肾癌的基因表达谱及其临床意义的研究进展

Jul．2012，Vol．18，No．14医学综述2012年7月第18卷第14期MedicalRecapitulate，

肾癌的基因表达谱及其临床意义的研究进展

张守波

中图分类号：R737．11

1，2△

，肖耀军（综述），廖贤平

11，2※

（审校）

（1．广东省总队医院泌尿外科，广州510507；2．河北医科大学，石家庄050001）

文献标识码：A

2084（2012）14-2194-03文章编号：1006-

摘要：基因芯片技术是近年来形成和发展的一项新的分子生物学技术。基因芯片技术能在转录

水平高通量、大规模、平行地处理大量基因信息，尤其是近来全基因组基因芯片技术的出现，使全面、综合分析某些生命现象成为可能。应用基因芯片技术检测肾肿瘤组织获得其基因表达谱，通过对表达谱的分析处理，发现肾肿瘤相关的特征性分子标志物，为肾癌的临床诊断、治疗、预后评估、病理分以及新药开发等方面提供帮助。它的作用越来越巨大，正日益受到人们的重视。型，

关键词：肾癌；肾肿瘤；基因芯片；基因表达谱；原蛋白转化酶

ResearchProgressofGeneExpressionProfilinginRenalCarcinomaandtheClinicalSignificance

22

ZHANGShou-bo1，，XIAOYao-jun1，LIAOXian-ping1，．（1．DepartmentofUrology，ChinesePeople'sArmed

PoliceForcesGuangdongProvincialCorpsHospital，Guangzhou510507，China；2．HebeiMedicalUniversity，Shijiazhuang050001，China）

Abstract：Genemicroarrayisanewmolecularbiologicaltechniquedevelopedinrecentyears，whichcansimultaneouslydealwithlotsofgeneinformationbyhighthroughput，especiallythattheemergenceofge-nome-widegene-chiptechnologyinrecentyearsmakesitpossibletoanalyzesomephenomenonoflifecom-thenthroughtheanalysisprehensively．Theprofileofmeasuredsamplesofrenaltumortissuecanbegained，ofheexpressionprofile，characteristicmolecularmarkersofthediseasecanbediscoveredtohelptheclinicaldiagnosis，treatment，prognosisassessment，pathologicalclassificationandnewmedicinedevelopment，whichdisplaysagrowingfunctiondrawingmoreattentionnowadays．

Keywords：Renalcellcarcinoma；Kidneytumor；Genemicroarray；Geneexpressionprofiling；Pro-proteinconvertase

个样品数千个基因的定量分［3］

析。特异的基因组群往往与肿瘤的特定属性，如侵袭力、肿瘤血管生成及临床预后等方面相关联。基因表达谱还能用于肿瘤病理分类，细分出新的肿瘤亚类，并可与临床预后或药物疗效建立相关联。

2基因表达谱数据分析方法

肾癌又称肾细胞癌，是成人最常见的一种肾实质恶性肿瘤。肾癌仅次于膀胱癌居泌尿系恶性肿瘤的第二位。肾癌的其他病理类型如乳头状肾细胞

［1］

嫌色细胞癌、集合管癌均呈一种下降趋势。研癌、

究更好的早期诊断技术是降低肾癌患者病死率、提高治愈率的关键。分子生物学技术已成为肾癌防治的关键途径之一，大多数肿瘤中抑癌基因和细胞周

其在肾癌中变化期相关基因的表达皆有异常变化，

将有助于肾癌的早期诊断、治疗及预后的评估。应

发展的分用基因表达谱技术研究肾癌组织的发生、

子生物学机制，有助于肾肿瘤的诊治和预后评估。现概述肾癌基因表达谱基因芯片分析技术方法及常用分子标志物的意义和对肾肿瘤分类、治疗和预后评估的意义及研究进展。

1肾癌基因表达谱基因芯片技术概述

肾癌基因表达谱基因芯片技术是一种基于分子水平利用芯片技术分析和筛选肿瘤标志物的新方法。肿瘤的发生和发展是许多基因相互作用和表达改变累积的结果，因此，研究基因表达谱比研究单个

［2］

基因更有利于认识肿瘤发生的分子机制。由于比较基因组杂交、差异显示技术、表达系列分析、基因芯片和人类基因组测序等几种基因表达谱技术的发展，使得人们能够更好地监控和研究导致肿瘤发生

基因芯片技和进展的层叠复杂的分子事件。其中，

术简单易行，不需要大规模DNA测序，能够进行多

基因表达谱分析产生大

需要用统计量的原始数据，

学方法的分析处理，为进一［4］

在进行进一步处理前步研究提取有价值的信息，

须先进行数据标准化处理。该文只简单介绍两种常

［5］

即无监督分析方法和监督分析方法。用计算方法，

前者只处理原始数据，不结合患者的信息，用于基因表达谱具有较多相似性的不同基因簇中，找出不同

是一种无主观偏样品之间基因簇的较细微差异性，

见的分析方法。此法应用实例之一是通过分析基因

表达谱差异用分级聚类法分析鉴别出肾癌的病理亚［6］

型。后者则要结合患者的临床资料，进行数据等分析，鉴别出相关的特异性基因，揭示临床表现和分

为临床具体分组提供参数，比析数据之间的相关性，［7］

如肿瘤复发可能性。

3基因表达谱和染色体异常及原蛋白转化酶家族的关系

分析比较基因表达谱和原蛋白转化酶及其加工成熟的神经肽因子活性表达的差异。肾癌分子水平的分类可以借鉴细胞遗传学研究染色体异常的方法，如运用常规的G带显带技术、小随体分析法和杂合子丢失等方法研究染色体的变异（非整倍性）与各

