不同的癌症中,癌基因是什么,抑癌基因又是什么,他们如何发挥作用让正常细胞是如何变成癌细胞;在这之后,我们才能试图找到能杀死癌细胞而不影响正常细胞的治疗方法。

 


接下来我们来说一说乳腺癌,乳腺癌是西方女性发病率最高的癌症,也是死亡率很高的肿瘤之一。2017年,美国确诊了大约25万例已经发生转移的乳腺癌病例,大约4万名女性因患乳腺癌而死亡。乳腺癌也是中国女性主要的癌症负担。1990年以前,乳腺癌在中国并不常见,如今已是我国女性肿瘤患者主要的死亡原因之一。中国的乳腺癌患者发病年龄偏低,但数量不低。患者数量的持续增长与中国人口政策有一定关系,如计划生育独生子女的政策导致女性生育年龄较晚、母乳喂养偏少,这些因素推高了中国乳腺癌的发病率。2015年中国的数据显示,新发现26万例乳腺癌,死亡7万例。 这些数量庞大的乳腺癌病例,在临床上具体怎么分类呢?

乳腺癌的分期与分型说起来有点复杂,因为有不同的分类依据:


第一种,是根据癌细胞出现部位来判定恶性程度,被称为经典的TNM分期:基本架构是根据肿瘤的大小(简称T),淋巴结是否转移及转移数目(简称N),是否有远端器官转移(简称M)三者综合分析以决定乳腺癌的分期。TNM这种肿瘤解剖病理分期对于预测肿瘤的复发转移有重要的意义,是临床上较成熟的风险评估指标。


第二种是组织病理学的分型:根据肿瘤组织切片的病理分析可以将乳腺癌分为 :1)非浸润性癌,指癌细胞未突破导管壁基底膜,或者癌细胞未突破末梢乳管或腺泡基底膜,因此属早期,预后较好。2)浸润性癌:指癌细胞突破导管或者乳管壁基底膜,已向间质浸润,80%乳腺癌案例属于这种类型,需要分期来判断预后。


第三种分类方法是:乳腺癌的分子分型,这是最新的一种分型方法,最早通过基因表达检测,后来通过免疫组化分析来确定乳腺癌的分子类型,主要包括四类:Luminal A 型;Luminal B 型 ,HER-2型和三阴型。这个分型看的分子指标主要是ER,PR,和HER-2三种分子,后面我会再具体展开。 分子分型目前越来越重要,主要原因在于分子分型是透过表象看到本质,可以用来准确地预测患者的临床治疗反应和乳腺癌的复发转移风险等。 分子分型是从什么时候开始形成的呢?

 


回顾乳腺癌分子分型的历史,我们可以看到基因表达检测的重要性。在2000年,科学家通过cDNA微阵列技术检测肿瘤样本,制作了很多病人肿瘤的基因表达谱。通过对基因表达谱的生物信息学分析,总结出了四种主要的分子分型,后来又有越来越多的证据支持这种分型对治疗和预后判断的重要性。PPT左上角展示的是当时发表的论文,目前引用超过一万次,右边是这篇论文的Figure1,当时这种Heatmap类型的图是很新鲜的,现在基本是各类肿瘤研究的标配。十一年之后,在2011年,国际乳腺癌大会达成共识:建议用免疫组化学手段检测的ER、PR、HER-2的结果直接进行分子分型,这个方法用来替代当时还比较昂贵的基因芯片分型,也可以惠及更多的病人。这篇会议报道的论文也放在了PPT里,大家有兴趣可以找时间看一下。今天和未来,可以预见的是,基因测序技术的成本越来越低,基因表达谱的检测可以看得更多看得更准,分子分型将会做得越来越细,为精准治疗提供支持。接下来,我们具体来看一下乳腺癌的分子分型。

 


