倪姗姗,陈益定
浙江大学附属妇产科医院妇产科
浙江大学附属第二医院肿瘤外科
乳腺癌(BRC)是女性最常见的恶性肿瘤之一。多数乳腺癌呈散发性,约5%~10%的乳腺癌具有遗传易患性,表现为家族聚集性,且发病多<50岁。乳腺癌易感基因1(BRCA-1)和BRCA2基因突变引起约60%的遗传性乳腺癌,且是遗传性乳腺癌-卵巢癌综合征(HBOC)目前已知的唯一因素。在一般人群中,乳腺癌和卵巢癌终生发病风险分别约为13%、1.5%,而BRCA1和BRCA2突变携带者则显著增加,患乳腺癌的风险均达40%~85%,患卵巢癌的风险分别是25%~65%、15%~20%【1】。因此准确预测BRCA突变情况并采取相应的预防及诊治措施至关重要。近年来国内外学者对BRCA基因家族及其突变情况进行深入广泛的研究,现就相关内容综述如下。
1 BRCA的结构和功能
1.1 结构
1990年Hall等【2】发现的BRCA1定位于人类17q21,基因全长约100000bp,编码区5711bp,共有22个内含子和24个外显子,其中2个为非编码外显子,外显子l不参与蛋白质的编码,外显子4编码Alu重复序列,该重复序列在部分转录物中不存在。外显子11较大,编码61%的蛋白质。22个编码外显子转录出7800bp的mRNA,编码1个含有1863个氨基酸残基、相对分子质量为220000、带有保守氨基酸末端环指结构域和羧基末端转录激活域(TAD)的核内磷酸化蛋白【3】。BRCA2由Wooster等【4】发现,定位于13q12,全基因组DNA长约70000bp,其中编码区含有10987bp,且富含AT(约64%),共有27个外显子,其中第11个外显子长约4932bp,mRNA长约10200bp,编码蛋白由3418个氨基酸组成。
1.2 功能
作为抑癌基因,BRCA1和BRCA2在细胞正常生长调控、DNA损伤修复及转录调控中起重要作用。在G1/S期,BRCA1以锌指结构域作为蛋白质一蛋白质相互作用的主要作用域,通过转录因子E2F的作用和细胞周期蛋白一细胞周期蛋白依赖激酶(CDK)复合物的磷酸化,抑制细胞进入增殖周期,阻止细胞分裂,诱发细胞凋亡。当DNA受损时,BRCA1蛋白受DNA损伤检控点调节蛋白1(MDC1)的调节,在损伤部位聚集、磷酸化,从而调控细胞周期S期和G2/M期检控点,引起细胞周期停滞调节【5】。BRCA1和BRCA2主要通过同源重组(HR)途径发挥其DNA损伤修复功能。BRCA1和BRCA2蛋白在DNA损伤修复及同源重组中的功能与DNA修复蛋白RAD51有密切的关系。BRCA1还可与另一个DNA修复蛋白复合物Mre11-Rad50-Nbs1(MRN)相互作用,共同定位于不含有Rad51的核转化灶中。BRCA2外显子11编码的乳腺癌基序也可与Rad51发生特异性的相互作用。在中心体复制中BRCA1也起负性调节作用,其突变细胞可导致中心体扩增。BRCA1和BRCA2能够在RNA转录水平上调节基因的表达。BRCA1通过细胞周期蛋白依赖激酶抑制因子p21WAF1/CIP1及Bax启动子增强p53依赖性转录,过表达的BRCA1则对细胞产生毒性并且能够稳定p53。BRCA2突变携带者p53突变更常见【6】。
2 乳腺癌BRCA突变相关的临床病理学特征
与散发性乳腺癌比较,BRCA1相关乳腺癌发病年龄提前,病理学分级较高,髓样癌更多见,且非整倍体较多,肿瘤细胞增殖率较快,具有较高的有丝分裂率和核多形性。除在组织学上有特殊的表现外,BRCA1相关乳腺癌同样有一定的免疫组织化学特征。其雌激素受体(ER)、孕激素受体(PR)和人表皮生长因子受体2(HER2)/neu常呈阴性表达,而细胞角蛋白5/6(CK5/6)、CK14、平滑肌肌动蛋白(SMA)、表皮生长因子受体(EGFR)、P-钙黏着蛋白(钙黏素)、陷窝蛋白1的表达增高【7-9】。Lagos-Jaramillo等【9】报道西班牙人BRCA1突变乳腺癌中增殖抗原Ki-67中/高度表达的比例达79%,其他细胞周期相关蛋白如cyclinE/A/B1、p27、p16、p21、细胞周期蛋白依赖激酶4(CDK4)、CDK2、CDK1等也高表达【7,10】。中国BRCA相关乳腺癌病例也有相似的特征。在中国香港地区乳腺癌高危人群中,BRCA突变携带者多有乳腺癌/卵巢癌家族史,40岁前发病者多见,且有较高的病理分级,多为3级,ER、PR和HER2/neu也多阴性表达,但是淋巴管浸润相对较少,肿瘤的分期、淋巴结转移及远处转移上未见显著不同。BRCA突变者中BRCA2较BRCA1突变更多见,而BRCA1突变者发病年龄较早,肿瘤多较大,侵袭性更强,ER阴性也多见,但两者在分期及PR、HER2表达上没有明显的差异【11】。
