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长文 | 关于MSI(微卫星不稳定性)你需要知道的都在这儿!

编者按

NCCN指南2017版于年初发布,此版本除保留2016版关于MSI检测建议外,首次将PD-1单抗pembrolizumab和nivolumab推荐用于具有dMMR/MSI-H分子表型的mCRC的末线治疗。本文将针对指南中关于MSI检测建议进行全面解读。

关于MSI(微卫星不稳定性)你需要知道的都在这儿了!

摘要:

  1. MSI背景知识普及
  2. MSI常用检测方法
  3. MSI与NCCN指南解读
  4. MSI与PD-1单抗免疫治疗
  5. MSI不仅局限于结直肠癌
  6. MSI检测适宜人群

  附:结直肠癌MSI临床分子检测图示+参考文献

(一)MSI背景知识普及

表1 本文涉及学术用语

MMR,重要的DNA修复机制,能够准确地识别及修复在DNA复制或重组过程中产生的碱基错配,小范围的碱基缺失或插入,对维持基因组稳定性,遗传后代的精确性有着重要的作用。
dMMR,顾名思义,就是MMR修复机制出现故障。参与MMR修复基因发生了突变,导致基因功能缺陷,MMR修复能力下降或缺失。Lynch综合症是由于MMR修复缺陷引起。MS,微卫星,又称简单重复序列(SSR),是一些短而重复的DNA序列,一般由1-6个核苷酸组成,串联重复排列,常见类型为双碱基CA/GA或单碱基A/T等,存在于内含子等非编码区,多态性分布于整个基因组,个体差异大。

MSI,是指由于在DNA复制时插入或缺失突变引起的MS序列长度改变的现象,常由错配修复(MMR)功能缺陷引起(图1)。MSI现象于1993年被Jacobs等人在结直肠癌中首次发现,与癌症发生有关,可用于癌症检测。

图1 MSI在肿瘤细胞中序列长度发生改变

根据造成结直肠癌MSI分子机制的不同可分为两类:1. 偶发性MSI结直肠癌(sporadic CRC):常由MLH1启动子区域高DNA甲基化造成MMR功能缺陷引起MSI。偶发性MSI结直肠癌约占所有结肠癌患者的12%,易发生在无明显家族遗传史的老龄化个体中,MMR缺陷直接发生在结直肠癌体细胞中;

2. 遗传非息肉病性结直肠癌(HNPCC):又称Lynch综合症,占所有结直肠癌患者的2%-5%,家族遗传性疾病,由于生殖细胞中携带有MMR基因突变,因而MMR功能易缺陷导致MSI结直肠癌出现。常见Lynch综合症患者中MMR基因突变位点易发生在四个相关基因中:MLH1,MSH2,MSH6,PMS2。

根据结直肠癌中MSI被检测出的频率可以将其分为三类(图2)

MSS,无明显的MSI出现;

MSI-L,MSI出现频率低,一般低于30%;

MSI-H,MSI出现频率低,一般高于30%。

图2 美国NCI机构制定的MSI检测分类标准

(二)MSI常用检测方法:
MSI常由MMR基因突变及功能缺失导致。因此,在检测癌细胞中MSI时,既可以直接检测MSI序列变化,也可以通过检测MMR基因缺失来确定是否发生MSI。两种检测一致性很好,MSI检测发现的结直肠癌中近93%也适用于MMR基因缺陷检测。不同的是技术手段,MMR基因缺陷检测常依赖于免疫组化(蛋白水平),而MSI检测一般依赖于分子手段,PCR检测(DNA水平)(图3)。

图3 MMR免疫组化检测与MSI分子检测结果

免疫组化检测的优势是可以直接鉴定出导致MSI发生的MMR缺陷基因,但是,约5%-11%的MSI发生并不会出现MMR蛋白的缺陷。某些MMR蛋白错义突变,会损失MMR功能,但能被抗体检测识别,因此这是分子检测的优势,目前常用的检测MSI的方法是分子检测结合免疫组化检测。

