ALK基因与肿瘤

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ALK基因

来源：BV1TJ411k7K8 【陈巍学基因】视频39:ALK基因与肿瘤

• ALK基因的突变，参与多种肿瘤的发生
• 在针对肺癌的靶向治疗中，ALK的融合基因突变是重要的靶向治疗标志物

ALK基因简介

1. ALK基因的全名：Anaplastic Lymphoma Kinase，间变性淋巴瘤激酶
2. ALK基因位于二号染色体的短臂上，包含29个外显子，编码一个1620个氨基酸残基的蛋白质
3. ALK蛋白是胰岛素受体家族中的一员
4. ALK的上游配体：pleiotrophin(PTN)和midkine(MK)

ALK蛋白的结构与功能

1. ALK蛋白是一个跨膜的、酪氨酸激酶的单体，刚刚翻译出来的分子量为177kDa；之后蛋白的N端被加上糖链，分子量达到200kDa，再被转运到细胞膜上
   
   1. ALK蛋白的N端在细胞膜外，功能为接受外界配体的信号
   2. 中间段为跨膜部分
   3. C端位于细胞内，是具有酪氨酸激酶功能的结构功能域
2. 野生的ALK蛋白的激活过程：2个蛋白单体组成一个ALK的二聚体，经过配体的激活，二聚体的两个亚基之间相互磷酸化，二聚体转变为有激酶活性的酪氨酸激酶
3. 在哺乳类动物中，正常情况下，ALK基因主要在胎儿期间进行表达；出生之后，只在神经系统还有少量的表达

ALK基因在肿瘤中的突变

1. 当ALK发生突变以后，ALK可以不依赖上游信号的配体，直接激活下游的信号通路
2. ALK基因突变的三种形式：点突变；拷贝数异常增加；染色体易位，ALK与别的基因形成融合基因
3. 点突变
   1. 最常见的是F1174L和R1275Q
      1. F-脯氨酸；L-亮氨酸
      2. R-精氨酸；Q-谷氨酰胺
   2. 在发生了这类点突变后，ALK就不需要配体激活，可以直接激活下游信号通路
   3. 在神经母细胞瘤中，有6-8%的病例会有ALK的激活点突变；但在其他器官的肿瘤当中，较少发现有ALK的点突变
4. ALK基因的拷贝数异常增加
   1. 在神经母细胞瘤中，约4.4%的病例会有ALK基因的拷贝数异常增加；在肺癌中，也有一部份病例可以观察到ALK基因的拷贝数异常增加；而且，有ALK基因的拷贝数异常增加的病例，往往还会伴随有ALK的激活点突变
   2. ALK基因的拷贝数异常增加，自然会异常地增加ALK蛋白的产量
5. ALK融合基因突变
   1. 融合基因的概念：A和B两个基因，原本在染色体上是分开的，或者根本就在两条染色体上，现在因为某种原因，比如受到了电离辐射的照射之后，染色体发生了重排，把A基因的头部和B基因的尾部连接在了一起，形成了一个新的基因，这个有着A基因的头部和B基因尾部的新基因，就称为“融合基因fusion gene”
   2. 融合基因会同时拥有原来A基因和B基因各自的一些特点，例如融合基因在什么组织中表达，表达多少量，一般会与A基因原来的表达情况相似；同时，如果原来B基因的尾部有激酶活性，那么新的融合基因产生的蛋白，也可能拥有激酶活性
   3. 对于ALK基因来说，产生融合基因突变，是很重要的一种致癌基因的突变形式
      1. 目前已知，ALK可以与20多种基因形成融合基因，较常见的是EML4-ALK融合基因，其次是NPM-ALK融合基因
         
      2. 在肺癌中，有3-7%的病例有EML4-ALK融合基因，是相对最常见的突变类型，而且携带这种融合基因突变的病例，主要是肺腺癌，发生ALK融合基因突变的肺癌病人，多数是不吸烟的
      3. 肺癌当中，还有少量的KIF5B-ALK，TFG-ALK等其他的ALK融合基因突变类型
      4. 在EML4-ALK融合基因突变当中，已知有20多种亚型，这些亚型之间的区别，主要在于EML4基因的断点不同，而ALK基因的断点，绝大多数落在了外显子19-20之间的内含子上
         