分子分型怎么来分?各种亚型有什么特点? 首先,乳腺癌分子分型中最重要的分子是激素受体,雌激素受体ER和孕激素受体PR,正常乳腺细胞表面这两种受体的表达水平是低的,ER-PR阳性的癌细胞则是这两个分子表达量显著升高的,这类乳腺大概占所有乳腺癌的三分之二,可以采用多种类型的激素治疗或者内分泌治疗进行控制,一个代表药是雌激素拮抗剂Tamoxifen。此外,剩下的三分之一是雌激素受体阴性的病例。接下来,第二重要的分子是HER-2,在激素受体阳性的类型中根据细胞表面HER-2,人类表皮生长因子受体2表达是否显著升高可分为Luminal A 和Luminal B,Luminal A HER-2阴性的占大约一半是预后相对最好的一种,Luminal B HER-2阳性的占15-20%,预后次好。在雌激素受体阴性的乳腺癌病例中,HER-2阳性的一般就直接叫做HER-2型,是比较恶性,预后相对较差的一种类型,好消息是这类患者可以使用赫赛汀进行靶向治疗,赫赛汀是一种单克隆抗体,可以非常特异地阻断HER-2信号通路,从而阻止癌细胞的疯长。


最后,雌激素受体阴性,HER-2阴性的病例统称为三阴性,这种类型还可以根据分子标志物EGFR和CK5/6是否高表达进一步分为Basel-like和Normal-like,第一种类型的癌细胞像乳腺基底膜细胞,分化程度较低,恶性程度比较高;后一种类型的癌细胞和正常细胞非常类似。三阴性乳腺癌病例占比10-15%,患者群体中年轻女性比较多,2015年有一位年轻歌手姚贝娜就是因为三阴性乳腺癌去世,去世时才33岁。三阴性乳腺癌,尤其是Basel-like类型的病理预后很差,容易复发,5年生存率只有15%,目前还没有特别有效的靶向治疗手段。

 


在大的分子分型框架下,乳腺癌还可以根据其他多种分子进行进一步的细分,表中列出了一些比较常见的,还有表中没有列出的,包括产生激活突变的癌基因:PIK3CA, AKT, USH2A, CDK4/6,产生失活突变的抑癌基因:PTEN, TP53, CDH1, RB1和BRCA1/2等;除此之外还有参与调控肿瘤生长存活的基因:GATA3, FoxA1等。BRCA基因也是乳腺癌领域的一个明星分子,我后面会讲两个关于这个分子的故事。 说完乳腺癌的分子分型,我们来了解一下乳腺癌目前的治疗手段。

乳腺癌目前的主流治疗手段和大部分癌症的治疗一致,除了手术,放化疗之外,比较特别的是激素治疗Hormone Therapy,后者更准确地描述叫做内分泌治疗,以及现在大家都很熟悉的靶向治疗。这两种治疗手段是否有效,取决于对癌细胞进行基因表达谱的检测结果。也就是后面我会详细展开的精准诊断,个体化治疗的概念。

现在,让我们回到基因检测这个话题上来,我在准备内容的时候和讲堂的明星讲师范珊珊老师沟通过。珊珊老师说医生们其实最最关心:基因检测可以帮助医生和患者解决什么问题?在乳腺癌的例子上,基因检测可以做两件事情:


1.预测患病风险,帮助乳腺癌高风险的病人能够早发现早治疗;


2.对乳腺癌的进行分子诊断,透过现象看本质,从而帮助患者选择有针对性的治疗方式,也就是“精准医疗”的概念。我们首先从第一个方面说起。

 


乳腺癌是少数几个能够通过早期筛查而降低死亡率的恶性肿瘤。早期筛查 / 普查发现的早期乳腺癌患者,不仅仅治疗效果好,生活质量也会因手术范围小和放、化疗时间较短而大大提高。美国有60% 左右的乳腺癌患者是通过早期筛查发现的,该阶段的乳腺癌患者属于局限性阶段,也就是大部分还没有发生恶性转移,5 年生存率可高达 89.4%。相比之下,中国仅有 5.2% 的乳腺癌患者通过常规筛查发现的,可以看出,进步的空间还非常非常大。对于有家族遗传倾向的乳腺癌高风险人群,推荐筛查乳腺癌遗传易感基因,从而可以提供预防指导意见。对突变基因携带者进行乳腺癌监测,实现早期干预和预防种瘤的发生,或者进行预防性的手术干预,这是乳腺癌防控的新方向。这里讲一个非常著名的例子,演员安吉丽娜朱莉的故事。


