TMPRSS2:ERG基因融合到跨膜丝氨酸蛋白酶-2

Ets基因最早由美国Frederick的国家癌症研究所分子肿瘤学实验室发现。通过研究禽类逆转录病毒-E26,研究者发现了一系列拥有与E26高度稳定的同源序列的基因,根据E26(E-twenty six)的缩写而将该基因命名为Ets。该基因有30多个家族成员及亚家族成员。其共同特点是含有高度稳定的DNA结合域,能够和特定序列结合,调控靶基因的表达和功能。通过调节细胞的增生、分化、凋亡及上皮一间质间的相互作用,并参与许多生理和病理过程。大量研究发现,Ets在两栖类、鸟类及哺乳动物的发育和肿瘤的侵袭转移中发挥重要的调控作用。已有研究发现,Ets家族成员及亚家族成员在不同的组织和不同发育期的表达与肿瘤的发生密切相关。Ets1的表达与胰腺癌、乳腺癌、甲状腺癌、子宫内膜癌、口腔鳞癌、胃癌、肝细胞性肝癌(HCC)的发生转移有显著的相关性。

转录因子ELF3能够调节鳞状上皮细胞分化相关基因的表达,在食管癌、肺癌和宫颈上皮癌的发生中起重要作用。ELF4过表达可引起A549细胞系失去对裸鼠的致瘤性。ELF4可以抑制肿瘤中血管生成及MMP-2、MMP-9的表达水平。ELF5在肿瘤中表现为等位基因的缺失或重排,有可能参与肺癌、乳腺癌、前列腺癌的发生。

在前列腺癌中存在跨膜丝氨酸蛋白酶-2(TMPRSS2)与Ets相关基因(Ets related-gene,ERG)、Ets变异体基因(Ets variant,ETV)1、4、5基因形成的融合基因,以TMPRSS2:ERG的发生率最高。截至目前,共检测到20多种TMPRSS2:ERG转录产物,编码9种蛋白质。缺失是融合的主要机制。融合基因有助于前列腺癌的诊断并指导临床用药,且融合亚型、拷贝数及转录亚型均与疾病的预后相关。因此,除了血清PSA、Gleason评分外,TMPRSS2:ERG融合基因有望成为另一个预后因子。

Xueying等研究前列腺癌患者的循环癌细胞(CTC)中TMPRSS2:ERG融合基因的存在及其与肿瘤转移之间的潜在关系,利用巢式逆转录聚合酶链反应(RT-PCR),在27例前列腺切除术中得到的前列腺癌活检标本中检测TMPRSS2:ERG和TMPRSS2:ETV1转录子出现的频率,在15名晚期雄激素非依赖患者的循环癌细胞中检测TMPRSS2:ERG转录子出现的频率。利用荧光原位杂交技术(FISH)分析10例CTC样本(取自15个CTC样本),发现了TMPRSS2:ERG融合的ERG基因组截短情况。然而在44%的样本中发现了TMPRSS2:ERG转录子,但是没有检测到TMPRSS2:ETV1转录子的表达。FISH分析结果显示,在10例CTC样本的6例中发现染色体重组影响了ERG基因,包括1例在原癌位置上发生了TMPRSS2:ERG融合。可是,在15例CTC样本中没有检测到TMPRSS2:ERG转录子,包括用FISH检测的10例。虽然需要进一步研究来确认TMPRSS2:ERG融合与前列腺癌转移之间的关系,但是通过FISH分析ERG基因组截短是一种有效的监测CTC的出现和前列腺癌潜在转移的方法。

毛易捷等在前列腺癌诊断中检测尿液TMPRSS2:ERG融合体是建立在前列腺按摩后尿液TMPRSS2基因和Ets转录因子家族成员ERG融合体的检测方法。有人在前列腺癌早期诊断中采用荧光定量PCR的方法检测前列腺癌患者(95例)及前列腺良性增生患者(137例)前列腺按摩后尿液TMPRSS2基因与ERG基因融合的转录体和PSA mRNA的表达量,两者比值采用2-△Ct方法计算,分析融合基因相对表达量在癌症组和增生组的差别以及与前列腺癌组织Gleason分级、临床分期等之间的关系。在95例前列腺癌患者按摩后尿液标本中,检测到TMPRSS2:ERG融合基因67例(70.5%);137例前列腺良性增生尿液沉渣标本中检测到26例TMPRSS2:ERG融合基因型(18.9%);融合基因在前列腺癌组与前列腺增生组的表达量无显著统计学差异(P=0.079),尿TMPRSS2:ERG/PSAmRNA比值诊断PCa的ROC曲线下面积(AUC)为0.772(95%CI:0.708~0.837),以TMPRSS2:ERG/PSA mRNA比值3×10-5为截短值时,其敏感度和特异度为71.3%和81.2%,不同Gleason评分组之间融合基因阳性率有统计学差异(P<0.01),不同临床分期的阳性率也有统计学差异(P=0.031)。研究表明,建立前列腺癌按摩后尿液沉渣细胞中TMPRSS2:ERG融合基因的检测方法,可作为辅助诊断的方法,以减少穿刺活检的漏检率,有望为前列腺癌的发病机制研究提供新的思路。

