人类疾病和基因组研究.ppt

1、恶性肿瘤研究,人类疾病和基因组研究,郑 树浙江大学医学院附属第二医院浙江大学肿瘤研究所,1,问题的提出,Cancer Epidemiology,Risk Factors,Targets,Tobacco,Obesity,Familial,Xenobiotics,Diet,Chronic Inflammation,Alcohol,Asbestos,UV Radiation,Hormones,Viral,Lung,Breast,Prostate,Ovarian,Uterine Cervix,Bladder-Kidney,Skin,Brain,Bone,Colorectal,Hematologic,P

2、ancreas,Liver,H&N,Stomach,Esophagus,Ion.Radiation,Adapted from ISPO,Cancer Epidemiology,Environment,Host,Tobacco,Obesity,Familial,Xenobiotics,Diet,Chronic Inflammation,Alcohol,Asbestos,UV Radiation,Hormones,Viral,Lung,Breast,Prostate,Ovarian,Uterine Cervix,Bladder-Kidney,Skin,Brain,Bone,Colorectal,H

3、ematologic,Pancreas,Liver,H&N,Stomach,Esophagus,Ion.Radiation,Gene-Environment Interaction,Adapted from ISPO,2006年全国部分市县前十位疾病死亡专率及死亡原因构成(合计),中国卫生部,2007年卫生统计提要,2002年,全球癌症发病1090万 死亡670万 现患 2460万结直肠癌发病102.3万 死亡52.9万 现患280 万（WHO,2002）,全球癌症排位,发病排位：肺癌、乳腺癌、结直肠癌、胃癌死亡排位：肺癌、胃癌、肝癌、结直肠癌现患排位：乳腺癌、结直肠癌、前列腺癌、胃癌(WHO

4、 2002),全世界新发病人：1090万/年(1010)（2002年）现患者：2460万(2240)我国新发病人：200万/年（2000年）现患者：250万 死亡人：150万/年（2000年）城市：肺、胃、肝、肠、乳腺 农村：胃、肝、肺、食管、肠,肿瘤流行病状况,天津市20年肿瘤谱变化,前10位男 性：肺癌、肝癌、食管癌、大肠癌、膀胱癌、胰腺癌、脑瘤、淋巴瘤、肾癌女 性：肺癌、乳腺癌、大肠癌、胃癌、肝癌、食管癌、卵巢癌、宫颈癌、胰腺癌、脑瘤,上 升 癌:,前10位男 性：总 112.72%上升:肾癌、肺癌、大肠癌、脑瘤女 性：总 49.28%上升:胰腺癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌,发病率增加原因,

5、人口增加及老龄化 男性：10.5%；女性：13.9%危险因素变化男性：8.6%；女性：3.8%主要可能因素:吸烟,肥胖,体力活动 估计遗传性大肠癌（HNPCC及FAP）约510%,Age-Standardized Incidence Rates,Liver,Stomach,Age-Standardized Incidence Rates,Lung,Cervix,Annual Age-adjusted Cancer Incidence Rate Among Males and females(US 1975-2003),发病率上升最快的肿瘤之一 占全部肿瘤死亡的28%CA Cancer J Cl

6、in 2000;50:7 中国肿瘤 2000；9:435,肺 癌,肺癌的发生率和死亡率,全国肿瘤登记中心（30个肿瘤登记处）资料：发病率和死亡率在大多数地区占第一位 城市:男性第一位、女性第四位 大多数地区肺癌死亡/发病比的比例都接近1 中国肿瘤 2006;15:430 中国肿瘤 2006;15:570,化学预防,一级预防(1/3),二级预防(1/3),三级预防(1/3),预防复发生第二癌,避免接触,预防致癌物形成,阻断交互作用,早期诊断,治疗,致癌物,前致癌物,终致癌物,启动细胞,癌前病变,恶性肿瘤形成,临床癌扩散,起始阶段(几十年),促进(十几年),癌变(几年/1-2年),进展期(几月),

