大數(shù)據(jù)時(shí)代口腔癌精準(zhǔn)診療的思考
黃洪章1, 王成2
1. 中山大學(xué)光華口腔醫(yī)學(xué)院·附屬口腔醫(yī)院口腔頜面外科, 廣東 廣州（510055）;
2. 廣東省口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州（510070）
【摘要】 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)越來(lái)越復(fù)雜、豐富和多樣,生物醫(yī)學(xué)已然進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代。在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下,當(dāng)前主流的循證醫(yī)學(xué)模式可能被精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)模式替代,腫瘤的診療策略也在發(fā)生重大變革。本文將評(píng)述大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下口腔癌精準(zhǔn)診療策略的進(jìn)展,包括口腔癌的篩查、早期診斷、分子分型、預(yù)后判斷和治療方案的選擇、轉(zhuǎn)移和化療敏感性的預(yù)測(cè)等,以期為口腔癌的精準(zhǔn)診療提供新的思路。
【關(guān)鍵詞】 大數(shù)據(jù); 精準(zhǔn)醫(yī)學(xué); 口腔癌; 頭頸腫瘤
【中圖分類號(hào)】 R739.8 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】 2096-1456（2017）05-0273-09
【引用著錄格式】黃洪章, 王成. 大數(shù)據(jù)時(shí)代口腔癌精準(zhǔn)診療的思考[J]. 口腔疾病防治, 2017,25(5): 273-281.
Consideration of precision medicine and big data in oral cancer HUANG Hong-zhang1, WANG Cheng2 1. Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Hospital of Stomatology, Guanghua School of Stomatology, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510055, China
2. Guangdong Key Laboratory of Stomatology, Guangzhou 510070, China
【Abstract】 With the development of computer science and biotechnology, medical data has been dramatically increased and demonstrated the properties of variety and complexity. Biological and clinical researchers now face increasingly large and complex data sets. In the era of big data, strategies of diagnosis and treatment of cancer are gradually changed from evidence-based medicine to precision medicine. The promise of the big data paradigm may affect patients with oral cancer by enabling personalized monitoring, diagnosis and treatment. In this article, we will review the advances of diagnosis and treatment modality in oral cancer based on big data platform, which is mainly focused on oral cancer screening, early detection, molecular classification, prediction of metastasis and chemosensitivity.
【Key words】 Big data; Precision medicine; Oral cancer; Head and neck tumor
【收稿日期】2017?02?07； 【修回日期】2017?03?20
【作者簡(jiǎn)介】黃洪章，教授，博士生導(dǎo)師，E?mail: [email protected]
【基金項(xiàng)目】國(guó)家自然科學(xué)基金（81572661，81202136），廣州市珠江科技新星專項(xiàng)（2014J2200045），國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（精準(zhǔn)醫(yī)
學(xué)）2016YFC0902700
