Relationship between Mutations of KRAS,NRAS and BRAF Genes and Colorectal Liver Metastases
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摘要:
目的 探讨KRAS、NRAS和BRAF基因突变与结直肠癌肝转移的关系。 方法 收集川北医学院附属医院2019年1月至2021年10月结直肠癌组织标本246例,基于ARMS法和荧光PCR技术进行KRAS、NRAS和BRAF基因突变检测,收集患者临床资料并分析KRAS、NRAS和BRAF基因突变与肝转移的关系。 结果 在246例结直肠癌患者中,KRAS、NRAS和BRAF突变率分别为45.93%(113/246)、6.10%(15/246)和4.87%(12/246)。NRAS基因突变与同时性结直肠癌肝转移相关,在NRAS突变组结直肠癌确诊时出现肝转移的频率较高(P = 0.005),但随着病程时间延长,1 a内发生肝转移的频率在NRAS突变组和野生组无统计学意义(P = 0.155),多因素Logistic回归分析显示NRAS突变是同时性结直肠癌肝转移的独立危险因素(OR = 9.974,P = 0.008)。KRAS和BRAF突变与肝转移无明显相关性(P > 0.05)。 结论 NRAS基因突变的结直肠癌患者早期较易出现肝转移,对其进行检测不仅在靶向治疗中具有重要的指导作用,在早期肝转移评估中也具有重要的临床指导价值。 Abstract:Objective To investigate the relationship between KRAS, NRAS and BRAF gene mutations and liver metastasis in colorectal cancer. Methods A total of 246 colorectal cancer tissue specimens were collected from the Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College from January 2019 to October 2021. KRAS, BRAF and PIK3CA mutations analysis were performed with ARMS method and fluorescence PCR technology. Clinical data were collected and the relationship between KRAS, NRAS and BRAF gene mutations and liver metastasis were analyzed. Results The mutation rates of KRAS, NRAS and BRAF were 45.93% (113/246), 6.10% (15/246) and 4.87% (12/246) in 246 colorectal cancer cases, respectively. NRAS gene mutation was associated with synchronous colorectal liver metastasis. The frequency of liver metastasis was higher in the NRAS mutation group at the time of colorectal cancer diagnosis (P = 0.005), but there was no significant difference in the frequency of liver metastasis within 1a between the NRAS mutant group and the wild group as the disease progresses (P = 0.155). Multivariate Logistic regression analysis showed that NRAS mutation was an independent risk factor for synchronous colorectal cancer liver metastasis (OR = 9.974, P = 0.008). KRAS and BRAF mutations had no significant correlation with liver metastasis (P > 0.05). Conclusion Colorectal cancer patients with NRAS gene mutation are prone to liver metastasis in the early stage. NRAS gene mutation detection not only plays an important role in targeted therapy, but also in the early evaluation of liver metastasis. -
