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第六届中国肿瘤学术大会暨第九届海峡两岸肿瘤学术会议 上海中国， 2010 年 5 月 21-23 日 肿瘤基础及流行病研究专题 光大 2 楼宴会厅

第六届中国肿瘤学术大会暨第九届海峡两岸肿瘤学术会议 上海中国， 2010 年 5 月 21-23 日 肿瘤基础及流行病研究专题 光大 2 楼宴会厅 DNA 修复变异在肺癌预后及生存预测中的作用研究 魏庆义 美国 M.D. 安德森肿瘤中心流行病学系教授. 分子流行病学定义.  seeks to identify human cancer risk and carcinogenic mechanisms to improve cancer prevention strategies

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第六届中国肿瘤学术大会暨第九届海峡两岸肿瘤学术会议 上海中国， 2010 年 5 月 21-23 日 肿瘤基础及流行病研究专题 光大 2 楼宴会厅

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Presentation Transcript

  1. 第六届中国肿瘤学术大会暨第九届海峡两岸肿瘤学术会议第六届中国肿瘤学术大会暨第九届海峡两岸肿瘤学术会议 上海中国，2010年5月21-23日 肿瘤基础及流行病研究专题 光大2 楼宴会厅 DNA 修复变异在肺癌预后及生存预测中的作用研究 魏庆义 美国M.D. 安德森肿瘤中心流行病学系教授

  2. 分子流行病学定义 seeks to identify human cancer risk and carcinogenic mechanisms to improve cancer prevention strategies  is multi-disciplinary and translational, going from the bench to the field and back  uses biomarkers and state-of-art technologies to gain mechanistic information from epidemiological studies 1986 ? 疾病 暴露 外暴露 内暴露 生物效应 疾病发生 疾病发展

  3. 分子流行病学 seeks to identify human cancer risk and carcinogenic mechanisms to improve cancer prevention strategies  is multi-disciplinary and translational, going from the bench to the field and back  uses biomarkers and state-of-art technologies to gain mechanistic information from epidemiological studies 2010 ? 暴露 疾病 基因组学 表达组学 表观遗传组学 蛋白质组学 代谢组学/代谢物组学

  4. 吸烟与癌症 快照: 人数 (百万) 美国人口 300.0 吸烟者 46.5 每年癌症新病例 1.3 肺癌新病例 0.5 头颈部新病例 0.04 遗传因素一定在起作用 ! ACS, 2009

  5. 癌症死亡病因分类 出生前和生长因素5% 其他 7% 免疫力5% 吸烟 30% 遗传因素 5% 成人饮食和肥胖症 30% 酗酒 5% 电离射线暴露 3% 活动过少 5% 病毒感染 5% Harvard School of Public Health, 1998

  6. 基因表达变化： BAX, Fas, Bcl2 PIG3 表达水平增加： p21WAF1, MDM2, cyclin G, and GADD45 • 结合转录-复制修复因子： • TFIIH (XPB, XPD) • p62 结合p53 • PCNA (p21WAF1 and GADD45) DNA损伤与修复反应通路 复制依赖性凋亡 DNA 损伤 凋亡 细胞周期 停顿 肿瘤 发生 p53 蛋白 蓄积 DNA 修复 复制非依赖性凋亡 Modified from Harris, 1994

  7. DNA修复表型与肺癌发病分险

  8. DNA剪接 修复通路 参与基因: XPA XPC ERCC1 ERCC2 / XPD ERCC3 / XPB XPE / DDB1 ERCC4 / XPF ERCC5 / XPG ERCC6 / CSB ERCC8 / CSA http://genome.ucsc.edu

  9. Benzo[a]pyrene O MFO BPDE HO OH DNA 加成物 烟雾 剪接修复小体 POL/, ligase PCNA, RFC RPA 正常DNA 连接 烟草致癌物诱导DNA损伤的剪接修复 磷32后标记试验 ERCC1 XPA XPB/ERCC3 XPC XPD/ERCC2 XPE/DDB1/2 XPE/ERCC4 XPG/ERCC5 NER Core Proteins 宿主细胞转染试验 Neumann et al., Mol Carcino, 2005

  10. pCMVcat pCMVluc BamH I EcoR I Pvu I Ap Ap Xbal I Bgl II 5000 bp 4863 bp Enh Enh Xbal I cat Luc EcoR I P P Hind III Nar I Bgl II 基于基因重组转染质粒的宿主细胞重活表达的 DNA修复实验方法 BPDE BPDE 绿霉素酰基转移酶载体 荧光蛋白酶载体

