次世代序列定序 (NGS)已被廣泛應用於各種疾病的研究,藉由尋找疾病特有的變異特性了解生物機轉改變的原因,進而應用於精準的醫學檢測及個人化醫療的可能性 (以癌症為例,可參考Oncomine 精準醫學在癌症領域的應用)。 台灣團隊 [1]於2016年發表於Journal of Molecular Medicine探討卵巢內的異位性子宮內膜所造成的卵巢癌為例,研究該疾病在台灣患者DNA發生變異的情況及屬於該疾病之個體變異。

前情提要:
卵巢癌被稱為恐怖的隱形殺手,其主因是患者初期不會有明顯的症狀,被確診的時候往往已是晚期且癌細胞已發生轉移,導致致死率極高 (表1)。依照衛福部的統計,卵巢癌在台灣地區103年度之女性十大癌症死亡率排名中的第八名,雖然死亡率相較其他癌症低,但致死率卻是第一名。

表格1. 衛福部女性十大癌症死亡率統計

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卵巢癌種類很多可以分成上皮細胞癌 (Epithelial stromal tumor)、生殖細胞癌 (Germ cell tumor) 、性腺基質癌 (Sex-cord stromal tumor)…等。絕大部份的卵巢癌患者都屬於上皮性卵巢癌 (Epithelial ovarian cancer)[2],而上皮性卵巢癌依組織型態又可細分成漿液性 (serous)、黏液性 (mucinous)、子宮內膜狀 (endometrioid)、亮細胞 (clear cell),少數為布倫內羅氏 (Brenner tumors)、未分化癌 (undifferentiated)、上皮癌與肌肉癌之混合癌 (Carcinosarcoma, Mixed mesodermal tumor)…等。

子宮內膜異位症指的是原生長於子宮腔內的內膜細胞轉移生長於其他器官 圖 1,例如:生長於卵巢內則形成所謂的巧克力囊腫,而生長於子宮肌層則為子宮肌腺症。子宮內膜異位症致病原因至今仍不是很清楚,有許多不同的說法,例如:月經逆流、由血液淋巴系統傳送、自體免疫缺損…等。然而,愈來愈多的研究指出,子宮內膜異位症可能為卵巢癌的前身,也就是患有此症的病人有機會轉變為惡性的卵巢腫瘤。

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圖1:正常子宮內膜細胞生長位置 (子宮),卻生長在子宮以外的位置 (卵巢上)並且發生癌化的情況。

那麼何種情況女性會發生子宮內膜異位症呢?近來研究統計屆臨生育年齡 (reproductive age)的女性人數中約有10-15%人可能罹患子宮內膜異位症,而患此症的所有人中有2-5%為停經後 (postmenopausal)的女性,表示即便停經後也是有機會罹患子宮內膜異位症,以圖2呈現比例關係。

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圖2:誰會得到子宮內膜異位?

 

許多研究指出患有子宮內膜異位症的病人中有5-10%會同時患有卵巢癌,主要屬於子宮內膜狀 (Endometrioid)之卵巢癌及亮細胞 (Clear cell)之卵巢癌。因此文中子宮內膜異位症惡性轉化之卵巢癌 (Endometriosis-Associated Ovarian Cancer)將著重於子宮內膜癌 (Endometrioid carcinoma)及亮細胞癌 (Clear cell carcinoma)相關組織定序分析的結果。

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圖 3. 子宮內膜異位可能為卵巢癌的前身;若子宮內膜異位症細癌化後大部份形成子宮內膜癌或亮細胞癌

 

該團隊使用Ion TorrentTM平台在平均定序深度為1000x的條件下,研究10位台灣卵巢癌病患病理組織 (表格2),觀察409個重要的癌症相關基因在EAOC腫瘤組織中DNA突變的情況,其組織切片共分成四類 圖4:正常的子宮內膜組織 (Normal endometrium)、發生病變的子宮內膜組織 (Ectopic endometriotic lesion)、非典型的子宮內膜組織 (Atypical endometriosis)及癌組織 (Adenocarcinoma),其中非典型字宮內膜組織較發生病變的子宮內膜組織更易於癌化[3]。

表格2. 罹患EAOC之10個台灣人相關資訊

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圖4. EAOC病理切片可以分成四種,分別為Normal endometrium, Ectopic endometriotic lesion, Atypical endometriosis及 Adenocarcinoma.

