分化型甲狀腺癌及其失分化機制的研究進展△

上官琳玨，趙春雷

杭州市腫瘤醫院/杭州市第一人民醫院集團核醫學科，杭州310002

分化型甲狀腺癌（differentiated thyroid cancer，DTC）起源于甲狀腺濾泡細胞，包括乳頭狀甲狀腺癌（papillary thyroid carcinoma，PTC）和濾泡性甲狀腺癌（follicular thyroid carcinoma，FTC）兩種。DTC的發生可能與促分裂原活化的蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）信號通路異常激活、雙鏈復合蛋白8（paired box 8，PAX8）/過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）基因重排、其他的基因突變或擴增有關[1]。多數DTC患者接受傳統的“手術+131I治療+促甲狀腺激素（thyroid stimulating hormone，TSH）抑制劑”系統治療模式后，預后良好，無病生存期較長。但仍有2%～5%的DTC患者的腫瘤細胞在治療過程中或自然病程中逐漸失去分化表型，出現攝碘能力喪失、侵襲性增強等失分化現象，臨床上通常稱之為放射性碘難治型DTC（radioactive iodine refractory DTC，RAIR-DTC）[2]。與DTC患者相比，RAIR-DTC患者的生存時間更短，預后更差。在基因族譜上，RAIR-DTC和DTC患者有一定的重疊性，通常具有相同的驅動基因，然而出現失分化的DTC患者往往具有更高的變異負荷[3]，表明在DTC的進展過程中，可能出現新的基因突變。在分子水平探尋腫瘤的發生發展和演化機制是目前甲狀腺癌研究領域的重點之一。本文就目前DTC中常見的基因突變類型、與腫瘤進展相關的基因突變、與腫瘤進展相關的信號通路以及失分化過程中相關正常基因的異常表達情況進行綜述。

1 DTC常見基因突變

1.1 鼠類肉瘤病毒癌基因同源物 B1基因突變

鼠類肉瘤病毒癌基因同源物B1（v-raf murine sarcoma viral oncogene homolog B1，BRAF）基因突變僅見于PTC患者中，約占PTC中所有突變類型的60%[4]。BRAF基因位于染色體7q34，可編碼絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，該激酶位于MAPK信號通路的入口處，可調節細胞的生長和增殖過程[5]。BRAF基因最常見的突變是第600位密碼子對應的纈氨酸突變為谷氨酸（V600E），BRAFV600E不依靠上游信號因子即可激活MAPK通路，導致該通路的過度活躍，促進細胞增殖分裂，導致腫瘤的形成，屬于早期致瘤突變。此外，BRAFV600E還可上調轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）的表達。TGF-β可抑制PAX8mRNA的表達，同時抑制PAX8與鈉碘轉運體（sodium-iodide symporter，NIS）啟動子的結合，抑制NIS的表達，導致患者攝取放射性碘的能力降低。研究發現，在BRAF突變的PTC患者中，NIS及甲狀腺過氧化物酶（thyroid peroxidase，TPO）的表達水平明顯降低，且更易出現淋巴結轉移，復發風險較高[6]。研究表明，在發生肺轉移的DTC患者中，BRAF突變組患者肺轉移灶的不攝碘率高達84.2%，而在BRAF野生組患者中僅為5.6%[7]。但美國甲狀腺協會（American Thyroid Association，ATA）2015版指南中并沒有推薦BRAF突變用于首次術后腫瘤復發風險的評估，該指南認為，單獨的BRAF突變不改變患者復發風險分層，僅當BRAF突變與其他突變如端粒酶逆轉錄酶（telomerase reverse transcriptase，TERT）啟動子突變、磷脂酰肌醇-3-激酶催化亞單位α（phosphatidylinositol-4，5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha，PIK3CA）突變、腫瘤蛋白p53（tumor protein p53，TP53）突變等并存時，可能預示著預后不良[8]。

