代表性分子标志物：DNA突变及甲基化丨肿瘤蓝皮书连载第二篇

 引言 

肿瘤（包括癌症及其他恶性肿瘤）的本质是细胞恶性增殖，父本或母本遗传，或病毒以及外界刺激诱导自身基因突变，都可能激活原癌基因或使抑癌基因失活，形成肿瘤，通过多次变异、选择和扩增，肿瘤细胞会从早期良性肿物演化为癌症。

基因是肿瘤的核心分子标志物。基于“中心法则”的理念，遗传信息从 DNA 转录到 RNA，再翻译成蛋白质。

因此，蓝皮书连载第二篇及第三篇主要围绕核酸（DNA 和 RNA）以及蛋白质这两大类主要研究对象，展开对肿瘤分子检测标志物的探讨。

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蓝皮书连载内容介绍

   本蓝皮书通过以下内容呈现宏观框架、中观产业发展、微观技术创新及转化应用：

• 行业背景和概况；

• 肿瘤基因及分子标志物简介；

• 肿瘤基因及分子检测技术简介；

• 分子检测应用临床肿瘤诊疗的场景；

• 肿瘤基因及分子检测行业简析；

• 未满足需求及发展趋势。

肿瘤及肿瘤标志物

1.1 肿瘤的定义及分类

1.1.1 肿瘤定义

肿瘤（包括癌症及其他恶性肿瘤）的本质是细胞恶性增殖，发病原因包括遗传、病毒体感染以及外界环境刺激等。父本或母本遗传，或病毒以及外界刺激诱导自身基因突变，都可能激活原癌基因或使抑癌基因失活，形成肿瘤，通过多次变异、选择和扩增，肿瘤细胞会从早期良性肿物演化为癌症。

1.1.2 肿瘤分类（从遗传学角度）

1.2 肿瘤标志物定义

肿瘤标志物是指由肿瘤组织和细胞产生的与肿瘤的产生、发生和发展相关的物质。随着肿瘤基因及检测技术的研究发展，分子标志物得到日益重视，特别是 DNA 突变、甲基化等。

DNA突变与肿瘤诊疗

2.1 DNA突变

基于中心法则，DNA 突变会影响对应编码蛋白的结构或功能，从而影响机体。

2.2 DNA突变类型

DNA突变的4种常见类型中，点突变（point mutation）或者称核苷酸置换（subtitution）是肿瘤突变中最为常见的形式。

2.3 肿瘤相关基因的分类

从作用上分为两类：

● 原癌基因（proto-oncogene）：原癌基因促进细胞生长和激活细胞周期、抑制细胞凋亡，例如 HER2 基因；

●抑癌基因（tumor suppressor genes）：负向调控细胞生长和细胞周期、促进细胞凋亡，执行 DNA 损伤修复，例如 BRCA 基因和 p53 基因。

2.4 与肿瘤相关的突变的分类

从突变来源分为两类：

●体细胞（somatic）或获得性（acquired） 突变：发生在出生后（或至少在受孕后）。它们仅存在于肿瘤细胞中，而不存在于身体的其他细胞中。发育早期发生的体细胞突变可能会影响更多细胞（镶嵌现象）。体细胞突变也通常被称为驱动突变，当检测到已开发靶向治疗的体细胞突变时，它被称为可操作突变（actionable mutation）。近年来，已经开发出许多针对这些突变的药物，以控制癌症的生长。

● 胚系（germline）或遗传性（hereditary）突变：从父母处遗传的突变，并在受孕时出现。有时在受孕时会发生突变（散发性突变），因此它不是从母亲或父亲那里遗传的，而是可以遗传给后代的。胚系突变可能是显性的（dominant）或隐性的（recessive）；此外，胚系突变的外显率（penetrance）——携带特定基因变异的人未来出现基因型对应表型的比例也各不相同。

