POLE突變基因突變，居然還能防止癌症複發？

來自牛津大學的研究人員通過研究發現一部分腸癌(BowelCancer)患者的腫瘤中存在著的一種罕見基因突變，與這些患者更好的預后相關——攜帶這類基因突變的患者可能在手術后不需要化療，就能防止腸癌複發。

對癌症進行精準醫療的基礎在於通過生物標記物，將癌症患者分為不同的小群體，並且針對這些群體的特徵進行有針對性的治療。有時候，將癌症患者區分開的生物標記物只在很少的患者身上出現。在這項發布在《柳葉刀－腸胃病與肝病》期刊上的研究中，研究人員所關注的一種基因突變就是在腸癌患者的腫瘤中很少出現的一種基因突變，但是它對患者的預后卻有很重要的意義。

這種基因突變存在於編碼DNA聚合酶ε的POLE基因中，在腸癌患者中只有1～2％的腫瘤中存在這種突變。DNA聚合酶ε的作用是修補DNA複製過程中產生的錯誤。因此，如果在POLE基因中的基因突變影響了DNA聚合酶ε的糾錯功能，攜帶這類突變的腫瘤細胞會因為糾錯功能的下降而積累遠遠超過其它細胞的基因突變。

研究人員發現這些腫瘤中CD8陽性淋巴細胞浸潤明顯增加，細胞毒性T淋巴細胞的特定標記物和釋放的細胞因子的表達量也顯著提高。同時，與其它患者相比，腫瘤中含有POLE基因突變的患者腸癌複發的機率顯著減少。可能的原因是由於腫瘤細胞積累了大量的基因變異，導致產生的蛋白更容易被患者的免疫系統發現，從而受到免疫系統的攻擊。

POLE基因是個什麼

人體大概有2萬多個基因，POLE基因是其中一個。

人類基因組中至少有15種DNA聚合酶,共 同參與基因組的複製與修復。根據基因的同源 性,DNA聚合酶可分為7個家族,分別為:A、B、C、D、X、Y和RT家族。

DNA聚合酶ε(DNA polymerase epsilon,polε)與polα、polδ、polζ同屬於DNA聚合酶B家族。DNA聚合酶ε的催化亞基(catalytic subunit of DNA polymeraseepsilon,POLE)是polε的核心, 具有兩種催化活性,一是以DNA為模板的聚合酶活性,負責DNA新鏈的複製延長;二是核酸外切 酶區的校正活性,負責對錯配鹼基進行識別和修復。其中,校正活性的結構稱為POLE的核酸外切 酶區(exonuclease domain of POLE,POLE-exo*),具有3'→5'核酸外切酶活性,能夠及時識別並切除複製過程中產生的錯誤鹼基。編碼POLE核酸外切酶區的基因突變(exonuclease domain mutations of POLE,POLE-EDMs)將導致校正功能缺失,導致突變的基因在細胞中大量累積。近年來在子 宮內膜樣癌、結腸癌等多種腫瘤中檢測出POLE-EDMs,表現出獨特的分子表型,預后較好,因此 檢測POLE核酸外切酶區是否存在突變有望成為判 斷腫瘤預后的有用指標。

POLE 的複製功能

在真核生物細胞周期的複製叉處,polε、polα和polδ一起負責DNA新鏈複製。複製過程中,polα先與引物酶結合,在DNA模板上分別合成出前導鏈(leading strand)和隨從鏈(lagging strand)RNA引物,並延長出一段DNA短鏈,隨後由polε與polδ分 別負責前導鏈和隨從鏈的延長[6]。DNA聚合酶ε能夠準確地選擇與模板鏈互補的鹼基延長DNA鏈。

POLE 基因的校正功能

細胞複製的準確性稱為細胞複製的保真性。

細胞的高保真複製對機體的各項生命活動至關重 要,能夠維持親代遺傳性狀的穩定遺傳、保證機體正常生長發育、防止腫瘤發生髮展。

DNA聚合酶的校正功能主要依賴於POLE的3'→5'核酸外切酶區域,對複製錯誤單鏈DNA進行校正修復。校正首先依靠聚合酶的識別作用,對 聚合酶活性位點上的鹼基進行識別,發現錯配的 鹼基。然後形成核酸外切酶複合物,使引物的3'末端與模板鏈分離,並從聚合酶活性位點引到核酸 外切酶位點上,移除錯配鹼基后,再將引物末端移回聚合酶活性位點上,繼續DNA的複製過。