3 不同人群BRCA突变率研究
不同人群中BRCA突变率存在较大差异。不仅健康人群与高危人群BRCA突变率有不同,同一国家不同地区之间及不同国家之间其突变情况也有不同的变化。在犹太人中,Metcalfe等【12】通过对2080名未经筛选的女性犹太人的基因检测发现,BRCA1和BRCA2的突变率分别为0.5%和0.6%,而在乳腺癌高危家族中,其突变率增加,约40%的BRCA基因发生突变,其中BRCA1和BRCA2各占60%、40%【13】。同样在西班牙人群中,也发现乳腺癌/卵巢癌高危家族BRCA突变较多见,总突变率为30.9%【14】。Suspitsin等【15】研究发现,在俄罗斯西北部地区和南部地区分别有11.4%、18.8%的BRCA1检测有突变,而BRCA2突变的发生率较低,西北部地区为0.3%,南部地区则未发现其突变。而在亚洲人群中,BRCA的发生率较低,其中BRCA1突变比例有所减少而BRCA2突变相对较多。在马来西亚,没有家族史的发病年龄<40岁的乳腺癌患者中,发现BRCA1、BRCA2的突变率各为2.7%、5.4%。在韩国,对60例发病年龄<40岁的乳腺癌女性患者的基因检测发现,BRCA1、BRCA2的突变率分别为10%、8.3%,其中多数突变患者没有乳腺癌/卵巢癌的家族史,提示可能存在不同的遗传和致病因素影响着BRCA基因在韩国年轻乳腺癌患者中的外显率【16】。在中国上海地区,BRCA1和BRCA2在一般乳腺癌患者中的突变率均为1.1%,而有乳腺癌/卵巢癌家族史的患者BRCA1突变的概率增加8倍,BRCA2突变率增加约2倍。在中国湖南地区家族性和早发性乳腺癌的研究中发现,BRCA1的突变率为4%,低于BRCA2的16%。湖南地区BRCAl在家族性乳腺癌中突变率低于国内外报道,而BRCA2突变发生率与西方国家相近,但高于国内大陆其他地区,这可能是中国湖南人群的特有特征。在中国香港地区人群中,散发性卵巢癌患者发现有11.3%的BRCA1发生突变,2.1%的BRCA2突变【11,17-19】。
4 不同人群BRCA突变位点情况研究
4.1 中国人群BRCA突变位点分析
中国人群中BRCA基因突变位点的研究还不充分,相关研究尚在进行中,中国香港地区、上海、湖南等地区BRCA突变的报道相对较多。Khoo等【18】对中国香港地区人群BRCA突变的研究较为深入,其采用PTT法分析60例未受年龄和家族史限制的卵巢癌样本。在成功筛选53例BRCA1全部外显子编码及43例BRCA2的11号外显子编码后发现6种BRCA1和1种BRCA2生殖细胞性突变,其中BRCA1突变位点为:8号外显子上的无义突变633C>T,11号外显子上框移突变1080delT、1129delA、2371-2372delTG、3976-3979delGTGA及22号内含子上的拼接点突变IVS22+7A>G;BRCA2突变位点为11号外显子上的无义突变3337C>T。除1129delABRCA1突变之前在荷兰卵巢癌患者中有相关报道外,其余6种突变位点均为新发现的突变。近年来在中国大陆地区也陆续发现BRCA相关的突变位点,在上海地区,BRCA1的突变位点包括:(1)移码突变的有11号外显子3449insA、1100delAT和24号外显子5587delAT、5640delA;(2)拼接点突变的有IVS17-1G>T和IVS21+1G>C,BRCA2的突变位点均在11号外显子,有错义突变的5911G>C,移码突变的5950delCT、5802delAATT。其中1100delAT、5640delA、5802delAATT在乳腺癌信息中心网站数据库(BIC)中已有相关报道,其他为新发现的突变位点【20】。