(三)MSI检测——NCCN指南解读

 1、MSI检测应在所有结直肠癌史的病人中进行。

针对结直肠癌患者的MSI检测准确度高

图4 MSI分子检测结直肠癌常用maker

目前,近15%的偶发结直肠癌及Lynch综合症结直肠癌患者含有MSI特征,通过MSI分子检测可以精准的检测结直肠癌中的MSI,尤以对MSI-H患者的检测,近100%准确度。同时,检测技术简捷,效益比高。

MSI检测可作结直肠癌预后良好的标志

图5 MSI结直肠癌5年生存率高于MSS结直肠癌

MSI结直肠癌5年生存率要显著高于MSS结直肠癌,MSI-H结直肠癌比MSS结直肠癌有更好的预后,同时,研究者还发现MSI结直肠癌转化为恶性肿瘤的机率较其他类型低,尤其对年轻的MSI结直肠癌患者来说,治愈机率很大。2、诊断Lynch综合症时应排除癌细胞患者同时存在MLH1缺陷与BRAF(V600E)突变的病例

诊断依据是两类MSI结直肠癌的分子机制差异

图6 MSI结直肠癌由两种不同分子机制导致

Lynch综合症结直肠癌患者具有MSI特征,家族遗传性疾病。后代患结直肠癌年龄较早,癌细胞内常会累积KRAS基因突变;

Lynch综合症患者生殖细胞中积累MMR基因突变,包括MLH1,MSH2等,可遗传给后代。偶发性MSI结直肠癌中,常为MLH1基因启动子区域富含DNA甲基化,抑制其表达而造成MMR缺陷,导致MSI;

约一半的偶发性MSI结直肠癌会累积BRAF(V600E)突变,但一般不会发生在Lynch综合症引起结直肠癌患者中(图6)。

BRAF(V600E)突变常作为MSS/MSI-L结直肠癌患者预后评估指标

图7 BRAF(V600E)突变对MSS与MSI-H结直肠癌患者预后影响

BRAF(V600E)突变与否对于MSI-H结直肠癌患者预后无显著影响;

BRAF(V600E)突变显著降低MSS结直肠癌患者预后生存率,适合作为MSS/MSI-L结直肠癌患者预后指标。

3、MSI-H的结直肠癌II期病人有较好的预后,但不能在5-FU治疗中获益。

图8 10年内的研究普遍证明化疗对MSI结直肠癌患者效益不大

MMR正常的结直肠癌细胞相比MMR缺陷的结直肠癌细胞对5-FU更敏感,许多研究表明MSI结直肠癌患者并不能从化疗中获益(图8)。

图9 5-FU对MSI-H结直肠癌患者治疗没有明显效果

MSI-H II期结直肠癌患者预后较好,化疗药物5-FU在治疗MSI-H结直肠癌患者中并未带来明显效益;

MSS III期结直肠癌患者可从化疗中获益;

MSI-H III期结直肠癌患者预后较差,不能从5-FU治疗中获益,目前研究发现使用FOLFOX化疗方案对MSI-H III期结直肠癌患者有较好的效果。

四、MSI与PD-1单抗免疫治疗

1、PD-1单抗免疫治疗

PD-1是免疫T细胞表面自我抑制性受体,通过特异地结合配体蛋白PD-L1或PD-L2抑制免疫T细胞活性。许多癌细胞通过高度表达PD-L1,抑制免疫T细胞的抗癌活性。

PD-1单抗免疫治疗(anti-PD-1 immunotherapy):通过单克隆抗体特异地识别免疫T细胞上的PD-1受体,阻碍癌细胞PD-L1的识别,从而激活免疫T细胞活性,特异性地清除杀死带有多种异源抗原的癌细胞,实现对癌症的免疫治疗。