7、癌前,癌变,诊断&治疗,病因,多因素，多步骤,(一),防治策略,初筛,精筛（筛诊）,全体：30-40岁人群,FOB+数量化评估模型,高危人群,大肠癌,肠镜,HBV+AFP,肝癌,B超、CT,EB,鼻咽癌,鼻咽镜,体检+数量化评估模型,乳腺癌,B超、钼靶,拉网,食管癌,食道镜,碘染HPV巴氏涂片,子宫颈癌,阴道镜,“前移”对策,干预阻断于：癌前病变，,早期癌变阶段,肿瘤防治战略前移,基础向临床的转化性研究,(一),70年代我国大肠癌高发地区分布状况,红色区域为高发地区,美国结直肠癌死亡率下降,死亡率下降,5年生存率上升,1975-2006年美国9地区标化死亡率和5年生存率变化情况 数据来自SEE

8、R,发病率下降,CRC Survival&Grading,5ys 63.4%TNM Grading：（T1-2N0M0）93.2%A（T3N0M0）84.7%B（T4N0M0）72.2%A（T1-2N1M0）83.4%B（T3-4N1M0）64.1%C（TanyN2M0）44.3%（TanyNanyM1）8.1%,CRC发病与死亡下降可能原因,生活方式的改变疗效更好的新药物结直肠癌筛查 2006年 美国50-75岁人群中已有60.8%至少参加过一次筛查,2.大肠癌发生途径,正常粘膜上皮,增生/息肉,腺 瘤,早期癌,5-10 年,筛查和干预,进展癌,2-5 年,发病率,死亡率,1.中国发病率持续

9、上升,3.各病期分布均匀并决定疗效,优化的筛检方案,（1）初筛（高危人群）:40 岁，符合下列4项中的1项或以上:(1)免疫法FOBT(+)(2)一级亲属大肠癌史(3)本人肠息肉或癌肿史(4)有以下6项中2项或以上:u 慢性腹泻;u 慢性便秘;u 粘液血便;u 慢性阑尾炎;u 精神刺激史;慢性胆道疾病史（2）复筛（肠镜）：肠镜（+）：诊治 肠镜（-）：上述1项（+）每2-3 年复筛 上述 2 项或以上（+）隔1 年复筛,基于社区的结直肠癌筛查方案的比较和评价研究研究人群和社区：1、社区和人群：,研究内容,哈尔滨南岗区 筛查区：保健办事处，69479人(原定55万)对照区：哈西办事处，67551

10、人上海市徐汇区 筛查区：虹桥等社区，58834人(原定55万)对照区：汇站等社区，33957人杭州市下城区 筛查区：武林和天水街道，106698人(原定1010万)对照区：朝晖和文晖街道，93833人,2、筛检对象：户籍在筛查区 4074岁所有个体。,地区 目标人群数*完成问卷人数 完成FOB检查人数 高危人群例数（4074岁）（）（）（阳性率，）杭州 32348 16860(52.12)13214（40.85）2412（14.31%）上海 31433 10766(34.25)8480人(26.98)964(8.96)哈尔滨 14000 7817(56.21)7817（56.21）1354(1

11、7.32)合 计 77781 35443(45.6)29511(38.0)4730(13.3)29511/35443(83.3),初筛顺应性,筛查顺应性小结,未参加初筛:7778135443=42338（包括人户分离20%）问卷顺应性45.6%，FOB顺应性为38%若将问卷调查为初筛人群:问卷顺应性为100%(35443/35443)FOB检查顺应性为83.3%(29511/35443),初筛阳性:,=高危人群:13.3%(4730/35443)问卷阳性及/或FOB阳性,项目 癌（）腺瘤（）溃结（）息肉（）合计(%)FOB阳性 15（53.6）59（27.7）0 61（30.8）135（30）

12、问卷阳性 6（21.4）139（65.3）7（63.6）122（61.6）274（60.9）双阳性 7（25）15（7.0）4（36.4）15（7.6）41（9.1）合计 28（100）213（100）11（100）198（100）450（100）,杭州、上海、哈尔滨三地区癌及癌前病变结果,FOB阴性:癌+癌前病变：61%(274/450),FOB阴性:癌：21%（6/28）问卷调查发现较多癌前病变,问卷有助防治前移策略,中国结直肠癌筛查早诊的特点,采用问卷调查表和FOBT结合形式结直肠癌筛查 问卷调查表在发现腺瘤和息肉病变 嘉善2007-2009年筛查 调查表阳性者2050例，检出肠癌12例

