微卫星不稳定性与肿瘤诊断和治疗
微卫星不稳定性和错配修复缺陷
微卫星又称简单序列重复，是存在于基因组中的一些核苷酸小片段的重复序列。重复单位一般由1 6个核苷酸组成，这些序列中的15-65重复分布在基因组中，形成一个微卫星序列(如下图所示)。人类基因组中大约有55，000，65，438+000，000组微卫星序列，广泛分布在基因组的各个角落，但频繁出现在染色质末端。微卫星广泛存在，它们存在于原核和真核细胞的基因组中。目前，至少有2000个人类基因组多态性的微卫星标记被鉴定和确认，其中很大一部分被应用于遗传连锁研究。
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微卫星序列具有高度保守和稳定的遗传性，属于非转录和组成型基因。根据上述特征，微卫星可被归为一类高度多态的遗传标记，可应用于个体识别、人类基因分析等。实验研究证明，这些序列可以影响某些细胞基因的表达，直接或间接调控基因组。它们定位并连接着许多重要的基因位置，这些基因位置不仅与人类疾病标志物相关，而且与病因学直接相关。
微卫星不稳定性(MSI)，即由于复制错误导致的微卫星区域碱基对的插入或缺失，最早发现于大肠癌，并被认为是遗传性非息肉性大肠癌(HNPCC，又称Lynch综合征)的特征，随后在许多散发性肿瘤(如胃癌、肺癌等)中发现。).
目前，微卫星不稳定的主要原因有三个:
1点突变
点突变导致MSI的机制已经很好理解了。一些肿瘤的修复功能因DNA损伤而被破坏，基因组不稳定性增加。对微卫星序列的反应结果是MSI。
2滑链错配
一般认为DNA复制过程中的错配是导致重复序列多态性的主要机制。复制滑移是指在DNA合成过程中，一条单链DNA可以暂时错位形成中间结构，然后与另一条单链DNA错配形成链滑移，从而继续DNA复制或修复。滑动错配可导致缺失、插入或碱基替换:
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3错配修复缺陷(MMR缺陷，dMMR)
微卫星序列是DNA复制中最容易错配的序列，需要MMR相关蛋白进行修复。MMR是一个高度保守的细胞过程，在DNA复制中起重要作用。MMR主要负责修复DNA复制后的碱基，也可以修复一些小的核苷酸插入或缺失。执行MMR功能的关键基因包括MutL同源物1(Mult同源物1，MLH1)、MutS同源物2 (Mult同源物2，MSH2)、MSH6和减数分裂后分离增加2 (PMS2)。在DNA复制、遗传物质重组和化学或物理损伤过程中，MMR蛋白以异二聚体复合物的形式存在。这些复合物包括mutsα(ms H2蛋白和MSH6蛋白的结合)、mutlβ(mlh 1蛋白和PMS1蛋白的结合)、mutsβ(ms H2蛋白和MSH3蛋白的结合)和mutlα (mlh65438+)。DNA复制发生错配后，MutSα首先识别并与DNA链结合，募集MutLα，构象改变后从错误的位点释放出来。然后招募核酸外切酶-1去除错配区域，复制因子A稳定单链DNA，DNA聚合酶Polδ与增殖细胞核抗原形成的复合物填补缺口。最后，DNA连接酶修复了缺口。研究证实，MMR将DNA复制的准确率提高了100 ~ 1000倍。如果MMR基因或蛋白质功能有缺陷，DNA复制错误得不到纠正，错误的逐渐积累会加剧基因变异，进而产生dMMR表型。
根据MSI的水平，MSI可分为三种类型:低微卫星不稳定性(MSI-L)、高微卫星不稳定性(MSI-H)和微卫星稳定性(MSS)。dMMR是高级别微卫星不稳定的必要条件。在临床上，DMMR基本上可以等同于MSI-。
MSI和疾病
MSI是许多疾病的特征，其中大多数是肿瘤，非肿瘤疾病中最著名的是林奇综合征。
