融合基因： 是致癌魔鬼還是治癌天使？

基因是遺傳信息的基本單位，它攜帶著構(gòu)建、維護(hù)以及修復(fù)生物體的必備信息，同時也支持著生命的基本構(gòu)造和性能，儲存著生命的種族、血型、孕育、生長、凋亡等過程的全部信息，決定生命健康的內(nèi)在因素。因此暢銷書《基因傳》作者、腫瘤專家和知名科普作家悉達(dá)多·穆吉克將其稱為“眾生之源”。

幾天前，《自然·通訊》雜志刊載了一篇關(guān)于融合基因的最新研究。研究人員利用CRISPR基因編輯技術(shù)，揭示了能夠?qū)Π┘?xì)胞生長起到至關(guān)重要作用的融合基因類型，并且發(fā)現(xiàn)了一種新的融合基因，可為包括腦癌和卵巢癌在內(nèi)的多種癌癥提供新的藥物靶點(diǎn)。融合基因，既是導(dǎo)致腫瘤的“魔鬼”，也能成為靶向治療癌癥的天使。

由染色體易位、缺失等原因?qū)е?/strong>

作為中科院昆明動物研究所腫瘤生物學(xué)學(xué)科組負(fù)責(zé)人，為乳腺癌等腫瘤發(fā)現(xiàn)多個候選靶標(biāo)的陳策實(shí)研究員在接受科技日報記者采訪時表示，人類基因組中約有2萬多個不同的編碼基因，正常情況下，它們會各自有條不紊地執(zhí)行不同的功能。但人們發(fā)現(xiàn)，在腫瘤發(fā)生時，往往伴隨著基因組水平的斷裂和重新拼接。當(dāng)兩個或多個基因的編碼區(qū)斷裂，并與別的基因連接，則有可能形成位于同一套調(diào)控序列之下的新基因片段，這就是融合基因。一般由染色體易位、缺失等原因所致，通常情況下，它們會導(dǎo)致序列或者功能異常表達(dá)產(chǎn)物即融合蛋白的產(chǎn)生。

早在2009年，美國密西根大學(xué)綜合性癌癥研究中心推出了當(dāng)時比較新的一種基因檢測技術(shù)，當(dāng)將染色體放在一起時基因便能發(fā)生融合。這種融合被認(rèn)為是導(dǎo)致某些癌癥形成的機(jī)制。他們在《自然》雜志上發(fā)表的研究認(rèn)為，這種基因融合的發(fā)現(xiàn)有可能成為診斷癌癥的標(biāo)記或者作為今后藥物作用的靶點(diǎn)。研究人員還在前列腺癌細(xì)胞中鑒別了數(shù)個融合蛋白，而且，這些融合物只見于癌細(xì)胞。

到目前為止，人們已經(jīng)鎖定了大約2萬個融合基因，但是它們在癌癥發(fā)展中的確切功能和作用，人們?nèi)灾跎?。因此，區(qū)分融合基因是否對癌癥存活有影響，具有重要的臨床意義。

腫瘤產(chǎn)生，或因基因組重排作祟

在很早以前，科學(xué)家們就觀察到了細(xì)胞“動力工廠”線粒體的變化在癌癥生長中的作用。2018年《自然》雜志發(fā)表了哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的一項重要成果，兩個相鄰基因的融合會導(dǎo)致線粒體過度激活，增加幫助細(xì)胞生長的“燃料”數(shù)量，從而導(dǎo)致癌癥。研究人員還發(fā)現(xiàn)，靶向這種新發(fā)現(xiàn)癌癥途徑的藥物可以阻止腫瘤生長，并在人類癌細(xì)胞和存在腦癌的小鼠中得到了證實(shí)。

陳策實(shí)認(rèn)為，引起基因融合的基因重排類型主要包括平衡和非平衡重排。平衡重排是癌癥中最常見基因融合方式，重排后染色體組的總量沒有增減，只是結(jié)構(gòu)稍有變化；另外非平衡重排指基因重排后染色體組的總量發(fā)生了改變，由基因缺失、重復(fù)等因素造成。