首先,安吉丽娜朱莉的母亲和她家里的几个女性长辈都是因为患乳腺癌或者卵巢癌去世的,所以她有乳腺癌的家族遗传。其次,她大概在2000年左右做了一个基因检测,发现她的BRCA1基因上发生了突变, 当时预测她有87%的可能性患乳腺癌或者卵巢癌。因此她在2013年初,做了很大的决定,进行了双侧乳腺切除术,在她切除了乳腺之后,她的乳腺癌患病风险降到了5%以下。2015年,她又再次进行了卵巢和输卵管的切除手术,相当于通过预防性的手术基本杜绝了她患卵巢癌的可能性。她的选择在当时包括现在看来都是很轰动社会的,有人会觉得她做这样的手术过于冒进,毕竟器官的切除对生活质量还是会有一定影响。但是,这件事情带来了非常好的影响,广大的人民群众因此而开始对基因检测有了一些了解,对基因检测与癌症预防有了一些基本的认识。那么,基因检测测什么呢?除了BRCA1,还有哪些基因的突变和癌症的风险有关呢?

 


我们来看一看最近发表在《自然》杂志上的一篇论文,题目为“相关性研究发现65个新的乳腺癌遗传风险位点”,粗糙地翻译一下。这是一项由全球合作研究,分析发现了乳腺癌患者中65个新的突变位点,它们可以解释18%的家族性乳腺癌风险,为乳腺癌的遗传机制研究提供了新的线索。这项队列研究涉及全球6大洲,300多个研究所的550名科学家,他们共分析了全球27.5万名女性的基因数据(以西方女性为主),其中14.6万名女性被诊断为乳腺癌。该队列大约2.5万多名参与者的数据来自亚洲女性。这些信息非常关键,可以帮助我们去解读基因测序数据,从基因序列中预测乳腺癌发生家族遗传的风险。


这三张PPT展示了2017年美国NCCN ,中文名称叫美国国立综合癌症网络,总结的乳腺癌和卵巢癌的基因筛查指南,比如BRAC1,BRCA2的突变提示乳腺癌和卵巢癌都出现患病风险升高,而CDH1这个基因只提示一种类型的乳腺癌风险升高。还有著名抑癌基因PTEN,TP53的突变,这里提到不仅和乳腺癌险有关,还跟特殊的癌症综合症有关,简单说就是同一个人会前后,或者同时得好多种不同的癌症。


这里多说一句,美国NCCN的网站上,不仅能找到不同癌症的基因筛查指南,也可以找到不同癌症的预防指南和治疗指南,有给病人看的,也有给医生看的,所有的信息都可以免费公开下载,如果想了解某种癌症,以后不要百度了,也不用担心论文付费下载了,直接到NCCN上学习一下是最好的选择。 网址很简单:https://www.nccn.org/

 

遗传筛查中基因检测的技术基础有:


1. 测什么样本:血液,口腔上皮  提取DNA;


2. 怎么测:高通量测序筛查,一代测序验证;高通量的测序测序包括以下几种,价格由高到低:全基因组,外显子测序,疾病风险位点测序,最后这个也成为目标序列捕获高通量测序技术;目前有很多商业化的产品,一般叫做某种Panel;


3. 分析:发现提示患病风险的突变序列,生物信息学:通过把测序结果和正常基因序列进行对比,发现突变,分析DNA突变是否导致蛋白质分子的变化;


4. 大数据:测得越多,信息越多,解读越准;对于基因测序与分析的公司来说也是这样,分析的数据越多,发现的各种突变类型越多,得到临床验证越多,那么经验就更加丰富,比如赛福基因在一些疾病比如癫痫病上的积累是非常有优势的。

 


讲完了基因检测在预防筛查方面的应用,另一方面,也是更重要的一方面,我们来讲讲基因检测在乳腺癌精准医疗上的应用。回顾乳腺癌的四种主要的分子分型如右图,Luminal A型,Luminal B型,HER-2型,三阴型,检测标准依赖于基因表达谱或者免疫组化检测。前面也提到,这个分子诊断可以做得更加细致,把癌细胞的分子类型看得更仔细,从而帮助医生选择有针对性的治疗。HER-2阳性的患者用赫赛汀治疗非常有效,HER-2阴性的患者用赫赛汀则没有效果,这是已经提到的个体化治疗的一个例子。 别的例子还有很多。