Polε缺乏B家族聚合酶的β發卡環結構(β-hairpin loop),此結構是B家族保證高保真複製的重要結構。應用X射線晶體衍射技術,Hogg等[9]對酵母DNA聚合酶ε的三維結構進行觀察,發現在掌樣區中一個能替代β髮夾結構的區域,命名為P區(P domain),使得polε能夠環繞新生的雙鏈DNA,幫助DNA鏈在兩個位點間切換而不脫落,保證了polε複製的高效性和高保真性。

當polε的核酸外切酶區發生突變時,DNA複製 過程中突變率將升高10~100倍[10]。Albertson等應用基因同源重組將突變引入POLE核酸外切酶區, 對比POLE核酸外切酶區純合性突變的小鼠與野生型和雜合性突變小鼠的體細胞突變率,發現POLE POLE 突變在腫瘤發生髮展中的作用黃茜,等純合性突變會導致小鼠基因組體細胞突變增加,使 得小鼠散發性腫瘤發生率增高,主要為小腸腺瘤或腺癌,中位生存年齡遠低於POLE野生型小鼠,而 雜合性POLE突變小鼠與POLE野生型小鼠存活率無差別,說明在小鼠中POLE突變在純合性缺失時 對校正功能的影響最大。

另一項研究認為POLE突變與校正缺失無關。 人類結直腸腺癌最常見的POLE核酸外切酶區突變為P286R突變,酵母中相似的位點為P301R突變(Pol2-P301R),而缺失催化亞基的酵母(pol2-4)其校正功能缺失。Kane等[12]對比P301R突變(Pol2-P301R)和催化亞基缺失的酵母(pol2-4)后,發現Pol2-P301R酵母的突變負荷比pol2-4高50倍。因此認為POLE突變所致的保真度下降與校正功能缺失無關。

POLE基因突變的患者使用PD-1抗體治療

非小細胞肺癌

2016年，權威的學術期刊《Science》發表了紐約長老會和哥倫比亞大學的研究成果：科學家對34位使用PD-1抗體的非小細胞肺癌患者進行全外顯子基因測序，在這些患者中，有兩位患者的POLE基因有問題：一位患者腫瘤明顯縮小，達到PR水平，無進展生存期高達14個月；另外一位患者腫瘤穩定不進展，達到SD的水平，PFS有8個月。最終也發現基因突變數多的患者更容易從PD-1抗體治療中獲益

子宮內膜癌

該患者53歲時被確診為子宮內膜癌，有淋巴血管和肌層侵犯。家族兩個兄弟在55和67歲確診前列腺癌，父親是腦瘤，姨媽在50多歲的時候確診腸癌和淋巴瘤。這位患者的基因大概率會有問題，家人患癌的概率太高了。

患者首先接受了放療，隨後腹膜複發，然後進行了放化療的聯合治療，化療藥物包括多柔比星+紫杉醇+鉑類。兩年之後，腫瘤鎖骨轉移，腹膜和腹部淋巴結腫大，包裹下腔靜脈，很快患者出現了下肢水腫，生活質量受到嚴重的影響。

放療和化療都做了，子宮內膜癌又沒啥子好的靶向葯，咋辦呢？參加臨床試驗吧，國外患者參加臨床試驗的積極性挺高。剛好碰上了默沙東的PD-1抗體的臨床試驗招人，碰碰運氣嘍。

接下來，患者進行了PD-L1檢測，陽性，入組了臨床試驗，使用劑量10mg/kg，2周一次。這個劑量非常「壕」，如果不是臨床試驗，一個月至少得30萬大洋。

奇迹出現了：8周之後，腫瘤明顯縮小，達到部分緩解的水平，持續有效至少14個月（截止文章發表，依然有效）。患者的副作用很小，只有輕微的皮疹、肝功異常和發燒。

因此POLE突變基因是個熱點分子，有望在腫瘤治療中取得傑出的成果！腫瘤患者的個性化治療越來越重要。基因測序給我們帶來巨大的數據，如何根據患者的身體狀況、治療經歷和遺傳歷史等情況制定個性化的治療方案是值得所有人思考的問題。比如這個POLE基因，或許以後還會關係到PD-1治療效果的A-B-C-D-E基因。

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