Молекулярно-генетическая классификация рака желудка

Рак желудка - одно из наиболее агрессивных онкологических заболеваний. В структуре смертности в России рак желудка занимает второе место. В настоящее время появляется все больше данных, подтверждающих что рак желудка - гетерогенное заболевание, а его прогноз зависит не только от стадии заболевания, но и от специфических молекулярных маркеров. Таким образом, появилась необходимость в классификации опухолей на основании молекулярно-генетических характеристик с целью определения прогноза и персонализации терапии.

Проект The Cancer Genome Atlas (TCGA) провел исследование, в котором изучались основные генетические и эпигенетические нарушения в образцах опухолевой ткани желудка. Было исследовано 295 образцов опухолевой ткани от пациентов, не получавших химиотерапии/лучевой терапии. В качестве контроля использовались клетки крови пациентов или клетки здоровой слизистой желудка.

Исследование проводилось на 6 платформах: секвенирование экзома, сравнительная геномная гибридизация, исследование метилирования ДНК, секвенирование матричной РНК и микро РНК, секвенирование протеинов. 77% всех образцов было успешно исследовано на всех 6 платформах. Дополнительно в 177 случаях была изучена микросателлитная нестабильность. Сбор, биоинформатическая обработка информации и разделение на однородные группы проводилось с помощью инструмента iCluster.

Все образцы по схожим признакам разделились на четыре группы (рис.1). Первая группа – EBV-ассоциированный рак желудка (около 9%), основным свойством которого было инфицирование EBV и гиперметилирование промоторов. Вторая группа – обусловленная микросателлитной нестабильностью, характеризующаяся высокой мутационной нагрузкой (22%). Третья группа – рак желудка с хромосомной нестабильностью, обусловленная хромосомными абберациями (около 50%). Четвертая группа – генетически стабильные опухоли, классифицированные по остаточному принципу, но имеющие свои определенные особенности (мутация в гене RHO – ГТФаза, функционирующая в системе клеточной адгезии).

Аналогичный подход в своем эксперименте использовали исследователи Asian Cancer Research Group (ACRG), проанализировавшие генетическую информацию 300 опухолевых образцов рака желудка. Согласно полученным данным, рак желудка можно классифицировать на четыре подтипа: 1) без микросателлитной нестабильности (MSS)/с высокой способностью к эпителиально-мезенхимальному переходу (EMT); 2) опухоли с микросателлитной нестабильностью (MSI); 3) без микросателлитной нестабильности с мутацией TP53 (MSS/TP53mut); 4) без микросателлитной нестабильности и без мутации TP53 (MSS/TP53wt). Обе классификации согласуются между собой, поэтому в данном обзоре они будут рассматриваться как одна. Более того, классификация ACRG дополняет TCGA-классификацию ценной информацией о прогнозе заболевания.

Рис.1. Принцип создания молекулярной таксономии в исследовании TCGA и клинико-патологические характеристики молекулярных подтипов (доля диффузной гистологии по Lauren, анатомическая локализация, гендерная заболеваемость и средний возраст заболевшего)

1. EBV-ассоциированный рак желудка (MSS/TP53wt). В настоящее время накоплена убедительная масса доказательств о том, что EBV является фактором риска развития рака желудка. Эпштейн-Барр вирусная инфекция была обнаружена в 9% образцов, обладающих своей спецификой в отношении генетических свойств. По данным проведенного исследования чаще диагностируется у мужчин (81%, p=0.037). Анатомически, наиболее частая локализация – тело или дно желудка.

При исследовании метилирования (рис. 2) ДНК и последующем кластерном анализе, было показано что все EBV-ассоциированные опухоли сгруппированы вместе и характеризуются высоким уровнем метилирования (выключения) промоторов генов-супрессоров опухолевого роста (CDKN2A) и отсутствием метилирования генов, отвечающих за репарацию ДНК (MLH1, MSH2). В отношении мутаций, данная группа характеризуется высокой частотой мутации PIK3CA (80-90%), ARID1A, амплификацией гена JAK2 и HER2, гиперэкспрессией PD-L1/2. Уточнение молекулярно-генетического профиля определяет новые мишени для лекарственной терапии.

Рис. 2. Молекулярная характеристика EBV-ассоциированного рака желудка. a. На графике (heatmap) показан результат кластерного анализа по исследованию метилирования CpG-участков ДНК. 295 опухолевых образцов распределились на 4 кластера: EBV-CIMP (CpG-island methylator phenotype), Gastric-CIMP (ассоциация с подгруппой микросателлитной нестабильности), кластер 3 (генетически стабильный) и кластер 4 (с хромосомной нестабильностью). b. Частота мутаций в гене PIK3CA в зависимости от молекулярной подгруппы опухоли.