再举一个例子是针对BRCA基因突变患者的靶向治疗,但有意思的是这个靶向药的药物靶点不是BRCA分子,而是另一个分子PARP。PARP和BRCA是细胞内负责修复DNA突变的两个主要基因,是保证细胞正常存活和生长的“左右护法”。由于环境的影响,我们身体里随时随地都在发生DNA突变,但由于这两个护法的正常功能,保证了DNA突变后,99.999%以上都能被顺利修复,不然癌症发病率会比现在高得多。所有乳腺癌病例中大概只有1-2%是BRCA突变,但是在40岁以下年轻女性中的比例高得多。这不难理解,癌症发生需要多个基因突变,因此一般要很多年的积累,但如果BRCA突变,会导致基因突变加快,因此这些人年轻时候得癌症的几率更大。使用PARP抑制剂,BRCA突变癌细胞会彻底无法修复DNA,因此崩溃,而正常细胞因为还有BRCA存在,没有PARP仍然能修复DNA,只是效果差一些,但能够存活。这就是PARP抑制剂作为靶向药物,选择性杀死BRCA突变癌细胞的原因。 目前美国已有三个PARP inhibitor上市,主要治疗晚期卵巢癌,还有很多的卵巢癌,乳腺癌的临床试验在进行当中。


通过基因检测得到的更加精确的分子分型,可以通过使用针对性的药物来提高治疗效果。这张PPT展示的是乳腺癌综合治疗中通常会看的基因,比如:


1.化疗用药相关的有:ERCC1/2等主要和细胞的DNAX修复功能相关的基因;


2.和内分泌用药相关,ESR1雌激素受体等;


3.和靶向治疗相关的,除了HER-2,BRCA1以外还有CDK4/6等,这些基因检测都为选择合适靶向药提供一些指导,这些靶向药除了我们之前提到的还有CDK4/6 inhibitor,EGFR inhibitor,FGFR inhibitor等。

 

遗传筛查的基因检测有所区别: 


1. 测什么样本:肿瘤组织样本,瘤旁正常组织样本, 血液样本(肿瘤循环DNA);


2. 怎么测:DNA测序和遗传筛查一样,信息量更大的是RNA测序(基因表达谱);


3. 分析:

    1)突变来源(对比癌旁正常组织和肿瘤组织,一致的突变是Germline胚系突变),癌细胞特有的一般是somatic突变,体细胞突变一般不遗传到下一代;

    2)癌细胞的基因表达分析,过高表达的癌基因,多低表达抑癌基因;


4.从分子分型到治疗方案,和前面提到的很多例子一样,需要临床经验的摸索和积累。

 


说完了基因检测,最后我们来聊一聊乳腺癌治疗的未来是什么样的呢?


我认为,未来的发展趋势会集中在两个方向上。第一个方向就是寻找新的靶向治疗或者是靶向药联用;这里举一个例子,我们实验室通过对ER+ BC的细胞系进行高通量功能基因组学筛选,发现CSK这个基因的缺失可以让ER+ BC产生对激素治疗的抗性,但是,对ER阳性乳腺癌细胞使用PAK2这个分子的抑制剂,就可以特异性地杀死这一类CSK分子缺失突变,对激素治疗产生抗性的细胞,从而起到一种靶向治疗的效果。针对HER-2阳性的病人,之前讲到过可以使用赫赛汀这种靶向药,但是赫赛汀不是对所有HER-2阳性的病人都有效,而且这个药,也比较容易产生抗药和复发,所以就需要开发新的HER-2靶向药,比如拉帕替尼,这个药是HER-1 和 HER-2 这两种受体的小分子酪氨酸激酶抑制剂,对赫赛汀效果不好的病人这个药也是一种选择。或者呢,将作用于HER-2靶向药和作用于这个PI3K/AKT/mTOR重要细胞信号通路上的抑制剂进行联合用药也会有一部分病人产生比较好的效果。