“引起基因融合的基因組重排，一是可能會導(dǎo)致原有基因過量表達(dá)，二是可能導(dǎo)致嵌合基因形成引起具有新功能的蛋白產(chǎn)生，這些異常通常在癌癥發(fā)生的早期階段發(fā)揮重要作用?！标惒邔?shí)以導(dǎo)致急性淋巴細(xì)胞白血病的BCR-ABL1融合癌基因為例介紹道，22號染色體長臂與9號染色體發(fā)生易位形成新的染色體，致使相關(guān)基因重排，這種重排方式將BCR基因的5’端的部分基因和ABL1基因的3’端的部分序列連接在一起，形成一個新的融合蛋白BCR-ABL1，該蛋白具有很強(qiáng)的酪氨酸激酶活性，具有強(qiáng)促癌功能。基于此，人們開發(fā)出靶向藥物格列衛(wèi)，針對的就是該融合蛋白。

最新研究中，哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)中心及其合作者分析了來自43種不同癌癥類型的1000多種人類癌細(xì)胞系中的8000多種融合基因。他們發(fā)現(xiàn)，90％的融合基因在癌癥中并不起重要作用，但當(dāng)從病人腫瘤的基因組重排推斷癌癥的原因時，“這些結(jié)果應(yīng)該被考慮”。

現(xiàn)有檢測方法優(yōu)劣并存

融合基因通常是將兩個或多個基因的編碼區(qū)首尾相連，構(gòu)成嵌合基因。根據(jù)構(gòu)成，既有對功能基因進(jìn)行示蹤、研究其功能及特性的功能性融合，也有利用信號肽或單體序列攜帶目的基因高效表達(dá)，從而提取純化目的蛋白的融合；還有增強(qiáng)基因功能、擴(kuò)大基因應(yīng)用范圍的融合等。

正因為融合基因的發(fā)現(xiàn)，有可能成為診斷癌癥的標(biāo)記或者藥物的靶點(diǎn)，因此融合基因檢測對癌癥臨床診療及預(yù)后都具有實(shí)際意義，可以指導(dǎo)臨床醫(yī)生制定科學(xué)的治療方案，避免發(fā)生治療不足或過度。

陳策實(shí)介紹，基因融合檢測的金標(biāo)準(zhǔn)是熒光原位雜交（FISH），這種方法可以檢測目標(biāo)基因在染色體中的定位，從而判斷是否有基因異位的發(fā)生，但實(shí)驗操作復(fù)雜、技術(shù)要求較高；其次，免疫組化（IHC）也是常用的檢測方法之一，是利用特異性抗體檢測目的蛋白表達(dá)水平的方法，能夠顯示靶標(biāo)蛋白是否表達(dá)，以及表達(dá)量是否有改變，缺點(diǎn)是通常無法直接檢測融合基因，對結(jié)果的判讀主觀性較強(qiáng)；第三個方法是反轉(zhuǎn)錄PCR（RT-PCR），優(yōu)點(diǎn)是可操作性強(qiáng)，設(shè)計出針對已知融合基因的PCR引物，能簡便快速地進(jìn)行檢測和判斷。這三種技術(shù)只適用于腫瘤組織樣本，限制了應(yīng)用的拓展，因為很多晚期癌癥患者無法進(jìn)行手術(shù)取樣，因此無法使用這些檢測技術(shù)檢測融合基因的狀態(tài)。

但高通量測序（NGS）和微滴式數(shù)字PCR技術(shù)（ddPCR）不同，它不僅可以檢測組織樣本中的融合基因，還適用于非創(chuàng)傷手段獲取的樣本如血漿等樣本，進(jìn)行腫瘤融合基因的檢測；NGS還可以一次檢測多種基因、多種融合變體，發(fā)現(xiàn)未知變異，但實(shí)驗操作和數(shù)據(jù)分析都很耗時，對樣本的要求較高；ddPCR是對檢測樣本采用微滴化處理后進(jìn)行PCR擴(kuò)增，從而對少量樣本進(jìn)行多個基因位點(diǎn)的檢測，缺點(diǎn)是無法對未知的融合基因進(jìn)行檢測。

陳策實(shí)認(rèn)為，這些融合基因的檢測方式各有優(yōu)劣，往往需要結(jié)合多種檢測方式，進(jìn)行綜合判斷。