Key words:
- Colorectal cancer /
- Liver metastasis /
- KRAS /
- NRAS /
- BRAF
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结直肠癌(colorectal cancer,CRC)是常见的消化道系统恶性肿瘤,在全球范围内其发病率和病死率位居所有恶性肿瘤的第3位和第2位[1],目前其发病率和死亡率均呈上升趋势[2]。CRC较易发生远处转移,肝脏是其远处转移最主要的靶器官,约15%~25%的CRC患者在确诊时出现肝转移,既同时性结直肠癌肝转移(synchronous colorectal liver metastasis,synCRLM),约15%~25%的患者在CRC原发灶根治术后发生肝转移,既异时性结直肠癌肝转移(metachronous colorectal liver metastasis,metCRLM)[3]。结直肠癌肝转移(colorectal liver metastases,CRLM)是CRC患者最主要的死亡原因,不经任何治疗的肝转移患者中位生存期仅仅约为7个月,无法手术切除的患者5 a生存率小于5%[3]。
随着对肿瘤发生发展的分子机制的深入研究,与CRC发病和治疗相关的基因也越来越多被发现,一些针对特定基因靶点的分子靶向药物不断问世,CRC治疗也进入了靶向个体化治疗时代。KRAS、NRAS和BRAF基因是表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)所介导信号通路下游的重要调控分子,参与调控细胞生长、分化及增殖,其突变状态与CRC能否从靶向药物抗EGFR的单克隆抗体获益密切相关。KRAS、NRAS和BRAF基因突变后会引起EGFR依赖的RAS-RAF-MAPK信号通路持续激活,引起不依赖于表皮生长因子刺激的细胞异常增殖和肿瘤产生,导致抗EGFR单抗治疗无效[4]。此外,KRAS、NRAS和BRAF基因突变状态与CRC预后密切相关,是CRC预后不良独立预测指标[5-7]。
目前国内外多项临床指南推荐原发性或转移性CRC患者均应进行KRAS、NRAS和BRAF基因突变检测,对预后进行分层,指导临床用药[3, 8-10]。但KRAS、NRAS和BRAF基因与CRLM的关系尚不清楚,且鲜有报道,因此本研究旨在分析KRAS、NRAS和BRAF基因突变与CRLM的关系,为CRC患者精准诊治提供理论基础。
1. 资料与方法
1.1 病理资料
选取川北医学院附属医院2019年1月至2021年10月间经手术切除后确诊CRC的组织标本246例,进行KRAS、NRAS和BRAF基因联合检测,并收集每例患者临床资料包括对应的肝转移情况、肿瘤部位、组织学类型、大体类型、分化程度、肿瘤大小直径、TNM分期、乙肝感染情况等。其中男148例,女98例;年龄22~85岁,中位年龄57岁。
1.2 检测方法
采用离心柱法应用FFPE-DNA样品核酸提取试剂盒(艾德,厦门)提取组织基因组DNA,采用紫外分光光度计检测DNA的浓度和纯度,并将提取好的DNA稀释至1 ng/μL备用。基于ARMS法和荧光PCR技术,采用KRAS/NRAS/BRAF基因突变联合检测试剂盒(艾德,厦门),应用SLAN-96P全自动荧光定量PCR仪(宏石,上海)进行KRAS、NRAS和BRAF基因突变检测。基因检测位点,见表1。