1.2 RET/PTC基因重排

RET/PTC基因重排是PTC中僅次于BRAF突變的常見基因突變類型，屬于腫瘤早期的突變事件。根據重排位置的不同，目前共已知16種RET/PTC基因，其中以RET/PTC1和RET/PTC3最為常見[9]。有研究指出，RET/PTC基因重排與電離輻射的暴露密切相關，輻射誘導的PTC通常起源于基因重排、激活的RET激酶或神經酪氨酸激酶受體（neurotrophic tyrosine kinase receptor，NTRK）編碼的受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，TRK），且以基因重排更為多見[10]。RET/PTC基因重排的機制是由于參與重排的基因空間位置鄰近，當輻射引起DNA損傷后更容易發生基因重組，導致腫瘤基因融合的發生率很高[11]。1986年切爾諾貝利核電站爆炸事件發生后，事故影響到的碘缺乏地區兒童的PTC患病率急劇上升，其中80%的患兒存在RET/PTC基因重排，且以RET/PTC3基因重排最為明顯[12]，類似的發病趨勢也在廣島和長崎原子彈爆炸后受到輻射的幸存者及因頭頸部惡性腫瘤接受外照射放療的患者中觀察到[13-14]。RET/PTC基因重排患者的平均年齡較小，易出現局部淋巴結受累等侵襲性特征，但經過系統治療后通常預后較好[4]。RET/PTC基因重排在低分化甲狀腺癌（poorly differentiated thyroid cancer，PDTC）中少見，且尚未發現甲狀腺未分化癌（anaplastic thyroid cancer，ATC）中存在RET/PTC基因重排[15]。由此推測，RET/PTC基因重排可能不是促進腫瘤細胞失分化的因素。

1.3 RAS基因突變

RAS基因包括H-RAS、K-RAS、N-RAS三種亞型，其編碼產物為p21蛋白。p21可與鳥苷二磷酸（guanosine diphosphate，GDP）、鳥苷三磷酸（guanosine triphosphate，GTP）結合，具有GTP酶活性，并受GTP酶激活蛋白（GTPase-activating protein，GAP）的調控，參與調控細胞生長和分化過程。RAS基因位于MAPK和磷脂酰肌醇-3-羥激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB，又稱 AKT）/雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）信號通路的上游，RAS突變后可異常激活MAPK和PI3K/AKT/MTOR信號通路，導致細胞異常增殖，從而促使腫瘤的發生，屬于早期致癌突變。RAS突變常見于FTC或濾泡型乳頭狀甲狀腺癌（follicularvariantpapillary thyroid cancer，FVPTC），容易出現血管侵犯卻很少侵犯局部淋巴結，可保留與碘轉運和碘代謝相關基因的表達，通常保留了較強的攝取碘的能力，對131I治療反應良好[13]。研究表明，RAS突變與腫瘤的侵襲性、遠處轉移和預后相關，推測RAS突變可能在促進腫瘤的進展中發揮作用[16-17]。

1.4 PAX8/PPARγ基因重排

PAX8屬于特異性轉錄因子，可調控促甲狀腺激 素受體（thyroid stimulating hormone receptor，TSHR）、甲狀腺球蛋白（thyroglobulin，TG）、TPO及NIS等甲狀腺特異蛋白的表達。過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）屬于類固醇-甲狀腺-維甲酸受體超家族，其中PPARγ對甲狀腺細胞的生長、增殖和分化過程具有重要作用。PAX8/PPARγ基因重排是由于t（2；3）（q13；p25）染色體異位所致，屬于早期突變，常見于FTC及FVPTC患者，且以前者更為多見。PAX8/PPARγ基因重排可導致PAX8基因與PPARγ基因發生融合，使PAX8-PPARγ融合蛋白表達水平升高。PAX8-PPARγ融合蛋白屬于腫瘤蛋白，可明顯抑制PPARγ與其反應元件的結合，促使甲狀腺細胞的異常增殖分化，誘發腫瘤[18]。此外，PAX8-PPARγ融合蛋白還可以通過下調PAX8的表達，減少其與NIS上游增強子的結合，從而抑制NIS的表達，降低攝碘能力。研究表明，在ATC和失分化的DTC患者中，PAX8的表達水平明顯降低[19]。Mu等[20]將PAX8基因轉染至甲狀腺癌細胞后，檢測結果顯示，NIS、TPO、TG等蛋白表達水平升高，為RAIR-DTC的基因治療帶來了可能。