林奇综合征是一种常染色体显性遗传病，由错配修复(MMR)基因突变引起，易患结直肠癌等恶性肿瘤。包括已经患有肿瘤的人和尚未发生肿瘤的人。它是最常见的遗传性结直肠癌综合征，过去被称为遗传性非息肉性结直肠癌(HNPCC)，以强调其遗传性和与家族性腺瘤病的区别。由于HNPCC这一名称强调了这类患者易患大肠癌，却忽略了肠外肿瘤的高发病率，现在很多学者和机构主张将其更名为“林奇综合征”。
1895年，美国病理学家沃辛发现，他的女裁缝家族中有很多成员死于肠道或女性生殖器官的肿瘤。根据其家族史，沃辛在1913发文称这个家族为“癌症易感家族”。从1966到1967，Creighton大学医学院的Henry Lynch先后报道了8个遗传性癌症家族的发病情况，并总结了其临床特点:恶性肿瘤分布广泛，原发癌多见，结肠癌和子宫内膜癌的发病率明显高于一般人群。由于当时对家族性腺瘤性息肉病(FAP)的认识非常明确，林奇认为这些家族不同于已报道的FAP和加德纳综合征，他们的结直肠癌不是由息肉发展而来的。林奇将这个不同于FAP的遗传性癌症家族称为“癌症家族综合征”，博兰在1984中将其命名为林奇综合征。随后的研究人员逐渐认识到MMR家族蛋白功能障碍在林奇综合征中的作用:大多数林奇综合征家族(85% 90%)检测到MLH1和MSH2的突变，其余10% 15%家族在MSH6有突变，少数在PMS2有突变。研究证明，林奇综合征和散发性大肠癌与癌基因激活和抑癌基因失活关系不大，而是错配修复基因突变导致的MSI所致。目前，MSI/dMMR检测已成为国际上筛查林奇综合征患者的重要诊断指标。
除了林奇综合征，一些肿瘤也有高MSI。肿瘤的发生是一个多基因参与的生物学过程。目前已经发现人类很多部位的肿瘤都与错配修复缺陷有关。如下图所示:
这里需要注意的是，虽然广泛的基因突变是几乎所有肿瘤的共同特征，但并非所有肿瘤都可以观察到高水平的MSI。研究表明，在结直肠癌(COAD)、子宫内膜肿瘤(UCEC)和其他肿瘤中MSI较高(后面可以看到，这些肿瘤中的MSI水平可以指导免疫治疗药物):
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MSI检测的临床意义
目前，对MSI检测的临床意义有以下几种观点:
第一，MSI和Lynch综合征筛查。如前所述，MSI是林奇综合征的特征性现象，约90%的林奇综合征表现为MSI-H，目前MSI检测已经成为筛查林奇综合征的标准方案。
MSI与结直肠癌的预后。临床研究证实，MSI与结直肠癌的预后密切相关。与MSS患者相比，MSI-H结直肠癌患者具有显著的生存优势，临床表现较差，但预后较好。研究证明，对于II/III期结肠直肠癌患者，MSI-H患者的总生存期和无病生存期显著延长。国家综合癌症网络(NCCN)发布的结直肠癌指南建议，所有有结直肠癌病史的患者都应该进行MSI测试。
第三，MSI和指导用药。研究已经证实，患有MSI-H II期结肠直肠癌的患者不能受益于5-FU的治疗。而dMMR会导致动态的超突变状态，导致肿瘤细胞新生抗原不断产生，并使其受到免疫监测。研究发现，与pMMR(熟练MMR)相比，dMMR的CRC具有更高的突变量和对ICIs(免疫检查点抑制剂)更高的客观应答率，在DMMR的CRC中，ICIs单药治疗的应答率为30% ~ 50%。FDA此前已批准PD-1免疫治疗单克隆抗体Pembrolizumab、Ipilimumab和Nivolumab用于错配修复缺陷dMMR/MSI-H表型的转移性结直肠癌(mCRC)的最后一线治疗。除了mCRC的治疗，2017年5月，美国FDA批准PD-1的抗体Pembrolizumab用于治疗dMMR/MSI-H表型的成人和儿童，他们没有其他治疗选择，不能切除或转移。然而，FDA的批准未能说明免疫治疗的最佳治疗顺序和持续时间，以及是否可以在Keytruda中添加其他药物。因此，此次批准可视为ICIs治疗MSI-H/dMMR肿瘤的一次探索性尝试。2019，Keytruda被批准用于治疗MSI-H/dMMR子宫内膜肿瘤。除了Keytruda，药物y和o也在MSI-H/dMMR肿瘤的治疗中发挥作用: