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融合基因: 是致癌魔鬼還是治癌天使?

2019年05月28日 06:00 來源:科技日報 參與互動 

  融合基因: 是致癌魔鬼還是治癌天使?

  基因是遺傳信息的基本單位,它攜帶著構建、維護以及修復生物體的必備信息,同時也支持著生命的基本構造和性能,儲存著生命的種族、血型、孕育、生長、凋亡等過程的全部信息,決定生命健康的內在因素。因此暢銷書《基因傳》作者、腫瘤專家和知名科普作家悉達多·穆吉克將其稱為“眾生之源”。

  幾天前,《自然·通訊》雜志刊載了一篇關于融合基因的最新研究。研究人員利用CRISPR基因編輯技術,揭示了能夠對癌細胞生長起到至關重要作用的融合基因類型,并且發現了一種新的融合基因,可為包括腦癌和卵巢癌在內的多種癌癥提供新的藥物靶點。融合基因,既是導致腫瘤的“魔鬼”,也能成為靶向治療癌癥的天使。

  由染色體易位、缺失等原因導致

  作為中科院昆明動物研究所腫瘤生物學學科組負責人,為乳腺癌等腫瘤發現多個候選靶標的陳策實研究員在接受科技日報記者采訪時表示,人類基因組中約有2萬多個不同的編碼基因,正常情況下,它們會各自有條不紊地執行不同的功能。但人們發現,在腫瘤發生時,往往伴隨著基因組水平的斷裂和重新拼接。當兩個或多個基因的編碼區斷裂,并與別的基因連接,則有可能形成位于同一套調控序列之下的新基因片段,這就是融合基因。一般由染色體易位、缺失等原因所致,通常情況下,它們會導致序列或者功能異常表達產物即融合蛋白的產生。

  早在2009年,美國密西根大學綜合性癌癥研究中心推出了當時比較新的一種基因檢測技術,當將染色體放在一起時基因便能發生融合。這種融合被認為是導致某些癌癥形成的機制。他們在《自然》雜志上發表的研究認為,這種基因融合的發現有可能成為診斷癌癥的標記或者作為今后藥物作用的靶點。研究人員還在前列腺癌細胞中鑒別了數個融合蛋白,而且,這些融合物只見于癌細胞。

  到目前為止,人們已經鎖定了大約2萬個融合基因,但是它們在癌癥發展中的確切功能和作用,人們仍知之甚少。因此,區分融合基因是否對癌癥存活有影響,具有重要的臨床意義。

  腫瘤產生,或因基因組重排作祟

  在很早以前,科學家們就觀察到了細胞“動力工廠”線粒體的變化在癌癥生長中的作用。2018年《自然》雜志發表了哥倫比亞大學醫學中心的一項重要成果,兩個相鄰基因的融合會導致線粒體過度激活,增加幫助細胞生長的“燃料”數量,從而導致癌癥。研究人員還發現,靶向這種新發現癌癥途徑的藥物可以阻止腫瘤生長,并在人類癌細胞和存在腦癌的小鼠中得到了證實。

  陳策實認為,引起基因融合的基因重排類型主要包括平衡和非平衡重排。平衡重排是癌癥中最常見基因融合方式,重排后染色體組的總量沒有增減,只是結構稍有變化;另外非平衡重排指基因重排后染色體組的總量發生了改變,由基因缺失、重復等因素造成。

  “引起基因融合的基因組重排,一是可能會導致原有基因過量表達,二是可能導致嵌合基因形成引起具有新功能的蛋白產生,這些異常通常在癌癥發生的早期階段發揮重要作用。”陳策實以導致急性淋巴細胞白血病的BCR-ABL1融合癌基因為例介紹道,22號染色體長臂與9號染色體發生易位形成新的染色體,致使相關基因重排,這種重排方式將BCR基因的5’端的部分基因和ABL1基因的3’端的部分序列連接在一起,形成一個新的融合蛋白BCR-ABL1,該蛋白具有很強的酪氨酸激酶活性,具有強促癌功能。基于此,人們開發出靶向藥物格列衛,針對的就是該融合蛋白。

  最新研究中,哥倫比亞大學醫學中心及其合作者分析了來自43種不同癌癥類型的1000多種人類癌細胞系中的8000多種融合基因。他們發現,90%的融合基因在癌癥中并不起重要作用,但當從病人腫瘤的基因組重排推斷癌癥的原因時,“這些結果應該被考慮”。

  現有檢測方法優劣并存

  融合基因通常是將兩個或多個基因的編碼區首尾相連,構成嵌合基因。根據構成,既有對功能基因進行示蹤、研究其功能及特性的功能性融合,也有利用信號肽或單體序列攜帶目的基因高效表達,從而提取純化目的蛋白的融合;還有增強基因功能、擴大基因應用范圍的融合等。

  正因為融合基因的發現,有可能成為診斷癌癥的標記或者藥物的靶點,因此融合基因檢測對癌癥臨床診療及預后都具有實際意義,可以指導臨床醫生制定科學的治療方案,避免發生治療不足或過度。

  陳策實介紹,基因融合檢測的金標準是熒光原位雜交(FISH),這種方法可以檢測目標基因在染色體中的定位,從而判斷是否有基因異位的發生,但實驗操作復雜、技術要求較高;其次,免疫組化(IHC)也是常用的檢測方法之一,是利用特異性抗體檢測目的蛋白表達水平的方法,能夠顯示靶標蛋白是否表達,以及表達量是否有改變,缺點是通常無法直接檢測融合基因,對結果的判讀主觀性較強;第三個方法是反轉錄PCR(RT-PCR),優點是可操作性強,設計出針對已知融合基因的PCR引物,能簡便快速地進行檢測和判斷。這三種技術只適用于腫瘤組織樣本,限制了應用的拓展,因為很多晚期癌癥患者無法進行手術取樣,因此無法使用這些檢測技術檢測融合基因的狀態。

  但高通量測序(NGS)和微滴式數字PCR技術(ddPCR)不同,它不僅可以檢測組織樣本中的融合基因,還適用于非創傷手段獲取的樣本如血漿等樣本,進行腫瘤融合基因的檢測;NGS還可以一次檢測多種基因、多種融合變體,發現未知變異,但實驗操作和數據分析都很耗時,對樣本的要求較高;ddPCR是對檢測樣本采用微滴化處理后進行PCR擴增,從而對少量樣本進行多個基因位點的檢測,缺點是無法對未知的融合基因進行檢測。

  陳策實認為,這些融合基因的檢測方式各有優劣,往往需要結合多種檢測方式,進行綜合判斷。

【編輯:陳海峰】
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