1.5 NTRK融合基因

NTRK基因包括NTRK1、NTRK2和NTRK3等3種基因型，分別負責編碼TRKA、TRKB、TRKC蛋白。神經營養因子與TRK蛋白結合后可激活下游PI3K/AKT/MTOR和MAPK信號通路。NTRK融合基因可異常活化信號通路并促進腫瘤的發生。僅5%甲狀腺癌患者存在NTRK融合基因的表達，包括NTRK1和NTRK3基因，NTRK1基因可與原肌球蛋白3（tropomyosin 3，TPM3）、TPR或TGF基因融合；NTRK3基因主要與ETV6基因融合，與其他基因融合的情況較為少見[21-22]。約15%輻射誘導的PTC患者中存在ETV6-NTRK3的表達，是輻射誘導的PTC患者中另一種常見的基因突變[23]。研究顯示，NTRK融合基因與RET/PTC基因重排在淋巴結轉移等侵襲性特征上具有相似性[21]，與具有RET/PTC基因重排的PTC患者相比，存在NTRK1融合基因的PTC患者的侵襲性更大，預后更差[24]。

1.6 間變性淋巴瘤激酶融合基因

間變性淋巴瘤激酶（anaplastic lymphoma kinase，ALK）基因位于人染色體2p23，可編碼TRK。ALK基因可通過基因易位與其他基因形成融合基因，與BRAFV600E相互排斥[25]。ALK基因易位在PTC患者中較為少見，研究顯示，1%～5%的PTC患者中存在ALK基因易位，其中ALK與紋蛋白（striatin，STRN）基因形成的融合基因最為常見[25-26]。STRN-ALK融合基因可導致ALK激酶結構域發生改變，促使甲狀腺細胞過度增殖，從而誘發腫瘤[26]。部分輻射誘導的PTC患者存在棘皮動物微管相關蛋白樣 4（echinoderm microtubule associated protein like 4，EML4）-ALK融合基因，該融合基因在非小細胞肺癌患者中更為常見[27]。研究顯示，ALK融合基因可能與腫瘤腺外侵犯及淋巴結轉移等侵襲性特征相關，可促進DTC細胞失分化和疾病進展[26,28-29]。但也有研究指出，ALK融合基因與腫瘤的侵襲性無關[25]。目前，已有研究使用ALK靶向藥物如克唑替尼，治療ALK陽性甲狀腺癌患者[28]。

1.7 ARAP 3基因突變

ARAP3基因位于第5號染色體，其編碼的ARAP3蛋白是一個多結構域蛋白質，屬于ARAP超蛋白家族。研究指出，ARAP3基因與腸道腫瘤的發生發展密切相關[30]。Wang等[31]發現，下調ARAP3基因的表達可以明顯抑制PTC細胞增殖、集落形成、遷移和侵襲過程，表明ARAP3基因可能在PTC的發生發展中發揮重要作用。目前關于ARAP3基因在PTC中的具體作用機制尚不明確，未來是否可以作為PTC靶向治療的潛在靶點，尚需要進一步的探索驗證。

2 與DTC疾病進展相關的基因突變

2.1 TERT啟動子突變

TERT是端粒酶不可缺少的催化亞單位之一，可限制端粒酶的活性。正常人體組織中端粒酶的活性處于抑制狀態，TERT啟動子突變可增強端粒酶活性，從而促進細胞異常增殖，在腫瘤發生中發揮重要作用[32-33]。TERT啟動子突變常見于C288T和C250T兩個位點，在多種惡性腫瘤包括FTC及部分PTC中均可見。研究顯示，在20%～50%的PDTC及30%～75%的ATC患者中存在TERT啟動子突變，突變率遠高于PTC及FTC患者[8,34]。由于TERT啟動子突變通常與其他突變，特別是BRAF突變同時存在，因此，TERT啟動子突變本身并非促進腫瘤形成的驅動突變，而是在促進腫瘤進展過程中發揮作用，屬于腫瘤的后期變異事件[35-36]。目前，暫無證據表明頸部放射線接觸史及環境碘攝取量與TERT啟動子突變有關[36-37]。在一項對66例遠處轉移的DTC患者的隨訪研究中發現，TERT啟動子突變與遠處轉移病灶的不攝碘現象密切相關，所有存在TERT啟動子突變的患者在隨訪終點均可進展為RAIR-DTC[38]。雖然TERT啟動子突變影響甲狀腺細胞的攝碘機制尚不明確，但該突變仍可以作為預測DTC對放射性碘治療效果的分子標志物[39]。