  11. DNA修复实验方法的质粒转染效率 贴壁细胞： 100%； 悬浮细胞： 70% Cheng et al., BioTechniques, 1997

  12. 宿主细胞DNA修复功能低下与肺癌高风险有关 宿主细胞转染试验 （外源性DNA） Cases = 316 Controls = 316 Trend test : P < 0.001 危险比 Wei et al., JNCI, 2000 Cases = 221 Controls = 229 DNA加成物检测 (宿主细胞DNA) Trend test : P < 0.001 High Low DRC (%) 四分割 Li et al, Cancer Res., 2001

  13. 宿主细胞DNA修复功能低下与癌症高风险有关 肿瘤类型 病例/对照人数 危险比 (95%CI) 文献出处 肺癌 51/56 5.7 (2.1-15.7) Wei et al, 1996 316/316 2.1 (1.5-3.0) Wei et al, 2000 764/677 1.5 (1.2-1.9) Spitz et al, 2004 1522/1672 1.4 (1.2-1.6) unpublished data 头颈部癌 55/61 2.2 (1.0-4.8) Cheng et al, 1998 744/753 1.9 (1.5-2.4) Wang et al., 2010 * For the low tertile DRC and others for the low-median DRC; **Recalculated based on published data

  14. 宿主细胞DNA修复功能的遗传背景

  15. 剪接修复通路中8个重要基因的已知多态性位点剪接修复通路中8个重要基因的已知多态性位点 NER 核苷 染色体 功能 多肽 多肽 功能性 高频功能性 重要基因 / 蛋白 位点 密度 多肽位点 多肽位点 ** (per kb) ERCC1 14kb / 297aa 19q13.2 Endonuclease 73 5.2 1 -- -q13.3 XPA 22kb / 273aa 9q22.3 Damage detection 140 6.4 2 -- XPB/ERCC3 37kb / 782aa 2q21 Helicase 136 3.7 2 -- XPC 33kb / 940aa 3p25 Damage detection 145 4.4 12 rs2228000( A499V) rs2228001 (K939Q) XPD/ERCC2 19kb / 760aa 19q13.3 Helicase 136 7.2 2 rs1799793 (D312N) rs13181 (K751Q) XPE/DDB2 24kb / 427aa 11p12-p11 Damaged DNA 77 3.2 2 -- binding XPF/ERCC4 28kb / 916aa 16p13.3 Endonuclease 214 7.6 7 -- - p13.11 XPG/ERCC5 30kb / 1186aa 13q22 Endonuclease 177 5.9 12 rs17655 (D1104H) 总数 1,098 40 5 ** XPC codon499 Ala/Val; XPC codon939 Lys/Gln; XPD codon312 Asp/Asn; XPD codon751 Lys/Gln; XPG codon1104 His/Asp

  16. 正常人基因多态位点与宿主细胞DNA修复功能表型 正常人基因多态位点与宿主细胞DNA修复功能表型 基因型 N 修复功能% (SD) P值 XPD A22541C AA 22 9.34 (4.65) Reference AC 55 8.18 (3.13) 0.208 CC 25 8.60 (2.47) 0.492 XPD Codon 751 Lys/Lys 46 8.30 (2.22) Reference Lys/Gln 38 9.51 (4.22) 0.096 Gln/Gln 11 7.06 (2.49) 0.063 XPC Intron 9 SS 36 8.79 (2.42) Reference SL 53 8.81 (3.86) 0.978 LL 13 6.73 (2.47) 0.020 Qiao et al., Carcinogenesis, 2002

  17. 正常人基因多态位点组合与宿主细胞DNA修复功能表型正常人基因多态位点组合与宿主细胞DNA修复功能表型 N = 102 P = 0.02 None Hetero Homozygous Three common Variants in XPD and XPC Genes Qiao et al., Mutat Res, 2002

  18. MDACC 全基因组研究 Genome Wide Association Study of Lung Cancer – 1200 病例 / 1200 对照 317K 多态位点 Chris Amos et al., MDACC

  19. MDACC肺癌全基因组涵盖的125 DNA修复基因的1806多态位点 至少有一个显著多态位点的基因: GTF2H5, MSH3, RPA3, RBBP8, DCLRE1C, WRN, MGMT, PARP1, SMUG1, SHFM1, BRCA2, XRCC4, XRCC5, RAD54B, LIG4, PER1, FANCL, FANCL,