在湖南地区家族性和早发性乳腺癌人群中发现,BRCA1中位于6号外显子上的无义突变220C>T,BRCA2中10号外显子上的移码突变1796delTTTA、11号外显子上移码突变2808delACAA、6275delTT、无义突变2372C>G。其中BRCA22808delACAA和2372C>G为新发现的突变位点,可能是中国人群中的特有突变【19】。吴涛等【21】通过对新疆82例遗传性乳腺癌BRCA基因突变检测,共发现8例(9.8%)BRCA基因突变,其中BRCA1突变4例,BRCA2突变4例;4例BRCA突变(2073delA移码突变、W372X无义突变、6873delCTCC移码突变、9481delA移码突变)在BIC数据库中未见报道;在三阴性乳腺癌中BRCA1突变率高(5/30,16.7%);在新疆多民族地区未发现BRCA基因突变热点。
根据BIC数据库的资料,BRCA1和BRCA2基因胚系突变多为私人突变,每个高危家庭中是不同的,而在某些人群中则存在一些始祖突变(founder mutation),即发生在特定人群中的突变,其由1位祖先首先发生突变并将其引入这个人群,当这个人群扩大时,此突变得以在人群中播散开来。对特定的人群而言,始祖效应的存在使得遗传异质性减低,并且使得对突变携带者的检测和遗传咨询更简便易行。因此中国人群中是否存在BRCA1/2基因的始祖突变成为目前研究的热点。Khoo等【22】收集214例中国卵巢癌标本,其中106例来自中国香港地区,108例来自北京。在运用异源双链分析法及单链构象多态性分析法分析样本BRCA突变情况时发现:BRCA1存在1种始祖突变(1081delG)和1种频发突变(2371-2372delTC);BRCA2存在1种频发突变(3337C>T)。而这些突变全部来自中国香港地区病例且均无乳腺癌/卵巢癌家族史,表明中国南北地区人群BRCA基因突变可能存在差异。在中国大陆乳腺癌人群BRCA突变相关研究中也发现一些重复出现的致病性突变,BRCA1中较多见,主要为11号外显子的1100delAT和24号外显子的5589del8。BRCA11100delAT是一个移码突变,导致在329位密码子上提前出现终止密码子,从而使产物蛋白截短。BRCA15589del8也是一个截短性突变,导致BRCA1基因开放阅读框移码,在第1826位提前出现终止密码子。BRCA11100delAT和5589del8突变是中国乳腺癌人群中的频发突变,是否存在始祖效应还需进一步研究证实【23】。
4.2 其他人群BRCA突变位点分析
BRCA突变情况的分析在西方人群中研究比较多见,在东部人群中相对较少。在一些特殊种族中BRCA突变相当频繁,其始祖效应非常显著。其中最突出的就德裔犹太人中的BRCA1-185delAG、BRCA1-5382insC和BRCA2-6174delT。BRCA1-5382insC在德国人群中也发现有始祖效应,在冰岛人群中也发现始祖突变BRCA2-6174delT和BRCA2-995delG。在德裔犹太人中,BRCA1-185delAG、BRCA1-5382insC突变携带者乳腺癌终身患病率分别为64%、67%,而BRCA2-6174delT突变者患病风险则较低,为43%。患卵巢癌的风险则分别为14%、33%、20%。BRCA1基因始祖突变携带者发生大肠癌的风险也增加,6174delT突变与淋巴瘤和前列腺癌的发病也相关。尽管发现这些基因突变携带者的确有相当高患癌症的风险性,但不同的报道差异较大,尚待进一步研究【24】。在法裔加拿大人群中发现的常见始祖突变有BRCA1-C4446T、BRCA1-R1443XA1和BRCA2-8765delAG、BRCA2-3398delAAAAG。在荷兰,一些始祖突变的位点也相对明确,如BRCA1-2804delAA、IVS12-1643del3835和BRCA2-5579insA、6503delTT,其中BRCA1-2804delAA约占BRCA总突变的24%,BRCA2-5579insA、6503delTT突变约占BRCA2突变相关的HBOC的62%【25】。在南非人群中,BRCA1中的E881X突变被认为具有始祖效应。在亚洲其他国家和地区也发现一些重复出现的突变。如日本的BRCA1-Q934X、L63X和BRCA2-5802delAATT,马来西亚的BRCA1-2846insA,菲律宾的BRCA1-5454delC和BRCA2-4265delCT、4859delA,巴基斯坦的BRCA1-S1503X、R1835X【26-27】。