表 1 246例结直肠癌患者 KRAS、NRAS和BRAF基因突变分析Table 1. Analysis of KRAS,NRAS and BRAF gene mutations in 246 CRC patients基因名称 检测区域 突变类型 n(%) KRAS 113(45.93) Exon2 G12S、G12D 46(18.70) G12C、G12R、G12V、G12A、G13C 27(10.98) G13D 26(10.57) Exon3 Q61L、Q61R、Q61H 6(2.44) Exon4 K117N、A146T、A146V、A146P 10(4.07) NRAS 15(6.10) Exon2 G12D、G12S 7(2.85) G13R、G12C、G12V、G12A、G13V 3(1.22) Exon3 Q61R、Q61K、Q61L、Q61H 5(2.03) Exon4 A146T 0(0.00) BRAF 12(4.87) Exon15 V600E、V600K、V600R、V600D 12(4.87) 1.3 统计学处理
采用SPSS17.0软件进行统计分析,计数资料以百分率(%)表示,采用χ2检验进行组间数据比较,采用二元Logistic回归分析与CRLM有关联的因素,以P < 0.05为差异有统计学意义。
2. 结果
2.1 KRAS、NRAS和BRAF基因突变分析
246例CRC患者中,KRAS突变率最高,突变率为45.93%(113/246);其次为NRAS,突变率为6.10%(15/246);BRAF突变率最低,突变率为4.87%(12/246)。在所有突变类型中,以KRAS基因G12S、G12D突变类型最为常见。KRAS和NRAS检测区域均包含了2号外显子、3号外显子和4号外显子,其中均以2号外显子的检出率最高,2号外显子在KRAS总突变中占86.72%(98/113),在NRAS总突变中占66.67%(10/15)。此外,共发现双基因突变3例,分别为KRAS和NRAS共同突变、KRAS和BRAF共同突变,以及NRAS和BRAF共同突变。有2例存在KRAS双位点突变,分别为G12C、G12R、G12V、G12A、G13C突变合并Q61L、Q61R、Q61H突变,G12S、G12D突变合并G13D突变。
2.2 KRAS、NRAS和BRAF基因与结直肠癌TNM分期相关性分析
为了探讨KRAS、NRAS和BRAF基因与结直肠癌转移的关系,本研究分析KRAS、NRAS和BRAF基因突变状态与结直肠癌初诊时TNM分期的相关性(表2),结果显示NRAS基因在Ⅳ期的突变率显著高于Ⅰ~Ⅲ期(P = 0.004),且有远处转移患者的突变率显著高于没有远处转移的患者(P = 0.001),提示NRAS突变状态与初诊时结直肠癌远处转移密切相关。未发现KRAS和BRAF基因与TNM分期具有相关性(P > 0.05)。
表 2 KRAS、NRAS和BRAF基因突变与结直肠癌TNM分期的关系[n(%)]Table 2. Relationship between TNM staging and KRAS,NRAS and BRAF gene mutations in CRC [n(%)]临床参数 n KRAS突变 χ2 P NRAS突变 χ2 P BRAF突变 χ2 P T 1~2 10 6(60.00) 1.825 0.401 1(10.00) 5.755 0.056 0(0.00) 0.945 0.623 3 47 26(55.32) 0(0.00) 1(2.13) 4 106 48(45.28) 7(6.60) 4(3.77) N 0 39 20(51.28) 1.022 0.600 1(2.56) 1.325 0.516 0(0.00) 5.815 0.055 1 71 37(52.11) 5(7.04) 1(1.41) 2 53 23(43.40) 2(3.77) 4(7.55) M 0 117 57(48.72) 0.022 0.883 1(0.85) 11.679 0.001* 3(2.56) 0.008 0.928 1 46 23(50.00) 7(15.22) 2(4.35) TNM分期 Ⅰ 2 2(100.00) 2.955 0.399 0(0.00) 13.077 0.004* 0(0.00) 2.103 0.551 Ⅱ 28 13(46.43) 0(0.00) 0(0.00) Ⅲ 85 42(49.41) 1(1.17) 3(3.53) Ⅳ 48 23(47.92) 7(14.58) 2(4.17) TNM分期病例资料存在缺失,共163例CRC患者纳入统计。*P < 0.05。 2.3 KRAS、NRAS和BRAF基因与结直肠癌肝转移相关性分析
本研究246例CRC患者中,26.02%(64/246)的CRC患者在确诊时发生了肝转移,既synCRLM。对研究病例进行随访,分析CRC患者从确诊到病程至1 a的肝转移情况,共计200例CRC患者获得随访资料,其中1 a内发生肝转移的比率为46.00%(92/200)。
KRAS、NRAS和BRAF基因突变与CRLM分析结果显示,NRAS突变与synCRLM相关,在NRAS突变组发生synCRLM频率高于NRAS野生组(P = 0.005),见表3,但随着病程时间延长,1 a内发生CRLM在NRAS突变组和野生组未见明显差异(P = 0.155)。KRAS和BRAF突变与CRLM无明显相关性(P > 0.05)。
表 3 结直肠癌肝转移相关影响因素[n(%)]Table 3. Related influencing factors of colorectal liver metastases [n(%)]临床参数 同时性结直肠癌肝脏转移 χ2 P 1a内结直肠癌肝转移 χ2 P KRAS基因 野生型 37(27.82) 0.489 0.484 47(41.96) 1.669 0.196 突变型 27(23.89) 45(51.14) NRAS基因 野生型 55(23.81) 7.797 0.005* 83(44.62) 2.026 0.155 突变型 9(60.00) 9(64.29) BRAF基因 野生型 59(25.21) 0.864 0.353 85(44.73) 1.530 0.216 突变型 5(41.67) 7(70.00) 性别 男 40(27.03) 0.197 0.657 59(49.17) 1.211 0.271 女 24(24.49) 33(41.25) 年龄(岁) ≤57 35(28.23) 0.634 0.426 46(45.54) 0.017 0.896 >57 29(23.77) 46(46.46) 原发部位 右半结肠 4(13.33) 6.017 0.111 8(33.33) 3.849 0.278 左半结肠 12(20.69) 24(52.17) 直肠 48(30.57) 59(45.74) 同时多源性大肠癌 0(0.00) 1(0.00) 乙肝感染 现症感染 10(25.64) 0.579 0.749 12(38.71) 0.944 0.624 既往感染 5(19.23) 8(40.00) 未感染 44(26.19) 65(47.10) 分化程度 高分化 1(71.43) 3.589 0.166 2(20.00) 2.945 0.229 中分化 29(23.38) 45(46.88) 低分化/未分化 8(32.00) 10(47.62) 组织学类型 腺癌 35(25.00) 2.288 0.319 54(48.21) 4.675 0.097 粘液腺癌 2(10.52) 2(18.18) 鳞癌/神经内分泌癌 1(25.00) 1(25.00) 大体类型 溃疡型 25(21.56) 9.046 0.011* 40(42.11) 1.715 0.424 隆起型 4(13.33) 8(47.06) 浸润型 9(52.94) 9(60.00) 肿瘤直径 < 5 cm 16(19.51) 1.333 0.248 24(3.75) 2.842 0.092 ≥ 5 cm 22(27.16) 33(52.38) 注:分化程度、组织学类型、大体类型、肿瘤大小直径资料存在缺失,共163例CRC患者纳入同时性结直肠癌肝脏转移统计,共127例CRC患者纳入1 a内结直肠癌肝转移统计;乙肝感染资料存在缺失,共233例患者纳入同时性结直肠癌肝脏转移统计,共189例患者纳入1 a内结直肠癌肝转移统计。*P < 0.05。 为了进一步明确CRLM的影响因素,本研究分析了性别、年龄、CRC病理特征及乙肝感染状况与CRLM的相关性,研究结果显示,CRLM与CRC大体类型具有相关性,浸润型CRC患者发生synCRLM频率高于溃疡型及隆起型患者(P = 0.011),但随着病程时间延长,不同大体类型组1a内发生CRLM未见明显差异(P > 0.05),见表3。CRLM与性别、年龄、肿瘤位置、乙肝感染、分化程度、组织学类型及肿瘤直径大小均无明显相关性(P > 0.05)。
将NRAS突变状态和大体类型纳入二元Logistic回归模型,结果显示NRAS突变是synCRLM的独立危险因素(OR = 9.974,95%CI = 1.838~54.130,P = 0.008);溃疡型(OR = 0.253,95%CI = 0.085~0.754,P = 0.014)和隆起型(OR = 0.167,95%CI = 0.039~0.709,P = 0.015)较浸润型CRC发生synCRLM的风险低。
3. 讨论
CRC的发生发展是环境因素及遗传因素等共同作用的多阶段、多步骤的复杂生物学过程,受多种基因突变、基因表达紊乱及表观遗传改变等的影响。KRAS、NRAS和BRAF作为EGFR信号通路的关键调控基因,在CRC患者的靶向治疗中具有重要的指导作用,并可作为CRC预后的标志物[5-10]。