2. Подтип, обусловленный микросателлитной нестабильностью. Важную роль в генезе также играет метилирование промоторов (CIMP-profile), но в данном случае выключаются определенные гены, отвечающие за репарацию ДНК (MLH1, MSH2), таким образом опухоль характеризуется высокой частотой мутаций в генах, отвечающих за онкогенез (мутации в генах HER-2 и ERBB3) и генах, осуществляющих контроль клеточного цикла. MSI+ опухоли зачастую высокоиммуногенны за счет высокой мутационной нагрузки (рис.3).

Рис. 3. Различное иммунное микроокружение у опухолей с MSI и без MSI. В случае дефекта системы репарации (MMR), спонтанные мутации ДНК возникают гораздо чаще, приводя к высокой мутационной нагрузке опухоли. Гипермутированные опухолевые клетки продуцируют большое количество новых антигенов, которые способствуют инфильтрации опухоли иммунными клетками. Для защиты от противоопухолевого иммунитета, опухолевые клетки экспрессируют PD-L1 лиганды (check-point molecules).

Микросателлитная нестабильность в настоящее время применяется в клинической практике в качестве валидизированного маркера для определения прогноза течения заболевания и подбора персонализированной терапии (check-point ингибиторы) у больных местно-распространенным и метастатическим раком желудка. Опухоли с микросателлитной нестабильностью диагностируются в более позднем возрасте (медиана – 72 года, p=0.00005), данная группа ассоциирована с кишечным гистологическим типом по Lauren.

Также отличительной особенностью данного подтипа опухоли является ее относительно благоприятный прогноз, низкая частота рецидивов.

3. Подтип, обусловленный хромосомной нестабильностью. Его характеризуют более грубые нарушения в геноме опухолевой ДНК: делеции, транслокации, амплификации. В данном случае превалирует мутация гена p53 (73% случаев), амплификация генов семейства ERBB (EGFR, HER-2, ERBB-3). В настоящее время, амплификация гена HER-2 является мишенью для лекарственной терапии у больных местно-распространенным и метастатическим раком желудка. Основная локализация данного типа опухолей – пищеводно-желудочный переход.

4. Генетически-стабильный подтип рака желудка (MSS/EMT). Был выделен по остаточному принципу, поскольку в нем не наблюдалось ни серьезных хромосомных нарушений или признаков микросателлитной нестабильности. Однако, он имеет ряд своих особенностей. Данный подтип представлен в основном диффузным раком желудка (по классификации Lauren), для данного типа характерен более молодой возраст заболевших.

В образцах, отнесенных к данному подтипу наблюдалась высокая частота мутации генов, работающих в регуляции клеточной адгезии: RHO (гомолог гена RAS) и гена CDH1 (соматической или герминальной мутации), что обусловливает диффузный гистологический тип и метастатический потенциал клеток данного типа. Кроме того, при раке желудка данного подтипа выявляется гибридный нефункционирующий ген CLDN18–ARHGAP26, также отвечающий за механизм клеточной адгезии.

В отношении прогноза, данный подтип крайне неблагоприятен: высокая частота рецидивов, низкая выживаемость в сравнении с другими подтипами.

Рис. 4. Суммарная характеристика молекулярно-генетической классификации рака желудка по данным TCGA. На данной схеме проиллюстрированы основные клинико-морфологические и молекулярно-генетические факторы каждого из подтипов рака желудка, также имеются круговые диаграммы анатомического распределения данных подтипов.

Рис.5. Молекулярная классификация рака желудка: основные свойства и прогноз каждого подтипа согласно исследованиям ATGC и ACRG. Благодаря исследованиям, проведенным ATGC и ACRG, знание о патогенезе рака желудка стало более структурированным, появилась возможность прогнозировать биологические свойства опухоли (в зависимости от ее подтипа), а также возможно изменится подход к поиску основных биомаркеров и мишеней для таргетной терапии внутри каждого молекулярного подтипа.

---

Материал подготовил: Артем Тарасов

Источники:

1. Comprehensive molecular characterization of gastric adenocarcinoma // Adam J. Bass, Vesteinn Thorsson, Ilya Shmulevich et al., Nature. 2014 September 11; 513(7517).

2. New therapeutic options opened by the molecular classification of gastric cancer // Mihaela Chivu-Economescu, Lilia Matei, Laura G Necula et al., World J Gastroenterol 2018 May 14; 24(18): 1942-1961

3. Microsatellite instability in gastric cancer: molecular bases, clinical perspectives, and new treatment approaches // Margherita Ratti, Andrea Lampis, Jens C. Hahne et al., Cellular and Molecular Life Sciences, Received: 16 May 2018 / Revised: 13 August 2018 / Accepted: 14 August 2018 © The Author(s) 2018

4. Becker SF, Langhe R, Huang C, Wedlich D, Kashef J (March 2012). «Giving the right tug for migration: Cadherins in tissue movements». Arch Biochem Biophys. DOI:10.1016/j.abb.2012.02.013

5. Boureux A, Vignal E, Faure S, Fort P. (2007). «Evolution of the Rho family of ras-like GTPases in eukaryotes». Mol Biol Evol 24 (1): 203–16. DOI:10.1093/molbev/msl145