戴美洁等研究了前列腺癌组织中TMPRSS2基因与Ets家族基因的多种融合亚型及其意义,了解前列腺癌组织标本中TMPRSS2基因与Ets转录因子家族成员ERG、ETV1及ETV4基因之间的融合情况及意义,并采用RT-PCR琼脂糖凝胶电泳法检测32例前列腺癌患者及34例前列腺良性增生患者前列腺组织中TMPRSS2基因与Ets家族基因融合的TMPRSS2:ERG、TMPRSS2:ETV1、TMPRSS2:ETV4转录体。琼脂糖凝胶电泳阳性者,纯化PCR产物进行直接测序,用BLAST在线软件对其确定融合位点,分析融合基因与Gleason分级关系。结果表明,在32例前列腺癌组织标本中,检测到TMPRSS2:ERG融合基因17例(53.1%),含5种不同融合基因亚型,其中1种为新发现融合基因亚型(GenBank登录号:EU090248),单一标本中可检测到1种以上TMPRSS2:ERG融合基因亚型;检测到TMPRSS2:ETV1融合基因2例(6.3%),为新发现融合基因亚型(GenBank登录号:EU090249);未检到TMPRSS2:ETV4融合基因型。34例前列腺良性增生组织标本中均未检测到TMPRSS2:ERG、TMPRSS2:ETV1和TMPRSS2:ETV4融合基因型。按Gleason评分值分为中分化与低分化的两组前列腺癌组织标本之间融合基因阳性率差异无统计学意义(P=0.169),得出了前列腺癌组织中存在TMPRSS2:ERG和TMPRSS2:ETV1融合基因及多种亚型。前列腺癌融合基因的发现有望为前列腺癌的发病机制研究提供新的思路。FitzGerald等近期的研究发现,前列腺癌中出现TMPRSS2:ERG融合基因与前列腺癌的强浸润性、复发以及死亡有着重要的关系。

这种联系可以提供一种假设,即这个融合基因可以作为判断前列腺癌预后的一个指标。对两大人群中的214名前列腺癌患者用FISH方法检测TMPRSS2:ERG融合基因,该FISH方法可以检测出两种融合型(缺失和易位)和融合基因的拷贝数(单拷贝和多拷贝)。同时采用种系DNA的方法对127个病例中的4个ERG和1个TMPRSS2的单核苷酸多态性的基因型进行了检测。对214名肿瘤患者的TMPRSS2:ERG融合基因进行计数,其中64.5%阴性,35.5%阳性。结果发现有融合基因的前列腺癌患者的生存率并未降低,且用易位和缺失进行分层分析或在保持融合基因拷贝数同等时,患者的生存率之间也无显著性差别,但是有该融合基因多拷贝数的肿瘤患者其生存率明显下降。同时还发现TMPRSS2基因的rs12329760位点的T等位基因变异与TMPRSS2:ERG融合中的易位融合和多拷贝数之间存在明显的正相关。研究表明,如果结果具有重复性,其结果显示的数据将为研究TMPRSS2:ERG融合基因产生的机制提供一定的依据,并为分析哪一类人群将发展成转移性前列腺癌提供一定的诊断依据。因属于Ets转录因子家族,在很多肿瘤中高表达,与肿瘤的血管生成、转移、浸润、抑制凋亡有关,ERG基因在前列腺癌中主要受TMPRSS2:ERG融合基因的调节。近一半以上的前列腺癌病例表达TMPRSS2:ERG融合基因,其中ERG基因可能是前列腺癌的重要标志物,它的检测有助于前列腺癌的诊断和治疗方法的选择。TMPRSS2:ERG融合基因的存在还会影响前列腺癌患者的预后。ERG基因的生物学特征、作用机制、TMPRSS2:ERG的融合机制以及ERG基因与前列腺癌的诊断、治疗和预后有密切关系。美国密歇根大学医学院Chinnaiyan等发现,前列腺癌细胞内数个基因重排对前列腺癌的发生和发展有重要作用。研究人员发现了两个新融合基因(TMPRSS2:ERG和TMPRSS2:ETV1),这两个基因是由TMPRSS2基因与ERG基因或ETV1基因融合生成的,ETV1基因和ERG基因是前列腺癌的重要致癌基因,TMPRSS2基因与前列腺特异相关。

Tomlins等人用生物信息去研究和检索在前列腺癌中的基因比正常组织中的表达频度高。他们的癌症表型特征分析瞄准在加快和确定医学遗传基因的表型和表达特征的偏差与其绝对误差。这个研究主要集中在已知引起癌症的基因并可明确的基因编码的Ets转录因子、ERG、ETV1、ETV2、ETV4、ETV5这些常见的表型。对基因表达提高得很多的这一观点作者们是有争议的。转录因子表达的增长除变异外是低量的生成已经被证实和确定。