［8］

种肾癌组织类型的相关性。肾嫌色细胞癌以丢失1、2、6、10、13和17中两个或以上的染色体为特征，使用比较基因组微列阵分析法（comparativegenomicmicroarrayanalysisCGMA）能从芯片数据间接预测染

［9］

色体异常。由于肿瘤细胞染色体的异常导致基因表达谱的异常，所以通过分析基因表达谱可以推测

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染色体的异常。通常用CGMA法处理双色芯片基因

表达谱的数据得到遗传学资料，

人类基因组计划的完成使各种染色体的属性得以通过芯片探针序列体现出来，肾癌的病理类型能根据染色体的变异和表

达谱的特征被诊断。Furge等［9］

用CGMA法处理各种病理类型的肾癌基因表达谱，发现了其染色体改变的特征。用CGMA法还可鉴别出肾癌的病理亚类，不仅与基因表达谱预测的一致，而且与既往文献

对肾癌染色体的异常报道相符［8］

。基因表达谱在每一个标本均能得出两套极有意义并相互补充的数据资料：单个基因表达的价值和潜在的染色体异常的概率。CGMA方法是对标准的细胞遗传学技术的补

充，

有助于验证芯片数据的真实有效性。它的另一种潜在应用是从染色体的活跃区鉴别出可疑的癌基

因或抑癌基因［10］

。神经内分泌肽在体内共有350多种，如生长激素释放激素（growthhormonereleasinghormone，GHRH）、胰岛素样生长因子1、神经肽Y（neuropeptideY，NPY）等。它们都是由其前体（原蛋白）在原蛋白转化酶的作用下加工成熟，才会具有相应的生物活性。原蛋白转化酶系列（PCs）共有9个

成员：furin、

PC1/3、PC2、PC4、PACE4、PC5/6、PC7、SKI-1/S1P和PCSK9。PC1/3和PC2被认为是体内最主要的调节分泌途径的内源性蛋白加工处理酶，它们对神经肽类激素的起着重要作用。在调节

分泌途径中，

许多神经内分泌激素的前体在致密核心小泡内加工成熟，包括促生长素释放激素原（pro-GHRH）、胰岛素原、高血糖素原、阿黑皮素原等。通过文献了解到在某些分化的细胞或组织中有较高的或最高的PC2活性。通过比较实验观察到，在某些成熟的组织中有更多的PC2蛋白表达，在肿瘤细胞或肿瘤组织中观察到有更多的羧肽酶E和前神经肽原-Y蛋白（preproNPY）表达，但是在成熟的组织中未观察到preproNPY的表达［11］

。据文献报道与NS20Y或视网膜神经节细胞5未分化的细胞比较，它的分化细胞表现出proPC2的低表达以及preproNPY的高表达。结果表明成熟组织比肿瘤细胞或组织表现出

更强的PC2/羧肽酶-E介导的前蛋白加工处理能力，结果也表明人工分化的视网膜神经节细胞5或成神

经瘤细胞（NS20Y）不同于其相对正常组织的成熟细胞［11］

。通常情况下，正常肾组织中不存在成熟型GHRH，但Pro-GHRH含量高，而在肾癌组织中却高表达GHRH。研究发现GHRH与包括肾癌在内的全身多种肿瘤的发展、侵袭、转移密切相关，如乳腺癌、卵

巢癌、前列腺癌、胃结肠癌等。GHRH-R高表达在各种癌组织中，体内外针对其靶点的拮抗试验取得良好效

果。胰岛素样生长因子1受体、酪氨酸激酶受体高表

达在许多肿瘤细胞株和部分人类肿瘤组织中，在肿瘤

的形成、

发展和转移的过程中扮演着重要角色［12］

。4基因表达谱指导下分子标志物方法研究肾细胞癌分类

应用分子标志物抗体的特异靶向作用进行组织玻片或包含着数百个病例组织的微列阵免疫组化染色。最近，使用这种方法进行的肿瘤标志物研究有许

多相关报道［13］

。通过基因表达谱发现的与肾透明细

胞癌相关的肿瘤标志物有谷胱甘肽-S-转移酶-α，与肾嫌色细胞癌相关的分子标志物有碳酸酐酶Ⅱ［14］

。大部分新发现的肿瘤标志物与对应的肿瘤组织之间功能与生物学的关系尚不清楚，这反映肿瘤的发生、发展生物机制的复杂性。这些基因功能可能涉及信号转导、代谢途径、免疫原性、血管生成等。将来，通过芯片技术结合临床资料可以更进一步认识“未分类”肾细胞癌并进行再分类。目前的肾癌分类中，有研究者提出依据临床某些特征及基因表达谱，将肾透