本研究结果显示KRAS、NRAS和BRAF的突变率分别为45.93%(113/246)、6.10%(15/246)和4.87%(12/246),其突变频率与国内外研究报道相似[11-13],且均以KRAS基因的突变频率最高。目前一些相关研究认为KRAS/NRAS与BRAF突变是互斥的[14],但本研究检出KRAS/BRAF双突变以及NRAS/BRAF双突变各1例,此外,Guo[7]等和白杨等[11]也检出KRAS/BRAF双突变或NRAS/BRAF双突变,提示KRAS及NRAS与BRAF突变并非完全互斥,其共同突变可存在于少数病例中。
肝脏是结直肠癌血行转移最主要的靶器官,CRLM是CRC预后不良和死亡的主要原因,如何尽早确诊或预测CRLM,仍面临重要挑战,KRAS、NRAS和BRAF能否作为CRLM诊断指标目前鲜有相关研究报道。本研究结果显示NRAS基因突变与synCRLM相关,synCRLM在NRAS突变组发生频率较高(P = 0.005),但随着病程时间延长,1 a内发生CRLM在NRAS突变组和野生组未见明显差异(P = 0.155)。二元Logistic回归模型结果显示NRAS突变是synCRLM的独立危险因素,提示NRAS基因突变患者早期较易出现CRLM。在与CRC确诊时TNM分期分析中,NRAS基因突变与远处转移具有相关性,其突变更易出现在有远处转移或Ⅳ期的CRC患者,进一步提示NRAS基因可能参与CRC的早期转移。RAS基因是机体肿瘤中常发生差异突变的主要驱动致癌基因,其致瘤潜能主要归因于自主促进肿瘤细胞增殖和存活,但最近的证据表明RAS原癌基因通过向内皮细胞和髓细胞发出的不同趋化因子集信号介导肿瘤转移[15-16]。尤其是NRAS基因,其突变在高度转移性癌症中较为常见,如原发部位不明的转移性肿瘤和黑色素瘤。Adler等[17]报道NRAS突变的皮肤黑色素瘤患者肝转移、中枢神经体统、肺转移的几率增加。Giannou等[16]研究发现突变或过表达NRAS通过调节白细胞介素-8相关趋化因子的表达促进多种肿瘤细胞肺定植,并认为白细胞介素-8相关趋化因子可能是对抗其他器官癌症肺转移的重要治疗靶点。因此笔者推测,NRAS基因可能通过调节趋化因子的表达促进CRC的早期肝转移或其他远处转移。
尽管KRAS与NRAS同属RAS基因,但本研究结果显示KRAS突变与CRLM无明显相关性(P均 > 0.05)。可能与其在CRC中涉及的转移机制不同相关。Tie等[18]研究发现CRC肝转移率在KRAS突变型与KRAS野生型组无显著差别,与本研究相符,但该团队发现KRAS突变的晚期CRC患者肺转移率及脑转移率更高。此外,本研究结果显示BRAF突变与CRLM不具有相关性;CRC大体类型与早期CRLM相关,浸润型CRC患者发生synCRLM频率相对较高。
综上所述,NRAS突变与synCRLM相关,NRAS突变的CRC患者早期较易出现CRLM,且NRAS突变是synCRLM的独立危险因素。KRAS和BRAF突变与CRLM不具有相关性。对NRAS进行检测不仅在靶向治疗中具有重要的指导作用,在早期CRLM评估中也具有重要的临床指导价值。
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表 1 246例结直肠癌患者 KRAS、NRAS和BRAF基因突变分析
Table 1. Analysis of KRAS,NRAS and BRAF gene mutations in 246 CRC patients
基因名称 检测区域 突变类型 n(%) KRAS 113(45.93) Exon2 G12S、G12D 46(18.70) G12C、G12R、G12V、G12A、G13C 27(10.98) G13D 26(10.57) Exon3 Q61L、Q61R、Q61H 6(2.44) Exon4 K117N、A146T、A146V、A146P 10(4.07) NRAS 15(6.10) Exon2 G12D、G12S 7(2.85) G13R、G12C、G12V、G12A、G13V 3(1.22) Exon3 Q61R、Q61K、Q61L、Q61H 5(2.03) Exon4 A146T 0(0.00) BRAF 12(4.87) Exon15 V600E、V600K、V600R、V600D 12(4.87) 表 2 KRAS、NRAS和BRAF基因突变与结直肠癌TNM分期的关系[n(%)]
Table 2. Relationship between TNM staging and KRAS,NRAS and BRAF gene mutations in CRC [n(%)]