口腔癌是頭頸部常見(jiàn)的惡性腫瘤, 多為鱗狀細(xì)胞癌, 易發(fā)生頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移, 預(yù)后較差, 治療方法主要包括手術(shù)、放療、化療和生物治療等; 腫瘤異質(zhì)性和遺傳不穩(wěn)定性決定了現(xiàn)有的治療模式無(wú)法準(zhǔn)確、全面清除口腔癌細(xì)胞, 導(dǎo)致治療失敗, 出現(xiàn)轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)和耐藥[1]。隨著分子生物學(xué)、高通量測(cè)序和計(jì)算機(jī)技術(shù)在腫瘤研究領(lǐng)域中的應(yīng)用, 腫瘤生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)（big data）應(yīng)運(yùn)而生, 基于大數(shù)據(jù)分析和挖掘的醫(yī)學(xué)知識(shí)正悄然改變著當(dāng)前腫瘤的診療模式, 使得腫瘤的精準(zhǔn)診治成為可能[2]。本文以精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)（precision medicine）為切入點(diǎn), 系統(tǒng)評(píng)述大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下口腔癌精準(zhǔn)診療的研究進(jìn)展和面臨的挑戰(zhàn)。
1 ，大數(shù)據(jù)與腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)
1.1 大數(shù)據(jù)
目前, 大數(shù)據(jù)在國(guó)際上無(wú)嚴(yán)格統(tǒng)一的定義, 其最早由麥肯錫公司提出, 是指一種規(guī)模大到在獲取、存儲(chǔ)、管理、分析方面大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合, 具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模（volume）、快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)（velocity）、多樣的數(shù)據(jù)類型（variety）和價(jià)值密度低（value）四大特征。近年, 大數(shù)據(jù)的內(nèi)涵逐漸擴(kuò)大, 不僅指數(shù)據(jù)本身, 還包括一整套用于收集、存儲(chǔ)、管理、分析大型數(shù)據(jù)和解決復(fù)雜數(shù)據(jù)問(wèn)題的技術(shù)[3]。
1.2 精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)
精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)是以個(gè)體化醫(yī)療為基礎(chǔ), 隨著各種高通量組學(xué)技術(shù)快速進(jìn)步以及生物信息與大數(shù)據(jù)科學(xué)的交叉應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的新型醫(yī)學(xué)概念與醫(yī)療模式; 本質(zhì)指通過(guò)現(xiàn)代遺傳技術(shù)、分子影像技術(shù)、生物信息技術(shù), 對(duì)大樣本人群與特定疾病進(jìn)行生物標(biāo)記物的分析與鑒定, 精確尋找病因和治療靶點(diǎn), 對(duì)疾病不同狀態(tài)和過(guò)程進(jìn)行精確分類, 實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病和患者進(jìn)行個(gè)性化精準(zhǔn)治療的目的[4, 5]。因此, 大數(shù)據(jù)是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的根本和基礎(chǔ)。
1.3 腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)
精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)是未來(lái)醫(yī)學(xué)模式發(fā)展的方向和目標(biāo)。為了推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展, 2015年1月20日, 美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬在國(guó)情咨文報(bào)告中提出精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計(jì)劃, 希望通過(guò)增加醫(yī)學(xué)研究經(jīng)費(fèi)來(lái)推動(dòng)個(gè)體化基因組學(xué)研究, 依照基因信息為癌癥及其它疾病患者制定個(gè)性化治療方案; 2015年1月30日奧巴馬正式推出精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計(jì)劃, 并計(jì)劃投入 2.15 億美元, 以推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展。2015年3月, 我國(guó)科技部召開(kāi)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)戰(zhàn)略專家會(huì)議, 計(jì)劃啟動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)計(jì)劃, 并列為國(guó)家“ 十三五” 健康保障發(fā)展問(wèn)題研究的重大專項(xiàng)。
