第十讲-肿瘤基因组和基因芯片

肿瘤基因组学与基因芯片第十讲肿瘤的研究•美国1971年颁布国家癌症条例开始抗癌大战•使癌症成为“慢性病”ConceptofNeoplasm（瘤）“…isanabnormalmassoftissue,thegrowthofwhichexceedsandisuncoordinatedwiththatofthenormaltissues,andpersistsinthesameexcessivemanneraftercessationofthestimuliwhichevokedthechange”Willis,1952BasicBiologicFeaturesofNeoplasmsOncogenicLesion(e.g.RAS,MYC,E2FActivation)DifferentiationAbnormalProliferationAngiogenesisInvasionSenescenceApoptosisNeoplasmsEvolveinMultipleSteps•Initiation:presumablyoccursthroughirreversibleorstabledamagetoDNA•Promotion:anprocessbringingaboutaclonalexpansionofinitiatedcells•Progression:resultswhengeneticinstabilityleadstofurthermutagenicandepigeneticchanges肿瘤的发生（Initiation）•Tumorinitiation：CooperativeDNAlesionsascommonfinalpathway•Precancerousandincipient（初始的）lesions•Moleculartargets：Oncogenes,tumorsuppressorgenes&DNArepairgenes肿瘤的促进（promotion）•Expansionofinitiatedcells•RepetitiveprocessInitiation&Promotion•致癌剂•肿瘤促进剂•低黄曲霉素B1AflaloxinB1，高杀草强Amitrole，砷和其化合物Arsenic&compounds，高三氧化二砷Arsenictrioxide，高三硫化砷Arsenictrisulfide，高石棉Asbestos•癌基因（如myc、ras）•需要反复刺激Initiation&PromotionTimeNotumorNotumorNotumorNotumorTumorTumor=Promoter=InitiatorGr.1Gr.2Gr.3Gr.4Gr.5Gr.6Initiation&PromotionTargetGenes肿瘤的发展（progression）•肿瘤组织浸润相邻组织•淋巴结转移和血道转移•远端转移ApoptosisandTumorigenesis小结•肿瘤发生发展的三个阶段基于基因表达谱的分子分型•为什么提倡利用分子水平进行肿瘤的分型？肿瘤的一般临床学知识•肿瘤的诊断肿瘤的临床分期（stage）肿瘤的临床分级（grade）•肿瘤的治疗放疗化疗辅助治疗靶点治疗肿瘤的临床分期(stage)•TNM分期肿瘤的大小(T,tumorsize)肿瘤是否发生临近的淋巴结转移(N,node)肿瘤是否有远处转移(M,metastasis)乳腺癌分期•TisCarcinomainsite•T1Tumor≤2.0cmingreatestdimension•T2Tumor2.0cm–5.0cmingreatestdimension•T3Tumor5.0cmingreatestdimension•T4Tumorofanysizewithdirectextensiontochestwallorskin•N0Noregionallymphnodesmetastasis•N1Metastasistomoveableipsilateralaxillarynode(s)(同侧腋下淋巴结)•N2Metastasistoipsilateralaxillarynode(s)fixedtooneanotherorotherstructures•N3Metastasistoipsilateralinternalmammarynode(s)•M0Nodistantmetastasis•M1Distantmetastasis(includesmetastasistoipsilateralsupraclavicular（锁骨）lymphnode(s)Stage0TisN0M0StageIT1N0M0StageIIaT1N1M0T2N0M0StageIIbT2N1M0T3N0M0StageIIIaT1,2N2M0T3N1,2M0StageIIIbT4AnyNM0AnyTN3M0StageIVAnyTAnyNM1问题：这样的分期是否准确反映了病人的预后情况？肿瘤的临床分级(grade)•分级指标:细胞的异常形态，细胞的恶性生长速度。•肿瘤细胞生长的分级:1到3分别对应级别的低，中，高，在临床上常称为高分化，中分化，低分化。级别越低，预后越好。级别越高，对放疗和化疗的敏感度也较强。肿瘤细胞与来源器官中细胞的相似程度，分化良好的细胞有高度的特化特点，组织结构清晰，很容易辨认。低分化的细胞组织结构不清，很难辨认。肿瘤的病理学诊断方法•冰冻切片和石蜡切片的染色和组织化学方法：确定肿瘤细胞的分化程度；鉴别肿瘤的类型；研究肿瘤组织发生•流式细胞术定量诊断（肿瘤细胞核形态参数）：癌（瘤）细胞DNA含量的检测；良性病变多为二倍体；恶性肿瘤多为非整倍体•问题：单基因的组织化学检测是否能准确反映肿瘤类型及分化程度？肿瘤的传统检测•传统的肿瘤解剖分期(包括肿瘤大小、淋巴结转移数目，TNM)对于预测肿瘤的复发转移价值不可低估，是临床上较成熟的风险评估指标。