临床参数 n KRAS突变 χ2 P NRAS突变 χ2 P BRAF突变 χ2 P T 1~2 10 6(60.00) 1.825 0.401 1(10.00) 5.755 0.056 0(0.00) 0.945 0.623 3 47 26(55.32) 0(0.00) 1(2.13) 4 106 48(45.28) 7(6.60) 4(3.77) N 0 39 20(51.28) 1.022 0.600 1(2.56) 1.325 0.516 0(0.00) 5.815 0.055 1 71 37(52.11) 5(7.04) 1(1.41) 2 53 23(43.40) 2(3.77) 4(7.55) M 0 117 57(48.72) 0.022 0.883 1(0.85) 11.679 0.001* 3(2.56) 0.008 0.928 1 46 23(50.00) 7(15.22) 2(4.35) TNM分期 Ⅰ 2 2(100.00) 2.955 0.399 0(0.00) 13.077 0.004* 0(0.00) 2.103 0.551 Ⅱ 28 13(46.43) 0(0.00) 0(0.00) Ⅲ 85 42(49.41) 1(1.17) 3(3.53) Ⅳ 48 23(47.92) 7(14.58) 2(4.17) TNM分期病例资料存在缺失,共163例CRC患者纳入统计。*P < 0.05。 表 3 结直肠癌肝转移相关影响因素[n(%)]
Table 3. Related influencing factors of colorectal liver metastases [n(%)]
临床参数 同时性结直肠癌肝脏转移 χ2 P 1a内结直肠癌肝转移 χ2 P KRAS基因 野生型 37(27.82) 0.489 0.484 47(41.96) 1.669 0.196 突变型 27(23.89) 45(51.14) NRAS基因 野生型 55(23.81) 7.797 0.005* 83(44.62) 2.026 0.155 突变型 9(60.00) 9(64.29) BRAF基因 野生型 59(25.21) 0.864 0.353 85(44.73) 1.530 0.216 突变型 5(41.67) 7(70.00) 性别 男 40(27.03) 0.197 0.657 59(49.17) 1.211 0.271 女 24(24.49) 33(41.25) 年龄(岁) ≤57 35(28.23) 0.634 0.426 46(45.54) 0.017 0.896 >57 29(23.77) 46(46.46) 原发部位 右半结肠 4(13.33) 6.017 0.111 8(33.33) 3.849 0.278 左半结肠 12(20.69) 24(52.17) 直肠 48(30.57) 59(45.74) 同时多源性大肠癌 0(0.00) 1(0.00) 乙肝感染 现症感染 10(25.64) 0.579 0.749 12(38.71) 0.944 0.624 既往感染 5(19.23) 8(40.00) 未感染 44(26.19) 65(47.10) 分化程度 高分化 1(71.43) 3.589 0.166 2(20.00) 2.945 0.229 中分化 29(23.38) 45(46.88) 低分化/未分化 8(32.00) 10(47.62) 组织学类型 腺癌 35(25.00) 2.288 0.319 54(48.21) 4.675 0.097 粘液腺癌 2(10.52) 2(18.18) 鳞癌/神经内分泌癌 1(25.00) 1(25.00) 大体类型 溃疡型 25(21.56) 9.046 0.011* 40(42.11) 1.715 0.424 隆起型 4(13.33) 8(47.06) 浸润型 9(52.94) 9(60.00) 肿瘤直径 < 5 cm 16(19.51) 1.333 0.248 24(3.75) 2.842 0.092 ≥ 5 cm 22(27.16) 33(52.38) 注:分化程度、组织学类型、大体类型、肿瘤大小直径资料存在缺失,共163例CRC患者纳入同时性结直肠癌肝脏转移统计,共127例CRC患者纳入1 a内结直肠癌肝转移统计;乙肝感染资料存在缺失,共233例患者纳入同时性结直肠癌肝脏转移统计,共189例患者纳入1 a内结直肠癌肝转移统计。*P < 0.05。 -
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