  20. DNA修复功能与肺癌临床预后

  21. DNA修复功能与肺癌预后关系的研究 最后一次随访 死亡或随访 诊断 加入 治疗 294 名 NSCLC 病人

  22. DNA修复功能与肺癌预后的生存分析 变量 人数 生存分险 *95% CIP值 各种治疗总人数 275 1.05 1.00 - 1.11 0.054 无治疗的病人 104 1.01 0.86 - 1.19 0.860 仅有化疗的病人 86 1.12 1.04 - 1.22 0.005 仅有手术的病人 36 0.88 0.77 - 1.09 0.250 *经过年龄、性别、吸烟包数、加入日期和肿瘤临床分期调整. Bosken et al., JNCI, 2002

  23. 1 0.9 无化疗患者 (4.9 个月） 0.8 (10.1 个月) 0.7 生存百分数 0.6 化疗患者 – DNA修复差者 (15.8 个月) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 10 20 30 40 50 60 Stage III/IV期NSCLC病人的 DNA修复功能与肺癌预后的生存分析 化疗患者 – DNA修复优者 生存月数 Bosken et al., JNCI, 2002

  24. 肺癌病人放射性肺炎的遗传因素 • 放射性治疗引起肺部炎症 • 放射性肺炎是肺癌放疗中的放射剂量的限量 • 约有10-20%肺癌病人在放疗过程中发生放射性肺炎 • 一些TGF-β1的多态位点与放射性肺炎的分险有关

  25. N=184 158 - 60 to 70 Gy 30 to 58 fractions 147 - chemotherapy 74 - grade 2 36 - grade 3 . J Clin Oncol. 2009 Jul 10;27(20):3370-8

  26. 部分重要DNA修复基因的多态位点 基因总位点数 (高频) 造成氨基酸改变 染色体 单碱基剪接修复 ADPRT / PARP1 442 (9) 3 1 APEX1 / APE1 58 (2) 1 14 XRCC1 403 (18) 4 19 多碱基剪接修复 ERCC1 149 (6) 0 19 ERCC4/ XPF 330 (2) 1 19 重组修复 Rad51 342 ( 0) 0 1 XRCC3 198 ( 6) 1 14 非重组末端结合修复 XRCC2 334 (7) 1 7 XRCC7 / PRKDC 859 (12) 3 8

  27. 部分重要DNA修复基因的多态功能位点 通路基因功能位点 部位 单碱基剪接XRCC1 Q399R Exon APEX1 D148E Exon ADPRT Val762Ala Exon 多碱基剪接ERCC1 8092C>A 3’UTR ERCC4 R415Q Exon 断裂修复RAD51 -135G>C Promoter RAD51 -172G>T Promoter XRCC2 Arg188His Exon XRCC3 T241M Exon XRCC7 6721G>T Exon

  28. DNA修复基因多态位点与 NSCLC病人罹患2级以上放射性肺炎风险 基因位点 (rs#) 人数 (%) 危害比* P值 病人总数 214 (100) APEX1 (rs1130409) (BER) TT 58 (27) 1.00 GT 111 (52) 1.63 (0.89-2.96) 0.113 GG 43 (21) 2.27 (1.13-4.59) 0.022 Rad51 (rs1801320 ) (HR) GG 173 (81) 1.00 AG 35 (17) 0.48 (0.24-0.96) 0.038 AA 5 (2) 1.46 (0.35-6.16) 0.609 XRCC3 (rs861539 ) (HR) CC 63 (29) 1.00 CT 92 (17) 0.70 (0.43-1.16) 1.169 TT 59 (2) 0.47 (1.24-0.90) 0.024 *经调整

  29. 放射性肺炎累积风险 单碱基剪接修复基因 XRCC3P = 0.011 CC 双链断裂修复基因 Cumulative Grade ≥3 RP (hazard) CT+TT Time (months) Unpublished data

  30. RAD51 rs1801320 CG+CC vs. GG P = 0.009 Cum survival Months XRCC2 rs3218536GA+AA vs. GG P = 0.043 Cum survival Months 肺癌死亡累积风险 双链断裂修复基因 Unpublished data

  31. 结论 • DNA修复功能低下与肺癌发病高风险有关，但此类患者的化疗效果较好 • DNA修复功能低下可能是遗传因素所致，但需要进一步的验证研究 • 需要大样本的研究来判定肺癌发病和预后机制中的基因-基因和基因-环境交互作用 • 需要高通量的修复基因型和表型的检测方法，其结果应纳入肺癌多元回归分析的数学模型

  32. 鸣谢 • Recruitment of subjects • Administering questionnaires • Processing of blood samples • Extraction of DNA • Cell culture • Phenotyping • Genotyping • Data entry • Data analysis • Manuscripts • Finding from: NIH-NCI and NIH-NIEHS 实验室研究人员

  33. 谢谢!

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