結果共找出192個突變位置會造成胺基酸的改變,分佈於其中134個癌症相關的基因。這些變異大部份屬於missense mutation進而改變這些基因其蛋白質的功能及特性。(表格 3)

表格3:四種變異會造成胺基酸的改變

Type

Rate

Missense mutation

78%

Nonsense mutation

11.5%

Splice site

6.7%

INDEL

3.8%

 

這134個癌症相關的基因中同時在兩個患者以上其組織同時也會發生變異的只有20個基因 圖 5,其餘皆只由單一患者組織發生變異。接著利用類似基因富集分析 (gene enrichment analysis)的方式來了解這些基因所影響的代謝路徑 (pathway)分別為 圖6:染色絲整修路徑 (Chromatin remodeling pathway):利用修飾方式來控制基因在特定的組織是否被啟動及關閉。PI3K-AKT-mTOR and MAPK pathway:利用調控下游蛋白的磷酸化以調節蛋白質的合成、細胞周期的進展、細胞代謝及轉錄因子,進而控制細胞的生長、增殖、凋亡和自噬。Wnt/β-catenin pathway:此代謝路徑常見於癌症和胚胎發育,和細胞癌化、細胞分裂、細胞分化、細胞遷移、胚胎發育、體軸建立及幹細胞全能性有關。刻痕訊息路徑 (NOTCH signaling pathway):可以促進/抑制癌細胞的形成。DNA repair, Cell cycle control and apoptosis pathway:此代謝路徑主要負責DNA的修復及細胞周期和凋零的控制。ERK/MAPK pathway:主要是負責傳遞調控訊號由細胞表面到細胞核內的DNA。進而了解這些變異點位所影響的基因在EAOC所扮演的生物調控角色。

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圖5:基因發生變異同時在兩個以上的癌症病患中被找到,例如:PIK3CA在10個病患中有6個人發生變異。

 

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圖6:與EAOC相關的基因所影響的代謝路徑

緊接著觀察variant frequency於四種不同的組織間的變化如表格 4,會發現部份基因在愈接近癌化的組織其變異率會逐漸提高,從另一個角度來說發生和癌症相關的變異在組織癌化之前就可以被找到,簡單來說就是可以提前知道病人組織是否有得到癌症的可能性。

近來次世代序列定序技術被應用在不同的病症上,且能夠明確找出DNA上的變異位置而將這些發生變異的位置經過重重的篩選,例如:使用台灣人的族群資料人口等位基因頻率(population allele freq)及參考基因體(reference genome)...等資訊輔助以留下和病症高度關聯的變異,而這些變異所坐落的基因有許多在文獻上被提及和該病症有關,進而在醫療健檢的市面上逐漸發展出許多基因的檢測套組 (有勁基因檢測套組),目地就是可以精準的判定是與疾病的關聯性,未來也可以用來追蹤疾病發展情況,有助於為人類的健康帶來明顯的助益。

表格4:變異頻率在四種不同的病理組織變化情形

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參考資料:

 

  1. Er TK, Su YF, Wu CC, Chen CC, Wang J, Hsieh TH, Herreros-Villanueva M, Chen WT, Chen YT, Liu TC et al: Targeted next-generation sequencing for molecular diagnosis of endometriosis-associated ovarian cancer. J Mol Med (Berl).
  2. American Cancer Society [http://www.cancer.org/cancer/ovariancancer/index]
  3. Fukunaga M, Nomura K, Ishikawa E, Ushigome S: Ovarian atypical endometriosis: its close association with malignant epithelial tumours. Histopathology 1997, 30(3):249-255.

 

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