在未来的肿瘤治疗当中,另外一个很重要的方向就是免疫治疗,免疫治疗现在有世界上最多的临床试验,光在美国,现在就有超过一千项免疫治疗的临床试验正在进行。其中比较重要的一类是, PD1/PD-L1的单克隆抗体,刚出来的时候堪称神药,为什么呢,这个药可以激活人体自身的免疫细胞去杀死癌细胞,从而拯救了很多对所有主流疗法均失效的癌症患者,所以,免疫治疗被称为是个革命性的疗法,也是很多患者活下去的希望。


免疫治疗和化疗靶向治疗联合使用,也是一个新的试验方向。但目前也存在一些问题, 免疫治疗虽然效果奇好,但它只有一部分的病人有效,如何精确判断,对癌细胞和肿瘤微环境的精确诊断,比如说肿瘤细胞是否含有较高的mutation load,基因突变的积累;肿瘤细胞周围都有什么样的免疫细胞以及细胞表面PD-1和PD-L1的表达水平。

 


最后做一下今天讲座的总结,希望大家今天听完这期讲座后,能够充分理解:


1.癌症是由基因突变导致癌细胞失控生长而发生的,基因检测就是为了知道正常细胞变成癌细胞的根源。


2.乳腺癌是中西方女性发病率最高的癌症,死亡率因为治疗手段的多样化和积极地预防和筛查在不断地降低。


3.乳腺癌根据雌激素受体和人类表皮生长因子受体HER-2是否阳性可分为四种分子亚型,每种类型的治疗方案和预后都是不一样的。


4.基因检测的筛查可以提示乳腺癌的患病风险,帮助高风险人群做到及时的防控。


5.肿瘤样本的基因检测可以帮助对乳腺癌进行精准的分子分型,帮助患者选择最佳的治疗方案。


6.基于精确诊断的靶向治疗和免疫治疗是癌症治疗的未来。

 

最后,感谢各位老师的收听,接下来是问答时间,欢迎大家提问,共同交流。

 

 


 

 


现场问答



1.乳腺癌的治疗在中国与美国是否有差距?


答:整体差别不大,各有优劣,中国的治疗会比较及时,目前也是按照通行治疗指南来走,能够满足基础需求,现在中国乳腺癌病人治疗后的五年生存期和美国同等程度的病人相比没有显著的区别。美国看病也不是都好,看病等待的时候有时候会很长,真实的例子是中期的癌症可能因为不能及时做跟踪检测拖成晚期。当然好处是有很多临床试验提供选择,但是临床试验的风险是很大的,另外就是很多新药一般都是最先在美国上市,中国一般会晚2-3年,中国的制药企业现在也在努力,把这个时间差尽量缩短。


2.基因检测在帮助治疗方面目前有多大的用处?


答:今天有至少三分之一的讲座内容详细阐释了这个问题。简单地说,基因检测现在很重要,今后会越来越重要。现在癌症主要是按原发癌的组织器官部位来分,未来,对癌症的诊断很可能不那么关心一开始癌细胞长在哪儿,而是最关心癌细胞的基因型,精准医疗也不仅仅是一开始检测一下就完了,而是在治疗前,治疗中,治疗后都对癌细胞进行跟踪检查,看肿瘤对治疗的响应情况,预防再次复发。


3.免疫治疗为什么是癌症治疗的未来?


答:这个今天没有花多少时间讲,但简单说来放化疗,靶向治疗后患者都容易出现耐药复发,以前,复发的癌症患者几乎就无药可救了,但现在这些患者中的一部分,对免疫疗法有效,免疫治疗一旦有效,治疗效果是更长期和持续的。 为什么只有一部分病人对免疫疗法有效,这是目前研究非常火热的一个问题。另外,免疫疗法具体有很多种不同的策略,针对不同的癌症,做到极致的免疫疗法,每个病人都用的是不同的“药”。靶向治疗中药物靶点或者药的数量是有限的,但是免疫治疗中制备的“药”的种类是无限的。 以无穷应万变,是清除不断进化的癌细胞的唯一办法。


下期预告


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