13、，腺瘤176例，息肉322例 仅调查表阳性者1776例，检出腺瘤癌变1例，腺瘤138例，息肉259例,72.72%,27.27%,Stage:5 cases(25%),Stage II:11 cases(55%)Stage:4 cases(20%),Staging Unknown：2 cases,9.39%,7.07%,23.34%,31.31%,66.67%,62.63%,CRA,polyp,2009筛查技术指标,海宁嘉善示范基地的筛查顺应性比大城市高一倍多,?疾病发病率,死亡率下降-随访,地区 肠镜人数/癌例数 癌检出率 癌前病 癌及癌前病变 应检人数（）（1/10万）变例数 检出率（）杭

14、州 967/241222 2275.07 232 26.27（40.09）上海 300/9644 1333.3 57 20.33（31.12）哈尔滨 383/13542 522.19 133 35.24（28.29）合计 1650/4730 28 1700.0 422 27.27(34.88),肠镜检查顺应性及检查结果,癌前病变包括：腺瘤、非腺瘤性息肉、慢性溃疡性结肠炎,Challenge,The Colonoscopy compliance only 34.88%(1650/4730)The detect rate:27.27%(450/1650)The colonoscopy negati

15、ve Population,?,Fig.1.Major genetic alterations associated with colorectal tumorigenesis.,PNAS March 18,2008 vol.105 no.11 42834288,Sian Jones etal,机制 Tumorigenesis.,乳腺癌个体化辅助治疗,Tumor pT1-3 低复发风险(18)pN0/pN1mi(31)伴不良因素*,不良因素:脉管浸润 核分裂像多 组织学分级高,Adj Endo,Adj Endo+/-Adj Chx,Adj Endo+Adj Chx,预测化疗敏感性,同样组织学表

16、型、同样临床特征的患者给予同样的方案化疗，转归截然不同 WHY?,The Recent Conception:4P Medicine Strategic Vision,Predictive 预测 Personalized 个体化 Pre-emptive(Preventive)预防 Participatory 参与Fundamental cause of cancer at earliest molecular stage(NIH)Cancer prevention and therapy force forward(China),2,肿瘤生物标志物基础,第一阶段：上世纪50年代 肿瘤为多因素、

17、多步骤、多阶段，致癌、促癌、演进的过程第二阶段：50-70年代 细胞生物学第三阶段：70年代中期 分子生物学、基因工程、蛋白工程、细胞工程,肿瘤生物学发展一百年,高通量技术平台,系统生物学理念,生物信息学分析手段,肿瘤发生发展病因与发病机制,系统生物学的理念和纳米技术的手段,第四阶段,Breast Cancer Evolution,Tracy Vargo-Gogola&Jeffrey M.Rosen(2007)Nature Reviews Cancer 7,659-672,ADH,DCIS,IBC,Metastasis,Normal,癌症是复杂的系统疾病,From Nature Review

18、Cancer,时间上:同一类细胞从正常到肿瘤的转化过程中 肿瘤细胞在不同的发展阶段 空间上:细胞之间:不同细胞的相互作用 肿瘤细胞与基质细胞的相互作用 分子之间：表观遗传学、基因组，转录组，蛋白质组，代谢组等之间的相互作用 时间上与空间上的相互作用 极其复杂的动态网络系统,癌症是复杂的系统疾病,量化所有生物分子成分的方法来阐明生物分子间的相互作用、调控网络 预测生物的各种生理及病理行为的学科,不再是单个或少数几个基因，蛋白或细胞，强调整合的信息和网络调控的概念,系统生物学,L Hood,et al.Science,2004;306:640-643Systems Biology and New

19、Technologies Enable Predictive and Preventative Medicine.,不同生物学维度,基因组,发现生物标标记物,转录,蛋白组,表观基因组,细胞水平,代谢水平,交叉学科，前沿领域。,高山峰代表突变频率高基因山峰（mountains)，是癌症发生发展的驱动者（driver),矮山峰代表突变频率低的基因小丘(hills),对11例人结直肠癌和11例乳腺癌基因组的景观分析,分析了20,857 转录子（18,191 基因）：结直肠癌：PI3K 生物途径，四个常见突变基因（APC、KRAS、TP53、PIK3CA），两个蛋白相互作用网络(CDS1和PKNOX1