      5. 在这些融合基因当中，EML4的基因头部，以及5‘端上游的部分序列，让融合基因在肺腺细胞中得到高表达；同时，ALK的基因尾部的酪氨酸激酶功能区域，让融合基因具有了酪氨酸激酶的功能，并且这种酪氨酸激酶活性无需上游配体的激活
      6. 在间变性大细胞淋巴瘤anaplastic large cell lymphoma,ALCL中，60-84%的病例会有ALK的融合基因突变，其中主要的突变类型是NPM-ALK突变
      7. 在炎性肌纤维母细胞瘤inflammatory myofibroclastic tumor, IMT中，50-60%的病例，会有TPM3-ALK或TPM4-ALK突变
      8. 在其他组织器官的肿瘤，比如乳腺癌，结直肠癌CRC等癌症中，也有一定比例的ALK融合基因突变
6. 总结：ALK只会在神经细胞来源的肿瘤中以点突变的形式，成为致癌突变；而在别的组织来源的肿瘤之中，主要是通过形成融合基因的形式，成为致癌突变；在不同来源的组织中，有不同的基因与ALK形成融合基因
   1. 在神经组织中，天然有ALK基因的表达，所以只要ALK基因发生激活点突变，就有可能会诱发癌症
   2. 人在出生之后，除神经之外的其他组织之中，ALK基因天然是不表达的，所以，就算ALK基因有后天点突变，因为不会被翻译成蛋白质，点突变就不会发生作用，更加不会致癌
   3. 在神经组织以外的组织中，只有当ALK基因被配上了一个在该组织中高表达的启动子，ALK基因才能表达蛋白，并因此诱发癌症
   4. 因为在不同的组织当中，高表达的启动子是不同的，所以在不同来源的组织中，被发现的，与ALK融合的基因是组织特异的
      1. 肺癌与EML4
      2. 间变性大细胞淋巴瘤ALCL与NPM
      3. 炎性肌纤维母细胞瘤IMT与TPM3或TPM4
   5. 换句话说，只有在特定组织中表达的那个特别的启动子，才会让融合基因在这个组织中高表达，ALK才能变成蛋白，发挥激酶的作用
7. 突变的ALK蛋白所参与激活的下游信号通路是十分广泛的
   
   1. RAS-MAPK
   2. PI3K-Akt
   3. PLCγ通路
   4. JAK-STAT通路
   5. 这些信号通路，最终都是导向细胞增殖/抵抗凋亡/促进血管生成的，最终诱发癌症

针对ALK基因突变的肿瘤靶向治疗药物

1. 克唑替尼crizotinib，商品名Xalkori
   1. 用于晚期的，有ALK融合基因突变的肺癌的治疗
   2. 克唑替尼是一种小分子的酪氨酸激酶抑制剂TKI类药物，可以特异性抑制ALK融合蛋白和ROS-1融合蛋白的酪氨酸激酶活性
   3. 有ALK融合基因突变的NSCLC的病人，经过克唑替尼的治疗，反应达到了60%以上，其中50%以上的病人的无进展生存期，可以达到7个月，甚至更长
2. Ceritinib，商品名Zykadia
   1. 用于克唑替尼治疗无效，或者不能耐受克唑替尼的，并且有ALK融合基因突变的NSCLC的病人

针对ALK融合基因突变的临床检测

1. 基于FISH方法的检测试剂盒
   1. 对ALK基因的5’作绿色的荧光探针，3’作红色的，然后对样本跑FISH
   2. 如果两个探针融合在了一起，那么说明ALK没有发生断裂，也就是ALK没有发生融合基因突变
      
   3. 反之，如果红色光点与绿色光点是分离的，那么就说明肿瘤当中，ALK基因发生了断裂，也就是有ALK融合基因突变
      
   4. 这个检测方法是金标准，但是很贵
2. 基于对ALK免疫组织化学染色的检测方法
   1. 检测肿瘤组织中，是否有过量的ALK蛋白表达，来检查有无ALK基因的突变
   2. 特点：
      1. 使用的单克隆抗体是兔源的，检测信号准确性很高
      2. 使用了级联信号放大的方法，把检测到的信号放大了，其灵敏度较高
3. 基于RT-PCR的方法来检测
   1. 先把肿瘤当中的RNA逆转录为cDNA，然后再用针对融合基因的PCR探针跑RT-PCR
   2. 方法成熟，简便易行，灵敏度高
   3. 但是只有当试剂盒中有对应的探针的突变形式，才能被检测到
   4. RT-PCR方法对样本RNA的质量要求很高，如果RNA样本降解严重，那会影响灵敏性