2.2 TP53基因突變

TP53位于染色體17q31，是一個廣譜的抑癌基因，其編碼產物為p53蛋白，在監控細胞周期G1期DNA損傷、抑制細胞過度增殖、維持細胞正常生長、抑制惡性細胞增殖的過程中發揮重要作用。TP53基因突變好發于外顯子，其功能失活多由異常編碼的蛋白質導致，少部分是由于基因本身缺失而導致的功能失活[3]。TP53的功能失活僅見于PDTC（約25%）和ATC（50%～80%）患者[40-41]。研究發現，在DTC和ATC并存的同一病灶中，p53蛋白異常表達僅可見于ATC病灶部分[42]。研究顯示，TP53突變可導致BRAF突變的PTC患者向ATC進展[43-44]，表明TP53突變不是腫瘤的驅動突變，而在腫瘤的進展階段出現，可促進腫瘤惡性進展，屬于腫瘤后期突變事件。多項研究顯示，TP53的功能失活是腫瘤進展過程中的最后一步，是評估惡性腫瘤患者預后的分子標志物之一[3,40,45]。

3 與DTC進展相關信號通路的異常激活

3.1 PI 3K/AKT/MTOR信號通路異常激活

PI3K/AKT/MTOR信號通路在細胞生長、增殖過程中發揮重要作用。多種細胞生長因子與其相應的受體結合均可以激活PI3K/AKT/MTOR信號通路，MTOR是PI3K/AKT信號通路下游的效應分子，信號通路的異常激活可以影響MTOR的下游靶點，減弱對細胞生長及細胞周期的調節作用，約70%的惡性腫瘤細胞中MTOR蛋白表達水平較高。磷酸酶及張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）基因和PIK3CA基因是該通路中的關鍵節點，在甲狀腺癌的發生發展過程中發揮重要作用[41,46]。PI3K/AKT信號通路異常激活多與PTEN功能缺失、PIK3CA突變、AKT突變、PIK3CA拷貝數增加等有關，在PDTC及ATC患者中更常見，極少見于分化良好的DTC患者中，表明PI3K/AKT信號通路的異常激活可能與DTC失分化有關。此外，在PI3K基因的介導下，胰島素樣生長因子1（insulin like growth factor 1，IGF1）可抑制NISmRNA的轉錄過程，減少甲狀腺濾泡細胞對碘的攝取，從而導致腫瘤對放射性碘治療不敏感。

3.2 WNT/β-catenin信號通路異常激活

WNT基因調控的WNT通路是動植物體內高度保守的信號轉導通路，主要調控細胞增殖與分化。WNT信號通路可分為經典型通路（WNT/βcatenin通路）和非經典型通路（WNT/平面細胞極性或WNT/Ca2+通路）。腫瘤細胞中存在異常活化的WNT信號通路，通路中β-catenin突變、APC突變、Axin突變及WNT本身突變均可使該通路異常活化，導致細胞內β-catenin的累積。β-catenin進入細胞核后可與TCF/LEF家族結合，激活下游靶基因（如cyclin D1等），從而促進腫瘤細胞的分化和增殖過程[47]。同時，研究指出，DTC的失分化可能與WNT/β-catenin信號通路的異常激活有關。βcatenin在ATC細胞核中的檢出率明顯高于DTC[48]，由此推測異常激活的WNT/β-catenin信號通路可能與DTC的失分化有關。