腫瘤是一種復(fù)雜的多樣性疾病, 在分子遺傳學(xué)上具有極大的異質(zhì)性和遺傳不穩(wěn)定性, 具有相似臨床癥狀和同一病理類型的腫瘤可展現(xiàn)出不同的分子特征, 其治療的效果也不同。
目前, 現(xiàn)有的治療手段往往只對(duì)部分腫瘤患者有效, 而無(wú)法在治療前預(yù)測(cè)不同腫瘤個(gè)體或同一腫瘤個(gè)體在不同治療階段對(duì)特定治療方案的敏感性, 患者往往可能接受無(wú)效治療或過(guò)度治療; 腫瘤精準(zhǔn)診療是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵, 各種組學(xué)研究手段則為實(shí)現(xiàn)腫瘤的精準(zhǔn)診療提供了數(shù)據(jù)支持, 主要包括基因組學(xué)、表觀基因組學(xué)（甲基化組學(xué)、miRNA組學(xué)和其他ncRNA組學(xué)數(shù)據(jù)）、代謝組學(xué)（糖代謝、氨基酸代謝、脂肪代謝等）和微生物組學(xué)等研究方法[6]。
基于上述各種組學(xué)數(shù)據(jù)和患者的臨床資料建立腫瘤精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù), 構(gòu)建腫瘤研究大數(shù)據(jù)平臺(tái), 可推動(dòng)腫瘤早期篩查、診斷和分子分型的發(fā)展, 提高對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移和治療效果預(yù)測(cè)的時(shí)效性, 進(jìn)而更加精準(zhǔn)制定治療計(jì)劃并評(píng)估患者預(yù)后。目前, 國(guó)際上已有數(shù)個(gè)腫瘤大數(shù)據(jù)平臺(tái), 提供海量腫瘤相關(guān)組學(xué)和臨床數(shù)據(jù), 主要包括Oncomine、TCGA、COSMIC和CancerLinQ, 但目前仍無(wú)基于中國(guó)人基因組研究數(shù)據(jù)的腫瘤相關(guān)大數(shù)據(jù)庫(kù)。
2 ，大數(shù)據(jù)與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代口腔癌的篩查和早期診斷
總體而言, 口腔癌患者的五年生存率為50%~60%, 但臨床Ⅰ 期患者的五年生存率可達(dá)80%以上, 而Ⅳ 期患者的五年生存率僅為20%; 遺憾的是, 僅有1/3的患者在診斷時(shí)為臨床早期[7, 8]; 因此, 早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療仍是口腔癌的重要防治策略。但是, 目前針對(duì)口腔癌的篩查和早期診斷缺乏簡(jiǎn)單有效、敏感度和特異性高的篩查手段和分子標(biāo)記物, 隨著測(cè)序和各種組學(xué)（omics）手段廣泛用于口腔癌的研究, 各種分子標(biāo)記物與口腔癌階段性進(jìn)展的關(guān)系越來(lái)越明確, 為口腔癌早期篩查和診斷提供了一些具有較好應(yīng)用前景的分子標(biāo)記物[6]。
2.1 基于腫瘤組織的多組學(xué)研究
測(cè)序和基因組學(xué)相關(guān)研究已證實(shí), 染色體3p、9p的丟失和3q、11q、16p、16q、17p、17q的擴(kuò)增與口腔癌早期癌變密切相關(guān), 位于3q26區(qū)的基因人端粒酶RNA基因（human telomerase RNA gene, hTERC）和SOX2（sex determining region Y-box 2）的擴(kuò)增在口腔癌中較普遍, 并可用于口腔癌的早期篩查和診斷[9, 10, 11]; Grandis JR課題組[12]、Myers JN課題組[13]和TCGA（The Cancer Genome Atlas）[14]相繼采用外顯子測(cè)序技術(shù)鑒定了頭頸鱗癌中重要的突變基因, 包括腫瘤蛋白P53（tumor protein P53, TP53）、細(xì)胞周期依賴性激酶抑制基因2A（cyclin dependent kinase inhibitor 2A, CDKN2A）、 10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因（phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome10, PTEN）、磷脂酰肌醇-4, 5-二磷酸激酶催化亞基α （phosphatidylinositol-4, 5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit alpha, PIK3CA）、HRAS、NOTCH1、干擾素調(diào)節(jié)因子6（interferon regulatory factor 6, IRF6）、腫瘤蛋白P63（tumor protein P63, TP63）、凋亡相關(guān)半胱氨酸肽酶8（apoptosis-related cysteine peptidase, CASP8）、FAT1和F框/WD40域蛋白基因（F-box/WD repeat-containing protein 7, FBXW7）等, 上述基因的改變可應(yīng)用于口腔癌的早期診斷或作為潛在的治療靶點(diǎn)。