20、)。乳腺癌：NFB生物途径，四个常见突变基因（TP53、PIK3CA、ATP8B1、AIM1），两个蛋白相互作用网络(PRODH 和ERCC6),P53,P53,PI3K,PI3K,Wood,et al.Science Vol.318.pp.1108-1113,2007,标志物发现,大肠癌（红色）；乳腺癌（蓝色）；数字代表病例数,标志物发现,Wood,et al.Science Vol.318.pp.1108-1113,2007,每一种肿瘤具有独特组合的突变基因280个基因涉及约15个通路（Pathway）约9%基因突变，大部分为Passenger 少数为driver4.Pathway而不是单

21、个基因是个体化治疗的基础,Wood,et al.Science Vol.318.pp.1108-1113,2007,验证和证明阶段已成为标志物开发的瓶颈。,Rifai N,Gillette MA,Carr SA:,2006,24(8):971-983.,3,肿瘤标志物的发现及验证研究 基因组学在结直肠癌研究的应用,Clinical Information,Shen XX,male,66y Bleeding stool for 3 months Negative family cancer historyPathology:(G):upper rectum,size 3 X 4cm(M):mod

22、erately differentiated adenocarcinoma,invading to serosal membraneStaging:Grade II B,Mountains are Driver,Hills are Passenger,The genomic landscapes of human breast and colorectal cancers,P53,P53,PI3K,PI3K,Wood,et al.Science Vol.318.pp.1108-1113,2007,Timothy.J.Ley;et al.Nature 456,6,2008,2,502,465,2

23、26 aligned sequences,1,456 new coding non-synonymous SNVMix variants(Binomial mixture model),Removal of pseudogene and HLA sequences,1,178 new coding non-synonymous SNVMix variants,437 positions as non-synonymous coding variants,Re-sequence of the tumour DNAand normal lymphocyte DNA,405 new germline

24、 alleles,32 as non-synonymouscoding somatic point mutations,Population frequency of the somatic mutation positions for PALB2,ERBB2,USP28,CDC6,CHD3,HAUS3 SP1,KIAA1468 and DLG4 in a further 192 breast cancers,Examination of somatic non-synonymous codingsequence mutations present at diagnosis 9 years e

25、arlier,The information transferred from the nucleargenome to proteins,alternative splicing,biased allelic expression,RNA editing,3,122 candidate edits in 1,637 gene loci,526 non-synonymous changes,232 synonymous changes,75 editing events in 12 gene loci from the lobular metastasis(Sanger sequencing)

26、,Two genes,COG3 and SRP9,showedconfirmed high frequency non-synonymous transcript editing,resulting in variant protein sequences,验证和证明阶段已成为标志物开发的瓶颈。,Rifai N,Gillette MA,Carr SA:,2006,24(8):971-983.,希望解决的临床困惑,肿瘤的异质性 vs 个体化医疗 个体化辅助治疗的选择生物分子靶向治疗 分子生物标记物预后分析,4,I 期 T1-T2早期远处扩散术后18年局部复发术前化疗肿块消失,一年后扩散带瘤“长期

27、”生存乳癌生物特性“捉摸不定”内因：激素相关、遗传等外因:.,交叉作用,髓样癌,粘液癌,临床要求,警预 预测预后:转移 复发 浸润 治疗选择:个体化综合治疗 分子靶向治疗 生存率.,预测化疗敏感性,同样组织学表型、同样临床特征的患者给予同样的方案化疗，转归截然不同 WHY?,相同的病理诊断 临床表型相同的治疗,不同的效果及预后,Clinic Problems,挑战,机遇,Genomics strategiesIndividualized/Personalized medicineMulti-discipline treatment,Genomics Classification&Staging