图10 anti-PD-1与anti-PD-L1对非小细胞肺癌患者的治疗显著

2012年同时发表在新英格兰医学杂志上的两篇文章报道了利用特异性的单克隆抗体阻碍PD-1与PD-L1识别结合,可用于治疗癌症晚期的患者,包括黑色素瘤,非小细胞肺癌,肾细胞癌,实现了PD-1单抗免疫治疗(图10)。目前,PD-1单抗pembrolizumab和nivolumab经FDA批准,用于癌症的PD-1单抗免疫治疗。

2、MSI检测——NCCN指南PD-1单抗免疫治疗解读

PD-1免疫治疗单抗pembrolizumab和nivolumab推荐用于dMMR/MSI-H结直肠癌晚期治疗
2015年L.A. Diaz课题组报道发现PD-1单抗免疫治疗药物pembrolizumab可提高MMR缺陷结直肠癌晚期患者及MMR缺陷其他类型癌症晚期患者的生存率,相比于MMR正常的癌症晚期患者(图11)。

图11 MMR基因状态对pembrolizumab治疗效益有影响

dMMR癌症患者从PD-1单抗免疫治疗获得更好的效益,可能的一个解释是dMMR癌细胞相比于MMR正常癌细胞,更易累积突变,产生大量异源抗原(MANA),可有效地被免疫T细胞识别,达到更好的免疫治疗(图12)。此外,dMMR癌细胞微环境更易使其表达PD-L1等,适用于PD-1单抗免疫治疗。

图12 MSI癌细胞PD-1单抗免疫治疗分子机制

MSI结直肠癌及其他类型MSI癌症晚期患者利用PD-1单抗免疫治疗获益较大。因此,MSI检测可用于有效地评估PD-1单抗免疫治疗在癌细胞治疗中的效益。
五、MSI检测——不仅仅只局限于结直肠癌患者中
MSI最早发现于结直肠癌患者中,但是近20多年的研究发现,MSI普遍存在于其他癌症类型患者中,其中包括子宫内膜癌,胃癌,肝细胞癌,黑色素瘤等癌细胞中(图13)。

图13 MSI普遍存在于各种癌细胞中

最近Ronald J Hause等人利用基因组全外显子测序技术,分析了18中癌症5930个基因组,发现其中14种癌症患者癌细胞中发生MSI,其中子宫内膜癌MSI频率最高为30%,胃癌与结肠癌为19%(图14)。

图14 14种常见癌细胞内发生MSI-H

同时,研究发现MSI-L与MSS癌症患者中MSI的分布及频率较一致,与其对癌症治疗的影响吻合,可归为一类,而MSI-H分布与癌症患者生存率相关。10个最易发生MSI的位点普遍存在于各种癌细胞中,并且由于MSI普遍存在于各类癌症患者中,因此MSI检测不仅仅只局限于结直肠癌的诊断治疗及预后评估,可用于各类癌症患者中,使其获得更好的治疗。
六、MSI检测适宜人群:
1、所有结直肠癌患者;2、所有子宫内膜癌患者;

3、符合HNPCC临床筛查标准的胃癌患者。

附:结直肠癌MSI临床分子检测

图15 常用MSI结直肠癌临床分子检测

  • 基于两种MSI结直肠癌分子机制的不同;
  • 结合使用IHC,MSI分子检测及BRAF基因检测,提高精准性;
  • 针对不同的MSI结直肠癌,制定不同的癌症治疗方案,有效地评估预后生存率。
——MSI结语“精准”医疗的目的是精确寻找到疾病的原因和治疗的靶点,并对一种疾病不同状态和过程进行精确分类,最终实现对于疾病和特定患者进行个性化精准治疗的目的,提高疾病诊治与预防的效益。MSI检测有效地实现了对特定种类的癌症患者的精准医疗,减少盲目性,提高MSI癌症患者的治愈率。

参考文献:

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来源:元码基因

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本文由来源 元码基因,由 戴胜 整理编辑!

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