分子病理流行病学

基本概念

分子病理流行病学由哈佛大学Ogino教授于2010年率先提出，之后应用于肿瘤病理学研究领域[9-10]。简而言之，分子病理流行病学是分子分类与流行病学的有机结合。经典病理学依据病理形态学的一般规律来做出诊断，并可依据独特的形态学特征分出疾病的亚类。分子病理学则是依据分子生物学技术方法来检测其病变的分子特征和临床关系，据此可以对相应病变实施分子分类。肿瘤是一类高度异质性的疾病。临床上可以依据某个肿瘤特异的分子特征，结合临床诊治效果和预后对其进行分类[7-8]。流行病学研究的是暴露因素与群体患病之间的关系，仅考虑整体而无法兼顾群体内部个体存在的细致而巨大的差异。分子流行病学则是研究分子变异与环境暴露因素之间的关系，阐明疾病机制及找出潜在的有效分子标志物。分子病理流行病学则是集两者之大成，以疾病异质性为基础、分子病理特征为依据，运用流行病学的研究设计方法，分析环境暴露因素及生活方式、疾病个体分子水平上的改变对疾病发生、发展、预后及结局产生的影响[9-11]。分子病理流行病学的研究步骤是先从分子水平对疾病进行分子病理学分型，然后再进一步研究不同亚型疾病的病因和流行因素。例如，可将直肠癌分为有BRAF突变与无BRAF突变两类，再进一步分析吸烟与直肠癌的关系。Curtin等[12]证明吸烟与BRAF基因突变型直肠癌相关，而与BRAF基因野生型直肠癌无关。由此推测直肠癌可能的发生机制，即吸烟可引起BRAF基因的突变，从而诱发肿瘤。另一种可能性则是直肠癌的发生由多种其他因素引起，而BRAF基因的突变只是其伴随现象，但这种特征性突变可以用于确定这一类型的直肠癌，作为其有效的生物标志物。随着分子检测工作的深入，我们获得的这类数据将会逐渐增多。接下去，我们可以在疾病分子分型的基础上，观察分析治疗措施、生活习惯、肥胖及环境因素对疾病发展和结局的影响，最终建立起预测疾病发展的模型以及评估预后的模型。

结直肠癌研究实例

结直肠癌是一类高度异质性的恶性肿瘤。结直肠癌也是目前实体肿瘤中研究最深入的肿瘤。然而，近年来随着分子靶向治疗的实施，关于肺癌的研究远远走在了结直肠癌的前面。其原因可能是由于肺癌的发生是由基因改变驱动（genomics-driven cancer），而结直肠癌则是由调节改变驱动（regulations-driven cancer）。结直肠癌全基因组关联分析（genome-wide association study, GWAS）难以得出一致的、有统计学意义的结论，也从侧面证实了这一观点。其根源就是结直肠癌的肿瘤异质性太大。虽然高度的异质性理应有利于结直肠癌亚类的确定，但是结直肠癌是由调节改变驱动的，这些调节改变变化大、不稳定，而基因改变相对恒定，所以相较于肺癌的研究，结直肠癌的分类并不容易。目前真正能应用于结直肠癌分类且具有临床价值的标志物只有微卫星不稳定（microsatellite instability,MSI）的检测以及KRAS和BRAF基因突变的检测。甲基化分析等的实际意义还有待进一步验证。以结直肠癌为例，分子病理流行病学整合了多学科的内容和信息，加深了基础研究者和临床医师对疾病发生、发展及转归的认识（图１）。

近年来几项研究均证实了肥胖与结直肠癌的发生相关，但这一群体性结论通过分子病理学研究的分层分析却得出了不同结论，进而使这一理论更精确，对结直肠癌的防治也更具有指导意义。Campbell等[13]研究证实体重指数（body mass index）的大小与结直肠癌危险性呈正相关，而这种关系与MSI状态相关联。体重指数的增大提高结直肠癌危险性这一结论仅能应用于微卫星稳定（microsatellite stable, MSS）的那一组患者，而与MSI组患者肿瘤的发生无关。Slattery等[14]也证实了这种关系，且将这种结论缩窄到男性患者中。他们发现女性ＭＳＳ患者中并不存在这种正相关。这些研究不仅进一步证明肥胖会导致结直肠癌危险性的增加，同时这种关联与患者性别及微卫星状态相关。因此，男性的ＭＳＳ患者结直肠癌的发生可能存在某种特别的发生机制。这种发生机制可能与脂类代谢及性激素水平相关。大量实验和临床研究证实，CpG岛甲基化表型（CpG island methylator phenotype）是散发性MSI结肠癌的常见原因。MLH1启动子甲基化使蛋白表达缺失，引起MSI。MSI癌细胞表达脂肪酸合成酶（fatty acid synthase）。肥胖的结直肠癌患者生存时间缩短，这一效应仅限于脂肪酸合成酶表达的肿瘤[15]。总结上述研究结果，我们可以认为肥胖与结直肠癌的发生和预后相关。但这种相关性只存在于脂肪酸合成酶表达的男性MSS患者群体中。这一结论显然有助于制订更具有针对性的结直肠癌预防和治疗方案。又如，阿司匹林类药物能降低结直肠癌的发生率是目前国际共识。而进一步研究表明，阿司匹林类药物仅对环氧合酶２（COX2）表达异常的人群有效，而对COX2表达正常的人群无效[16]。

Chan等[17]又进一步证实了药物可以降低COX2高表达的结直肠癌患者病死率。根据分子流行病学方法对群体标本进行再分析或设计新的研究，我们也许能够回避这类药物预防无效又引起副作用的那部分人群，而将药物预防推广应用于群体，真正能降低肿瘤发生率和病死率。从这些研究结果可以看出，经过分子病理流行病学的推演，我们可以将一组具有相同发生机制、相似分子病理特征、类似生物学行为的结直肠癌从整个肿瘤群体中区分出来。当然，越来越细化的分类标准将会限制研究可用的样本量，进而影响统计学效率。因此，未来的研究需要更多大型医疗中心合作，通过共享云端数据才能取得令人信服的研究结论。

系列研究证明，环境暴露因素和生活方式不仅影响结直肠癌的发生，也影响肿瘤患者的预后和结局。同样，病理形态学指标如肿瘤芽（tumor budding）[18-19]和分子病理学指标如MSI、KRAS、BRAF、甲基化等[20-22]均可影响肿瘤患者的治疗反应和预后。结直肠癌代谢组学研究已经逐步开展，相信会为分子流行病学的发展提供新的启迪和工具[23]。目前科学家们已经积累了大量的组学数据如GWAS、癌症基因组图谱（the cancer genome atlas, TCGA）等。这些资料为结直肠癌分子病理流行病学的发展创造了良好的条件。

未来的发展方向

分子病理流行病学是一个崭新的研究方向。现阶段我们需要病理学、分子生物学、流行病学和统计学专业人士之间的紧密合作。而从长远看，我们还有必要改造和重塑现有的学科构架，融合构建适合于该学科发展的交叉研究中心，吸引更多相关领域的研究人员。在病理医师的专科培训中，也需要加入流行病学和统计学的内容，使病理医师能对相关问题有更高的敏感性和洞察力，对临床标本能做出更准确的判读。

摘自 中华病理学杂志 2015年44卷10期 作者：来翀　来茂德