5 结语
由于BRCA基因突变携带者发生乳腺癌和其他部位肿瘤的风险明显增高,因此预测人群中的BRCA突变情况并进行基因检测显得至关重要,而特异且经济快捷的基因检测方法将有待进一步研究,为基因突变携带者制定个性化的预防治疗措施也需要大量的工作。另外,由于家族性的乳腺癌仅占5%~10%,可能还存在很多其他危险因素,而目前研究较多的有分娩因素、激素水平、良性乳腺疾病史、口服避孕药、高脂饮食、吸烟、酗酒、缺乏体力活动、放射线暴露、环境化合物等,其与BRCA基因之间是否有相互影响还需进一步综合研究分析。
参考文献
Chen S, Parmigiani G. Meta-analysis of BRCA1 and BRCA2 penetrance. J Clin Oncol. 2007;25(11):1329-1333.
Hall JM, Lee MK, Newman B, et al. Linkage of early-onset familial breast cancer to chromosome 17q21. Science. 1990;250(4988):1684-1689.
Miki Y, Swensen J, Shattuck-Eidens D, et al. A strong candidate for the breast and ovarian cancer susceptibility gene BRCA1. Science. 1994;266(5182):66-71.
Wooster R, Bignell G, Lancaster J, et al. Identification of the breast cancer susceptibility gene BRCA2. Nature. 1995;378(6559):789-792.
Lou Z, Chini CC, Minter-Dykhouse K, et al. Mediator of DNA damage checkpoint protein 1 regulates BRCA1 localization and phosphorylation in DNA damage checkpoint control. J Biol Chem. 2003;278(16):13599-13602.
Locke I, Kote-Jarai Z, Fackler MJ, et al. Gene promoter hypermethylation in ductal lavage fluid from healthy BRCA gene mutation carriers and mutation-negative controls . Breast Cancer Res. 2007;9(1):R20.
Korlimarla A, Prabhu JS, Remacle J, et al. T identification of BRCA1 deficiency using multi-analyte estimation of BRCA1 and its repressors in FFPE tumor samples from patients with triple negative breast cancer. PLoS One. 2016;11(4):e0153113.
Alvarez C, Aravena A, Tapia T, et al. Different Array CGH profiles within hereditary breast cancer tumors associated to BRCA1 expression and overall survival. BMC Cancer. 2016;16:219.