2.5 肿瘤基因突变的发现经历了以下阶段

2.5.1 针对特定肿瘤的基因鉴定

2.5.2 候选肿瘤基因突变谱分析

随着对肿瘤研究以及肿瘤基因序列的更多了解，科研和临床工作者发现同一基因在不同位点 （即基因序列上的位置）存在突变，并由此带来对机体表征及治疗截然不同的影响。对于基因突变图谱中，较受关注的概念以及后来衍生成为标记物的是肿瘤突变负荷（TMB， tumor mutation burden），即肿瘤基因的突变密度，具体指肿瘤组织中每 M 体细胞碱基中非同 义突变（包括点突变和插入 / 缺失突变）的总数；一般来说，肿瘤细胞中包含的基因突变越多， TMB 越高，肿瘤对免疫疗法的反应越好。对于大多数肿瘤，PD-1 抑制剂治疗的有效性几乎与  TMB 呈线性关系；对于某些药物（如 Opdivo），相比 PD-L1 水平，选择 TMB 作为预测 NSCLC  治疗疗效的生物标志物可以更好地区分有益人群（PMID: 32676325）。

2.5.3 基因家族突变分析

基因家族，是源于同一祖先，由单个原始基因复制而成的若干相似基因的集合，通常具有相似的结构和功能，编码相似的蛋白质产物。同一家族基因有时排列在一起形成基因簇，有时存在不同染色体不同位置，具有不同的表达调控模式。大量植物由于全基因组复制存在基因家族。

2.5.4 针对特定基因的泛癌种分子检测

肿瘤靶点的研究，从单个基因、不同基因位点的突变谱、发展到多个基因家族。随着高通量测序大数据、分子遗传及病理等跨学科合作带来新的启示，除了按发病部位对进行肿瘤分类诊疗， 以肿瘤相关的基因为新的诊疗维度带来新的认知，特别是靶向药。

甲基化与肿瘤诊疗

3.1 甲基化与表观遗传

甲基化是研究最深入的表观遗传的一种。表观遗传（Epigenetic）是指 DNA 序列不发生改变的情况下，发生可遗传的基因表达的变化。即控制基因表达的表观遗传独立于 DNA 序列将信息传递给下一代细胞。这种模式有时会引 起胎儿发育异常以及成人正常衰老过程异常，增加儿童癌症和成人常见癌症的发生风险，同时表观遗传还促进人类肿瘤细胞的克隆进化，促进肿瘤发展。

3.2 DNA 甲基化与肿瘤发生发展的联系

● 启动子区域内高甲基化（Hypermethylation）使得某些肿瘤抑制基因失活；

● 低甲基化（Hypomethylation）导致基因组不稳定性，也促进细胞转化；

● 启动子 CpG 的高甲基化可以作为生物标志物；

● 与基因改变不同，DNA 甲基化是可逆的，这为治疗提供可能的路径。

3.3 低甲基化、基因激活与肿瘤

低甲基化（Hypomethylation），即 CpG 双核苷酸的 DNA 甲基化缺失或不足，是在肿瘤细胞中发现的第一个表观遗传异常。

3.4 高甲基化、基因沉默与肿瘤

高甲基化（Hypermethylation），也翻译称超甲基化，顾名思义即甲基化水平高于正常水平。在癌症中，整体上低甲基化的情况偏多，但某些基因会由于调节区域中 CGI 的高甲基化而失活（PMID：20920744）。高甲基化和肿瘤之间的联系是通过视网膜母细胞瘤肿瘤抑制基因 （RB1）  建立的。

3.5 主要的甲基化检测技术 

产业创新案例 

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 连载预告 

▲ 文章预告：“2021肿瘤蓝皮书”连载系列第二篇《肿瘤基因及分子标志物简介（下篇）》 

▲ 发布平台：基因慧公众号

▲ 发布时间：9月29日（下周三）

本篇介绍了肿瘤基因及分子标志物中的DNA突变和甲基化，

第三篇将介绍分子标志物中的转录组、蛋白质组及新型分子标志物。