•传统的组织病理诊断：以组织形态、免疫组织化学染色；通常以单一基因的不同表现对肿瘤作出诊断。•问题：组织病理学上看起来一样的肿瘤，其自然发展史、生物学行为以及对治疗的反应和预后等都会有所不同。从活检标本上看都象是肿瘤的两个病人，他们都有肿瘤灶，你可以说它们看起一是一样的，但事实上，一位病人已在别的部位有恶性生长了。肿瘤的化疗•化疗对分裂细胞有效，但肿瘤细胞不是体内唯一具有分裂能力的细胞，所以化疗对正常分裂的细胞有一定的伤害。肿瘤的放疗•放疗对旺盛生长和分裂的细胞有效。由于肿瘤细胞比起正常细胞在基因组上不稳定，所以对放疗的敏感度高于正常细胞，同时由于正常细胞具有完善的修复系统，比较耐受放疗。肿瘤的辅助治疗•根据肿瘤的特殊性质而制定的治疗方法，如激素治疗•也有把放疗，化疗结合激素治疗的方法称为辅助治疗肿瘤的靶点治疗•根据在肿瘤发生发展中具有重要意义的靶点基因而研制成的药物，如乳腺癌的治疗靶点基因HER2，肺癌的靶点基因EGFR肿瘤治疗中存在的问题•放疗，化疗，激素治疗的耐受•过度治疗？基因芯片在肿瘤研究中的应用•应用DNA微阵列技术和多基因RT-PCR定量检测方法来预测乳腺癌的复发转移风险及其对治疗的反应，取得一定突破。还存在诸如检测方法的可重复性、肿瘤标本的取材标准、统计学分析以及检测结果核查的标准化等问题。•Ntzani和Ioannides在总结1995年到2003年4月MEDLINE共84篇关于此类技术的论文后发现,只有30篇涉及临床结果,他们提出,DNA微阵列技术还需大规模前瞻性临床试验证实,同时应与现有的一些已知预测因子联合进行比较,最后作出谨慎的审核与决定。•Stanford大学的PatrickBrown认为：有用的诊断图谱肯定会出现的，“当二个生物标本的差异足以引起我们的重视时，那么肯定在它们的基因表达上也有相应的差异•一旦候选基因图谱被确定，并集中到几个关键基因上，就可利用简单的技术如PCR针对较大的人群中对有效的、重复产生的改变进行检测。如果一个基因在表达上的改变能重复出现，则这个基因就可用作基因诊断标记物基因芯片在肿瘤研究中的应用•肿瘤的生物学指标(包括组织学分级、biomarker、增殖指标等)不仅能够判断肿瘤的预后，还能够预测肿瘤对治疗的反应，并为肿瘤的个体化治疗提供依据。•价值超过了解剖分期，是目前临床研究的方向与重点之一。•肿瘤的分子分型（分子诊断）1.肿瘤的分级2.肿瘤的分期，预后3.肿瘤放疗化疗或激素治疗耐受4.肿瘤靶向转移（肿瘤形成转移的能力依赖于多种基因的联合作用，肿瘤转移的每个器官都需要不同组的基因）。•肿瘤的分类：用表达图谱区分出所检测的标本是正常组织还是肿瘤；若是肿瘤，又能区分出是良性还是恶性。•运用基因芯片得到的Biomarker可用于肿瘤的早期诊断基因芯片在肿瘤研究中的应用白血病的分类•肿瘤分类学在过去的30多年间进步不少，但是在鉴定新的肿瘤类型（classdiscovery）和肿瘤分类（cancerclassification）还缺乏通用的方法•急性白血病的分类方法：核的形态学分析，酶学免疫组化，染色体易位分析，任何一个分析都需要非常有经验的医师进行详尽的检查以及分析，需要专业的实验室来完成，但没有一个单独的测试能够足以用于诊断•传统的分类方法的联合运用，一般而言比较准确，但仍旧会出错运用基因芯片表达谱对急性白血病分类•寻找在基因表达水平与预测ALL和AML密切相关的分子群•运用这一分子群，看如何能将已知分类的样本进行准确的分类预测，即寻找能进行分类的基因群（classpredictor）（trainingset）•用新的样本群检测classpredictor的准确性(testset)PreciseClassificationofCanceristheFirstStepinRationalTreatmentGeneExpressionProfilesScience286:531(1999)•Distinguishingbetweenacutelymphoblasticleukemia(ALL)andacutemyeloidleukemia(AML)iscrucialbecausetheirtherapiesaredifferent.•RNAfrom38bonemarrowsampleswerehybridizedtoAffymetrixchipscontainingprobesfor6,817genes.•Theexpressionprofilesof50genesclearlydifferentiatebetweenthetwotypesofcancer.乳腺癌的预后分类与治疗•同一分期的乳腺癌病人在治疗的反应和总体的治疗结果上有很大差异•传统的用淋巴结状态和组织化学检测的方法无法准确判断肿瘤的临床表现•化疗和激素治疗可以降低远处转移的风险约三分之一•70－80％的病人不经过化疗等手段预后仍较好GeneExpressionSignaturesforBreastCancerApplication:GeneExpression•Identifyinggeneexpressionsignaturethatreflectsbiologicalbehaviorofatumor(预后好与预后差)•70-geneprognosticprofiletested•295breastcancersamples•outperformedallclinicalvariablesforpredictingpatientsurvival•Microarrayclassifierstodirectcustomizedtherapy•StartingpointfortargetedandrationaldrugdevelopmentClassificationonprognosticsignatureSupervisedclassificationonprognosissignatures