明细胞癌分成肿瘤抑制基因阳性和阴性两类［14］

。5在临床预后评估中的重要性

预后评估是非常必要的，对选择更有效的治疗方案非常有利。影响肾癌患者预后的因素主要有：

病理分级，TNM分期，全身情况，各种临床和生化指

标［15］

。在综合以上这些因素后，

基本可以建立完整的预后评估系统［16］

。而且，基因表达谱可能更有助于精确地评估肾癌患者的预后。肾透明细胞癌患者病情发展的情况一般是以病情发展的阶段以及组织病理学方面为基础来做预测的。有1/3术后的患者的肿瘤会发生转移，即使是局部肿瘤的患者也会发生。目前基本没有好方法来治疗这些患者，即使是新的靶治疗在控制病情进展方面的成功率也很低。有些研究使用高流量的基因分析对肾透明细胞癌的

预后进行分析，

这些研究的目的在于对组织中低风险、高风险以及转移性的透明细胞癌的类型进行基

因表达谱的识别鉴定分析［17］。Takahashi等［14］

最早利用基因表达谱研究肾癌的预后，根据基因表达谱筛选出的研究影响5年生存率的特定基因，将肾透明细胞癌分为预后良好和预后不良的两类。结果表明，基因表达谱可以发现不同类型肾癌的侵袭力不尽相同，较单纯病理分期的方式能够更准确地评估临床预后。如果增加病例数并结合临床资料，则研究更有意义。

6在临床治疗方面的重要意义

基因表达谱能用于监控肾癌的治疗并发掘新的治疗方法。存在转移的肾癌对化疗和放疗均不敏感，而免疫治疗通常不作为全身治疗的常规方式。利用基因表达谱可以潜在地识别出可能对免疫治疗

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发生免疫应答反应的基因，可将患者分成应答者和

无应答者两类，

对无应答患者的治疗考虑其他的治疗方案，这样可以减少患者不必要的痛苦。除以上

这些应用之外，

基因表达谱还能为肾癌的治疗提供新靶点。上调的基因可能是癌基因，它是促使癌症形成和发展的关键因素，同时也可能是治疗肾癌的

新靶点。例如，

大部分的肾透明细胞癌组织中高表达血管内皮生长因子，其在肿瘤组织内的血管生成

方面起重要作用［18］

。一项随机的临床研究，用人化的抗血管内皮生长因子单克隆抗体治疗存在转移的

肾透明细胞癌患者，

证明高剂量的免疫抑制调节剂能延缓存在转移的肾透明细胞癌患者的病情，尽管

两者在总体生存率上无差别［19］

。基因表达谱应用于临床有着非常广泛的意义。例如，通过对基因表达谱的分析确定其为恶性程度高时，病灶虽较局限的肾癌患者也应在术后给予更严格的随访，发现存在转移的患者应同时给予系统的放化疗治疗。相反，如果基因表达谱将该肿瘤归类为侵袭力弱的，或许术后可以采纳一种更为宽松的治疗方案。基因芯片技术另一潜在的应用是肾组织活检标本基因表达谱检测，能帮助医师预先确定肿瘤的良恶性和治疗方案并评估预后。随着更多新的先进的影像设备的使

用，

更多性质不确定的小病灶被偶然发现，也给临床提出新的难题［20］

，肾活检就更有必要性了。然而，肾

活检当前临床应用尚受限于其他一些因素，

如担心因标本失败出现假阴性诊断和活检操作带来的并发症（如出血）。当然，基因芯片技术应用于临床研究还有许多需要改进的方面，如怎样提供高质量的RNA样品，以及大量数据如何有效分析处理等。另

外，由于芯片［21］

、样品的个体差异、处理RNA的技术方式及分析数据的统计方法的不同，在基因表达谱的

研究过程中，

也就不可避免地存在着误差。不过相信随着技术的不断进步，这些方面会得到不同程度的弥补或改善。巨大的芯片数据公共贮藏机构，如欧洲生

物信息学研究所的芯片表达谱［22］

和斯坦福芯片数据

库等［23］

的建立，就是人们向这方面努力的证明。7结语

肾癌的基因表达谱对肾肿瘤的临床诊断、治疗和预后评估必将产生越来越大的作用，其应用也会越来越广泛。利用基因表达谱既能鉴别出肾癌的不同病理亚类，又有助于诊断和预后的评估，还能识别出新的肾癌肿瘤标志物；可应用于对现有治疗方法的疗效评估，也可帮助开发新的治疗方法。或许在不久的将来，可能设计出一种包括各种与肾脏相关的分子标志物的全能“肾脏-芯片”，能被广泛地应用于临床诊断、治疗、预

后、药物鉴定和免疫应答等各方面。

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收稿日期：2011-

12-15修回日期：2012-02-29编辑：楼立理［［［［［［［［［［［［［［