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摘要世界卫生组织2014年报告《World Cancer Report2014》的资料显示:癌症及其相关疾病已经成为全世界人类主要致死病因。肺癌是最常见的恶性肿瘤之一。根据死亡率统计，肺癌在男性中位于第一位，在女性中位居第二位。并且，近30年来全球肺癌发病率呈现急速上升趋势，死亡率占癌症死亡总数的19.4％。伴随着人口增长和环境污染加剧，在世界范围内，特别是在发展中国家，肺癌已经成为一个严峻的疾病负担。肺癌的发生取决于环境因素和遗传因素的相互作用。环境因素对肺癌的发生起主要作用，例如吸烟、饮酒等生活习惯;局部工作环境和生活环境的致癌物暴露;工作和居住地区的整体大气、土壤和水体污染等等。随着全球环境污染问题的加剧，大气污染对于肺癌发生的贡献日益显著，空气污染相关肺癌已经成为不容忽视的公共卫生问题，并且逐渐成为肺癌研究中的焦点之一。<br>　　云南宣威富源地区肺癌发病率和死亡率远高于国内其他地区。大量研究显示其肺癌高发的主要诱因是室内外空气污染。宣威地区居民生活和工业生产活动大量燃烧烟煤，导致整个区域环境中多环芳烃类化合物含量增高，当地居民长期生活和工作在高浓度的环境致癌物背景下，是宣威地区肺癌持续高发的主要原因。值得注意的是:宣威地区肺癌还呈现出明显的家族性聚集，当地居民的遗传背景同样是一个不容忽视的因素。鉴于云南宣威地区肺癌发病率高、有家族性聚集等特点，宣威肺癌已成为研究空气污染与肺癌相互关系及探讨肺癌遗传易感性的良好模型。本研究基于该地区的典型肺癌病例和肺癌家系，从三个方面研究基因体细胞突变和胚系突变，探索空气污染相关肺癌发生、发展的分子机理，以及宣威地区肺癌的家族遗传易感性。<br>　　课题一主要研究几个有重要临床意义的基因体细胞突变在空气污染相关肺癌中的分布情况，并尝试建立一种基于简单PCR和DNA测序的方法，以检测这些基因突变，本研究应用82例宣威地区非小细胞肺癌患者组织标本，通过PCR、RT-PCR、DNA测序，筛查肺癌病例中出现的典型融合基因EML4-ALK，CD74-ROS1，以及HER2基因的表达水平和突变情况。结果显示:20.7％(17/82)的患者HER2基因表达上调，其中一例在外显子20有插入突变。统计分析显示，HER2基因的过表达与吸烟及空气污染均无显著相关性。6.1％(5/82)的患者携带EML4-ALK融合基因，包括2例EML4-E2+ALK-E20和3例EML4-E13+ALK-E20，这些患者来自于高污染地区或为吸烟者。3.6％(3/82)的患者带有CD74-ROS1融合基因(CD74-E6+ROS1-E34)，该融合基因携带患者主要为非吸烟者或者生活在相对清洁区域。在空气污染相关肺癌中，融合基因或过表达基因的分布有各自的特点。本实验也证实:通过简单PCR和DNA测序能够有效检测癌组织中这几个基因的突变、融合和异常表达。HER2过表达及EML4-ALK融合基因，对特定靶向治疗药物敏感，筛查这些基因可为临床治疗提供指导和帮助，本研究建立的以PCR为基础的方法很适合于在一般医院推广和应用。<br>　　课题二研究MUC16(CA125)表达、MUC16基因突变、空气污染三者之间的相互关系，及其它们在空气污染相关肺癌发生和发展过程中的作用和意义。MUC16是高分子量跨膜糖蛋白，CA125已是卵巢癌诊断和判断治疗效果的重要指标。在卵巢癌、胰腺癌及乳腺癌的研究中均发现:MUC16的高表达可以增强肿瘤细胞的化疗药物耐受性、免疫逃逸行为、侵袭转移能力等。在早期14例宣威肺癌全基因组测序研究中发现，MUC16基因突变率极高（50％宣威肺癌病例显示有基因突变），几乎与P53持平。本课题首先通过实时定量-PCR检测宣威地区非小细胞肺癌患者组织标本，45％的患者MUC16表达上调。统计分析发现MUC16过表达与患者居住地的空气污染程度显著相关，高表达MUC16的个体主要集中分布在重度污染区域。12例宣威肺癌患者的MUC16目标区域捕获测序发现，MUC16基因突变率在mRNA上调组和下调组中呈现明显分布差异。通过构建CRISPER/Cas9载体，在一系列差异显著的目标位点引入突变，发现MUC16基因某些位点的突变能够导致基因在转录水平和蛋白水平均发生上调。这些结果提示:MUC16基因突变和异常表达可能与空气污染相关;MUC16基因突变有可能引起该基因异常表达，进而参与空气污染相关肺癌的发生和发展;MUC16基因突变及其异常表达，可能作为宣威地区空气污染相关肺癌的生物标记。<br>　　课题三从基因胚系突变的角度，研究宣威地区肺癌家族遗传易感性。不同于经典家族遗传性肿瘤，遗传因素对肺癌发生的作用往往被大量的环境因素所淹没。肺癌的遗传易感性可能由众多因子决定，通过多个易感遗传因素与环境因素相互作用，微小效应逐渐累加，最终导致肿瘤发生。相对于大多数散发病例，肺癌家系中的遗传易感因子在家族成员中“浓缩”，从而更有利于筛选潜在的肺癌易感相关基因突变。从宣威地区收集的14个肺癌家系（每个家系至少有3例确诊的肺癌患者）外周血样本中，选取9例（肺癌患者4例，非患者的家系成员5例）基因组标本进行全基因组测序分析，发现在这9例肺癌家系成员中，有1218个蛋白编码基因发生突变。选取其中突变率最高的12个基因，针对每个基因中的一系列突变位点，在扩大样本群体中进行PCR和 DNA测序验证。验证对象包括4个组:肺癌家系成员中的确诊肺癌患者(13例);肺癌家系中非癌症患者成员(125例);肺癌散发病例(85例);健康对照个体(68例)。序列比对和统计分析显示:5个基因(ARHGEF5，ANKRD20A2，ZNF595，ZNF812，MYO18B)中的多个突变位点在不同验证组间的分布存在显著差异。通过基因功能的分析，初步推测其中某些突变可能与肺癌家族遗传易感性相关联。<br>　　本论文通过三个方面，从基因体细胞突变和胚系突变两个角度研究宣威地区空气污染相关肺癌。其结果表明，该地区肺癌高发涉及环境因素和遗传因素2个方面，基因体细胞突变和胚系突变都可能参与肺癌的发生和发展。同时研究肺癌高发地区的散发病例和家系人群，筛查潜在的肺癌遗传易感突变，研究环境致癌物与遗传易感因素的相互作用，及两者在肺癌发生发展过程中的贡献，不但对进一步了解肺癌的发病机理有重要意义，也为空气污染相关肺癌的预防、早期诊断、治疗提供研究线索、理论依据和指导。