Tomlins等人接着调查了ERG合成是否在雄激素的控制下含有基因融合杂交的细胞中进行,在2 000个基因的细胞中,ERG在细胞内的表达伴有融合杂交的数目比受雄激素的控制下细胞多,只有1个基因对过量的雄激素可提高ERG在细胞内有融合杂交的表达,7个基因对过量的雄激素没有作用。尽管如此,人们注意到了雄激素可提高这两种细胞的PSA的表达,同时注意到了许多(估计有57%)前列腺癌的病例有Ets基因的过量表达,大于90%的过量表达是由于ERG或ETV1基因与TMPRSS2融合引起的。雄激素增加的作用因此解释成通过雄激素受体介导产生转录因子的表达,从分子生物学角度同样可解释应用剥夺雄激素的作用来进行治疗。

这些重要发现已经在多组试验中得到肯定,并进行了推广。

Elfving等人确认,TMPRSS2:ERG融合是很常见的。但他们没有检测到TMPRSS2与ETV1的融合,这些差异可能与样本量、地区性或方法学不一样等原因有关。

Cerveira等人也检测了TMPRSS2:ERG融合情况,在34例前列腺癌中发现有17例(50%),但没有ETV1的融合,这些发现提示TMPRSS2与ETV1的融合是很少见的。他们研究了19例标本有先兆性损伤的高分化的前列腺内皮瘤(HGPIN),14例良性前列腺增生和11例形态正常的前列腺。在19例HGPIN标本中发现4例(21%)有TMPRSS2:ERG融合,在对照标本中没有发现,在42%肿瘤标本中发现有染色体数目的改变,但在HGPIN标本中没发现,作者推测基因融合是染色体缺失的早期表现。在这两种患者中,在HGPIN损伤中可检测到基因的融合转录,但在没有癌存在的同一前列腺中没有检出有基因的融合转录,这一发现说明,可能是癌症的多中心发展,伴有或不伴有发生Ets路径导致的。

Perner等人对TMPRSS2:ERG融合的过程特征进行了比较细致的研究,他们证实,在118例原发性前列腺癌中49.2%有TMPRSS2:ERG融合,41.2%有未进行激素治疗的淋巴结转移(hormone naive lymph node metastases)。另外,用荧光原位杂交定位法在开始有融合的前列腺癌病例中有60.3%(58例有35例)检测到有染色体的缺失,在42.9%(7例有3例)的TMPRSS2:ERG融合的病例有未进行激素治疗的淋巴结转移,这些缺陷都与前列腺癌的进展有关。

在异体移植研究中,Hermans等人将11种不同分级的不同异体前列腺癌移植到裸鼠上,所有5例雄激素依赖性的标本主要显示出TMPRSS2:ERG融合转录的过量表达。在4例雄激素非依赖性且受体阴性的异体移植物中有3例也观察到有融合基因(但未有表达出)。作者提示,TMPRSS2和Ets基因融合在很多雄激素调控的前列腺癌中起关键作用,但在病程的晚期基因融合中不起作用。Ilijin等人报道了在19例进展性的癌标本中有7例TMPRSS2:ERG融合,其中有1例有Et4因子(另一种Ets蛋白家族成员)的基因编码的融合。ERG的表达是与WNT(一种分子信号传递途径)水平的增加和细胞凋亡的调节减少有关。这两种作用都与癌基因有关,是在雄激素调控下促使基因融合的产生。

在研究转录的偏差而引起人前列腺TMPRSS2:ERG之间基因融合中,Clark等人总结了14种不同的杂交转录特征,从TMPRSS2和ERG基因中每一个都包含有不同的序列和组合。转录包括两个正常全段ERG蛋白的引物编码,6个N末端截去顶端的ERG蛋白和1个嵌合体蛋白编码,只有一个蛋白质产物含有ERG的DNA结合部位。有趣的是,杂交转录的特征图是从个体前列腺癌标本个别独立的区域发现的,这个发现提示,在不同的部位可引起单独的基因融合。

Laxman等人对可能诊断TMPRSS2:ERG之间基因融合相关方面进行了初步的开创性研究,他们使用PCR分析对前列腺按摩后尿中ERG和TMPRSS2:ERG基因融合的表达,在19名患者中有8人(42%)可检测出这两种转录基因,这些令人鼓舞的结果可以支持大量的研究,虽然更深入的研究需要确保检测出这两种亚型的转录。

总的说来,结果提示ERG(以及相关的转录基因)的表达在解释许多前列腺癌的增殖和流行病学机制中是非常关键的,至少与ARS有关。更多的工作是需要建立能预测和诊断各种融合的产物,这些结果也可大量用于研究其他类型的癌症。

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