外顯子定序確認CYP26B1及其他低頻率基因變異與食道麟狀上皮癌的發生有相關

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中國醫藥大學 放射腫瘤科 陳尚文醫師

 

食道癌分成麟狀上皮癌及腺癌,麟狀上皮癌的發生與抽菸及酒癮有密切關係,且大多發生於東方人。估計全世界之食道麟狀上皮癌新個案每年約有500,000人次,其中一半為華人,除了後天環境因子(抽菸及酒癮)外,目前已發表之全基因組關聯研究(Genome-wide association study,GWAS)的分析報告中,多數已發現之致癌相關變異基因的次要對偶基因頻率(minor allele frequency,MAF)都大於10%,推算對於預測食道癌發生之勝算比 (odds ratio,OR)約只有1.1至1.5,而且這些變異基因常發現受到抽菸及喝酒的影響,因此過去以全基因體組關聯研究(GWAS)的結果無法完全應用在預測食道麟狀上皮癌的發生。 隨著次世代基因定序 (next-generation sequencing,NGS) 科技的快速發展,遺傳流行病學家開始探討次要對偶基因頻率(MAF)小於1%的罕見變異 (rare variants),或小於5%的低頻率變異(low-frequency variants)對於疾病的影響,當然也可以應用在癌病發生率的預測。

最近中國的一研究團隊使用外顯子定序(exome sequences),針對3714位食道麟狀上皮癌病患及3880名作為控制組的正常成人之研究結果有重大突破(延伸閱讀之參考文獻1)。此團隊首次確認6個嶄新的低頻率變異點與食道癌麟狀上皮癌的發生有密切相關,這些低頻率基因變異點的發生位置分別在於CCHCR1,TCN2,TNXB,LTA,CYP26B1,及FASN(圖1及表1) 。其中位於TCN2,CYP26B1,及FASN 的3個基因變異點所導致食道癌發生之勝算比(OR)超過1.5倍(表1)。值得特別注意的是,研究團隊認為位於CYP26B1的變異點: rs138478634對食道癌癌的發生有最大的影響,勝算比(OR)為1.82。雖rs138478634變異與食道癌病人之後天環境因子(抽菸及喝酒)有關,但如果局限於分析有抽菸及喝酒習慣之生活型態的人,有無rs138478634變異所引發的食道癌發生率之勝算比約為 2.6至2.7。另一方發面,如果只分析已發生rs138478634變異的個體,抽菸及喝酒也會增加食道麟狀上皮癌的發生率(勝算比分別為2.3及3.1)。換言之,rs138478634基因變異所導致之食道癌麟狀上皮癌發生是獨立於後天生活型態的影響(圖2)。

研究團隊進一步使用細胞株找尋rs138478634變異所相關的生物基轉,也搜集病患及正常人之血清檢體進行比對確認結果。他們發現全反式維甲酸(all-trans retinoic acid,atRA)的含量無論在rs138478634-GA的變異細胞株或食道癌病患血清中,都比起無此變異的細胞株或正常個體低(圖3),而且變異基因CYP26B1[A]的過度表現也會增加食道癌麟狀上皮癌細胞株的成長(圖4)。atRA 被認為是一種可以防止腫瘤發生的營養成份,而CYP26B1的變異細胞株或正常個體會增加細胞對atRA的分解代謝,因而導致atRA含量減少,未來仍須透過更多的研究確認 rs138478634-GA 之低頻率基因變異點在食道麟狀上皮腫瘤之癌化過程所扮演的角色。

 

圖1. 食道癌麟狀上皮癌發生相關之基因變異點之 Manhattan 散佈圖。

此研究針對3714食道癌病患及3880名正常成人的研究,發現6個嶄新的與食道癌麟狀上皮癌發生相關之低頻率變異點(星狀之處   ),其預測發生麟狀上皮癌的P值<1.0 x 10-4。此結果是經邏輯迴歸分析(logistic regression analysis) 調整性別、年齡、抽菸、及喝酒對食道癌發生率的影響。

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表1. 六個與食道癌麟狀上皮癌發生相關之低頻率變異點的發生位置、其導致之核酸變化、病患及正常人之次要對偶基因變異頻率(minor allele frequency, MAF)、及預測發生麟狀上皮癌之勝算比 (odds ratio, OR) 。

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圖2. 食道癌麟狀上皮癌化相關之CYP26B1變異點 rs138478634 與後天生活型態 (抽菸及喝酒)的交互作用,rs138478634基因變異所導致之食道癌麟狀上皮癌發生是獨立於抽菸及喝酒的影響。橫軸代表有與無後天環境因子的食道癌發生率之勝算比 (odds ratio, OR)。rs138478634 GG+AA為CYP26B1的低頻率變異型。

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圖3. All-trans retinoic acid(atRA)的含量在有變異CYP26B1[A]較無此變異CYP26B1[G]的細胞株低(3a),有變異(GA) 個體血清的atRA的含量比無此變異(GG)的個體血清低(3b)。綜軸代表液相色譜法-質譜聯用儀 (ultra-performance liquid chromatography–tandem mass spectrometry) 所測量之atRA濃度。

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圖4. 變異CYP26B1[A] 的過度表現會增加食道癌麟狀上皮癌細胞株的成長。

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                                                            KYSE30 細胞株                                               KYSE150 細胞株

 

延伸閱讀

1.Jiang, C, et al. Exome-wide analyses identify low-frequency variant in CYP26B1 and additional coding variants associated with esophageal squamous cell carcinoma. Nat Genet. 2018 Jan 29. doi: 10.1038/s41588-018-0045-8. [Epub ahead of print].

連結 https://doi.org/10.1038/s41588-018-0045-8doi.org/10.1038/s41588-018-0045-8.

2. Wu, C. et al. Joint analysis of three genome-wide association studies of esophageal squamous cell carcinoma in Chinese populations. Nat. Genet. 2014; 46, 1001–1006.

3. Chang, J. et al. Risk prediction of esophageal squamous-cell carcinoma with common genetic variants and lifestyle factors in Chinese population. Carcinogenesis 2013;34, 1782–1786.

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