4 DTC失分化過程中正常基因的異常表達

4.1 血管內皮細胞生長因子基因異常表達

血管內皮細胞生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是一種血管內皮細胞特異性絲裂原，能特異性促進內皮細胞的分化和增殖，該蛋白家族包括 VEGFA、VEGFB、VEGFC、VEGFD和VEGFE等成員。血管內皮細胞生長因子受體（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）具有酪氨酸激酶活性，其中VEGFR1和VEGFR2主要參與血管生成，VEGFR3主要參與淋巴管的生成。與正常的甲狀腺濾泡細胞相比，甲狀腺癌細胞能分泌更高水平的VEGF等營養性因子作用于周圍毛細血管內皮細胞以維持其正常功能。TSH也能刺激甲狀腺癌細胞分泌VEGF[49]。VEGF水平升高與甲狀腺癌的侵襲性密切相關[50-53]。RAIR-DTC的惡性程度較高，其腫瘤細胞中VEGF的表達水平較高，可促進血管內皮細胞的增殖，促進新生血管生成。在RAIR-DTC的患者中腫瘤血管系統的紊亂可能導致VEGFR活性增加，繼而引起PI3K/AKT/MTOR和MAPK信號轉導通路的激活，促進腫瘤的進展[7,54-55]。研究表明，使用可以抑制VEGFR1、VEGFR2、VEGFR3及其他激酶的多激酶抑制劑如索拉非尼和樂伐替尼，可以抑制腫瘤新生血管生成，延長患者的無進展生存期[56-57]。

4.2 NIS基因異常表達

NIS的表達是甲狀腺濾泡細胞攝碘的生理基礎，DTC病灶能夠攝碘是由于腫瘤細胞保留了NIS的表達及功能。在DTC的進展過程中，NIS表達下調及功能障礙導致病灶失去攝碘能力，是DTC患者失分化的原因之一。既往采用維甲酸及PPARγ激動劑等治療RAIR-DTC，促進NIS功能的恢復，但療效并不理想且不良反應嚴重，目前已不常用。近期研究發現，通過使用抑制RAF激酶和MAPK激酶的靶向藥物阻斷信號傳導通路中的某些靶點，可以恢復NIS的表達及功能，使部分不攝碘的病灶重新恢復攝碘能力[58]。在應用MAPK激酶抑制劑司美替尼或BRAF抑制劑達拉非尼治療放射性碘治療無效的甲狀腺癌遠處轉移患者的研究中，多數遠處轉移灶恢復了充分的攝碘能力，達到了明顯的碘治療效果[59-60]。

4.3 葡萄糖轉運體基因異常表達

葡萄糖轉運體（glucose transporter，GLUT）是哺乳動物體內轉運葡萄糖跨細胞膜進入細胞的最重要的載體，是一組與細胞正常生理代謝密切相關的膜蛋白。目前GLUT蛋白家族已確認的有13個成員，根據其互補DNA（complementary DNA，cDNA）克隆先后順序分別命名為GLUT1～13。在許多病理情況下GLUT可出現異常表達，在甲狀腺癌組織中，GLUT1、GLUT4、GLUT10mRNA表達水平較高，尤其以GLUT1mRNA表達水平的升高最為明顯。GLUT1的表達水平與腫瘤的增殖狀態及惡性程度呈正相關，GLUT1mRNA表達水平較高的患者往往預后不良。上調RAIR-DTC患者GLUT1mRNA的表達，患者攝取18F-氟代脫氧葡萄糖（18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG）能力增強，在18F-FDG正電子發射斷層顯像（positron emission tomography，PET）/計算機斷層掃描（CT）顯像中往往顯示為葡萄糖高代謝灶，這是18F-FDG PET/CT用于失分化甲狀腺癌診斷的分子生物學基礎。

5 小結與展望

DTC的發生發展與多個基因的協同作用相關，DTC失分化是目前甲狀腺癌治療中的重點及難點，從基因層面探索DTC失分化過程中的異常表現，有助于更好地探討DTC失分化的原因及演化過程。檢測DTC分子標志物，能更好地在患者的診療過程中提供指導并及時調整個體化治療方案，如分子靶向治療合適的介入時機等。但DTC失分化的具體機制尚需進一步闡明，針對相關基因靶點的檢測手段及治療策略仍在進一步的探索之中。