Lagos-Jaramillo VI, Press MF, Ricker CN, et al. Pathological characteristics of BRCA-associated breast cancers in Hispanics. Breast Cancer Res Treat. 2011;130(1):281-289.
Palacios J, Honrado E, Osorio A, et al. Phenotypic characterization of BRCA1 and BRCA2 tumors based in a tissue microarray study with 37 immunohistochemical markers. Breast Cancer Res Treat. 2005;90(1):5-14.
Zhang J, Pei R, Pang Z, et al. Prevalence and characterization of BRCA1 and BRCA2 germline mutations in Chinese women with familial breast cancer. Breast Cancer Res Treat. 2012;132(2):421-428.
Metcalfe KA, Poll A, Royer R, et al. Screening for founder mutations in BRCA1 and BRCA2 in unselected Jewish women. J Clin Oncol. 2010;28(3):387-391.
Palma MD, Domchek SM, Stopfer J, et al. The relative contribution of point mutations and genomic rearrangements in BRCA1 and BRCA2 in high-risk breast cancer families. Cancer Res. 2008;68(17):7006-7014.
Weitzel JN, Lagos V, Blazer KR, et al. Prevalence of BRCA mutations and founder effect in high-risk Hispanic families. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2005;14(7):1666-1671.
Suspitsin EN, Sherina NY, Ponomariova DN, et al. High frequency of BRCA1, but not CHEK2 or NBS1 (NBN) , founder mutations in Russian ovarian cancer patients . Hered Cancer Clin Pract. 2009;7(1):5.
Choi DH, Lee MH, Bale AE, et al. Incidence of BRCA1 and BRCA2 mutations in young Korean breast cancer patients . J Clin Oncol. 2004;22(9):1638-1645.
Suter NM, Ray RM, Hu YW, et al. BRCA1 and BRCA2 mutations in women from Shanghai China. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 2004;13(2):181-189.
Khoo US, Ngan HY, Cheung AN, et al. Mutational analysis of BRCA1 and BRCA2 genes in Chinese ovarian cancer identifies 6 novel germline mutations. Hum Mutat. 2000;16(1):88-89.
黄隽, 唐利立, 胡震, 等. 中国湖南家族性和早发性乳腺癌BRCA1和BRCA2基因突变分析. 中国癌症杂志. 2008;18(8):566-572.
宋传贵, 胡震, 袁文涛, 等. 上海地区早发性乳腺癌 患者BRCA1和BRCA2基因突变分析. 中华医学杂志. 2005;85(43):3030-3034.
吴涛, 欧江华, 哈木拉提·吾甫尔, 等. 新疆遗传性 乳腺癌BRCA1/2基因突变检测的研究. 新疆医科大学学报. 2013;36(10):1442-1446.
Khoo US, Chan KY, Cheung AN, et al. Recurrent BRCA1 and BRCA2 germline mutations in ovarian cancer: a founder mutation of BRCA1 identified in the Chinese population. Hum Mutat. 2002;19(3):307-308.
李文凤, 胡震, 张斌, 等. 中国家族性乳腺癌人群中发现重复出现的BRCA1 1100delAT突变. 中华医学杂志. 2007;87(2):76-80.
Kadouri L, Hubert A, Rotenberg Y, et al. Cancer risks in carriers of the BRCA1/2 Ashkenazi founder mutations . J Med Genet. 2007;44(7):467-471.
Zeegers MP, van Poppel F, Vlietinck R, et al. Founder mutations among the Dutch. Eur J Hum Genet. 2004;12(7):591-600.
Ferla R, Calo V, Cascio S, et al. Founder mutations in BRCA1 and BRCA2 genes. Ann Oncol. 2007;18(Suppl 6):i93-98.
Rashid MU, Zaidi A, Torres D, et al. Prevalence of BRCA1 and BRCA2 mutations in Pakistani breast and ovarian cancer patients. Int J Cancer. 2006;119(12):2832-2839.
原文参见:实用肿瘤杂志. 2016;31(5):405-409.
联系客服