28、,Surgery,Radiation,Chemotherapy,Immunotherapy,Biological Therapy,MolecularTargeted Therapy,Palliative Therapy,恶性肿瘤是一种全身性疾病，需要多学科参与的综合治疗！,肿瘤分子分型的重要性,筛选高危患者进行治疗，减少“陪练”预测化疗敏感性 选择有效患者进行靶向治疗，节约治疗费用 筛选出不适合的患者，避免致命的毒副反应,希望解决的临床困惑,肿瘤的异质性 vs 个体化医疗 个体化辅助治疗的选择生物分子靶向治疗 分子生物标记物预后分析,4,手术,化疗（辅助）,放疗,分子靶向治疗,生物治疗,免疫治

29、疗,IV,局部治疗,?,全身治疗,大肠癌分期与生存情况,5年生存率63.4%TNM分期:期（T1-2N0M0）93.2%A期（T3N0M0）84.7%B期（T4N0M0）72.2%A期（T1-2N1(1-3)M0）83.4%B期（T3-4N1M0）64.1%C期（TanyN2(4)M0）44.3%期（TanyNanyM1）8.1%,期（Dukes B）：需个体化考虑 清扫的淋巴结数目（12个）T4（侵犯其他器官或穿破脏层腹膜）术前穿孔或/和肠梗阻 淋巴管/血管侵润 分化差*患者强烈要求*需考虑其他合并症和预期寿命,不良因素,临床表型危险因素,分子表型危险因素,乳腺癌个体化辅助治疗,Tumor

30、pT1-3 低复发风险(18)pN0/pN1mi(31)伴不良因素*,不良因素:脉管浸润 核分裂像多 组织学分级高,Adj Endo,Adj Endo+/-Adj Chx,Adj Endo+Adj Chx,乳腺癌预防性手术治疗,乳癌高危人群：一、BRAC1、BRAC2突变或缺失者:50-85%乳癌 BRAC1突变 1/500，BRAC2突变 1/800 Ashkeuaz Jewish 1/40二、局部放疗 小叶癌或不典型增生 内分泌因素,Brac1及/或Brac2突变妇女：I 7例预防性双乳切除，随访3.01.5年II 63例，随访2.91.4年 II组中8例发生乳癌，p=0.003。预防性切

31、除可降低3年随访乳癌发生。,荷兰：Meijers-Heijboer 等,BRCA1突变与化疗,BRCA1突变AT方案9/15例 PR/CR非AT方案(MF,MFP,AC,FAC)29/29例 PR/CRBRCA1无突变AT方案12/12例 PR/CR,Byrski,et al.Breast Cancer Treat 2007,April,乳癌：基因表达谱与激活通路及个体化治疗,早期乳癌964例辅助化疗（试验组573例，验证组391例）临床病理模型分为：A 低危组：激活通路（Src、Myc、-catenin）B 中危组：激活通路（TNF、Src、Ras、-catenin）C 高危组：激活通路（I

32、GS、WH、CIH、Myc）生存期：A C 19个月B C 16个月,P0.01-0.04,Archarya,et al.JAMA 2008(13),希望解决的临床困惑,肿瘤的异质性 vs 个体化医疗 个体化辅助治疗的选择生物分子靶向治疗 分子生物标记物预后分析,4,肿瘤分子靶向药物的分类,单克隆抗体,小分子化合物,单靶点酪氨酸激酶抑制剂,多靶点酪氨酸激酶抑制剂,利妥昔、曲妥珠、西妥昔c225、贝伐单抗Avastin,伊马替尼Gleeve、吉非替尼Irressa、厄洛替尼Tarceva,索拉非尼、范得他尼、Sutent、拉帕替尼,小分子TKI(络氨酸激酶抑制剂),分子靶向药物与化疗药物合用增加

33、化疗效果,不是每个患者都用得起！不是每个患者都这样幸运，获得显著疗效！,全身化疗联合分子靶向药物治疗（结肠癌肝转移：mFOLFOX6 C-225）,WT,FOLFIRI+C-225FOLFIRI,59%43%,FOLFOX+C-225FOLFOX,61%37%,7.7mth.7.2mth.,MT,FOLFIRI+C-225FOLFIRI,36%40%,7.6mth.8.1mth.,FOLFOX+C-225FOLFOX,33%5.5mth.49%8.6mth.,9.9mth.8.7mth.,CRYSTAL study&OPUS study,Significance in total survival with different genotypes,c-kit gene mutation Gleeve,EGFR mutation Ireese,Ras gene mutationC-225,A