但以腫瘤組織標(biāo)本整體為研究對(duì)象獲得的海量測(cè)序數(shù)據(jù)并不能反映腫瘤的異質(zhì)性特點(diǎn), 單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)可能幫助解決上述難題, 揭示腫瘤細(xì)胞克隆進(jìn)化的機(jī)制[15]。
表觀基因組學(xué)的研究從另一個(gè)層面揭示了口腔癌發(fā)生發(fā)展的內(nèi)在機(jī)制和分子事件, 為腫瘤篩查和早期診斷提供了新的分子標(biāo)記物, 主要包括DNA甲基化相關(guān)分子標(biāo)記物和miRNA?；诩谆瘻y(cè)序分析和miRNA芯片分析, 目前已有諸多學(xué)者研究口腔癌相關(guān)的DNA甲基化圖譜和miRNA差異表達(dá)譜, 初步獲得多個(gè)潛在的分子標(biāo)記物。Cheng等[16]研究證實(shí)鋅指蛋白582（zinc finger protein 582, ZNF582）和配對(duì)盒基因1（paired box1, PAX1）甲基化狀態(tài)可用于鑒別口腔黏膜異常增生和口腔癌, 作為口腔癌篩查和早期診斷的分子標(biāo)記物, 而P16啟動(dòng)子區(qū)域甲基化狀態(tài)可作為口腔黏膜早期惡變的預(yù)測(cè)因子[17]; Towle等[18]則利用甲基化芯片檢測(cè)口腔癌前病變和口腔癌組織中DNA甲基化情況, 證實(shí)死亡相關(guān)蛋白激酶1（death associated protein kinase 1, DAPK1）、Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子3（runt related transcription factor 3, RUNX3）和分泌型卷曲相關(guān)蛋白4（secreted frizzled related protein 4, SFRP4）啟動(dòng)子區(qū)域甲基化是口腔癌癌變的重要分子事件; 但是, 目前尚缺乏口腔黏膜癌變過(guò)程中全基因組甲基化狀態(tài)的數(shù)據(jù)和相關(guān)研究。
miRNA組學(xué)研究獲得的口腔癌早期篩查和診斷的分子標(biāo)記物主要有miR-21、miR-181b、miR-345、miR-375、miR-196a和miR-196b等[19]; 蛋白質(zhì)組學(xué)研究則發(fā)現(xiàn)Cornulin、Myoglobin和S100鈣結(jié)合蛋白A8（S100 calcium-binding protein A8, S100A8）及活化蛋白C激酶1受體（receptor of activated protein C kinase 1, RACK1）可作為口腔癌早期診斷的潛在分子標(biāo)記物[20, 21]。Yonezawa等[22]通過(guò)代謝組學(xué)研究證實(shí)糖酵解途徑代謝產(chǎn)物在頭頸鱗癌組織中較非腫瘤性組織下調(diào), 而纈胺酸、酪氨酸、絲氨酸、蛋氨酸的含量較非腫瘤性組織上調(diào); Srivastava等[23]則證實(shí)乳酸、膽堿磷酸、膽堿在口腔癌組織中上調(diào), 而多不飽和脂肪酸（poly-unsaturated fatty acid, PUFA）和肌酸在口腔癌組織含量下降, 根據(jù)上述代謝產(chǎn)物的變化情況, 可為口腔癌早期篩查和診斷提供新的線索。上述系列研究證實(shí), 基于各種組學(xué)研究結(jié)果, 檢測(cè)組織中特異的分子標(biāo)記物或分子表達(dá)譜可用口腔癌早期篩查。
2.2 基于液體活檢的多組學(xué)研究
此外, 近年來(lái)液體活檢（liquid biopsy）作為一項(xiàng)革命性技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于腫瘤的診療過(guò)程中, 具有廣闊的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值[24, 25]。
液體活檢廣義上指對(duì)以血液為主的非固態(tài)生物組織進(jìn)行取樣和分析, 是一種新興的疾病診斷和監(jiān)測(cè)工具, 與傳統(tǒng)的組織活檢相比, 具有迅速、便捷、損傷性小、可實(shí)時(shí)監(jiān)控等眾多優(yōu)點(diǎn); 狹義的液體活檢針對(duì)腫瘤診斷與治療領(lǐng)域, 是指通過(guò)檢測(cè)血液中的循環(huán)腫瘤細(xì)胞（circulating tumor cell, CTC）、循環(huán)腫瘤DNA（circulating tumor DNA, ctDNA）、循環(huán)miRNA和腫瘤細(xì)胞外泌體（exosomes）等, 用于癌癥早期篩查和診斷、精準(zhǔn)治療、實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)后判斷。
此外, 通過(guò)組學(xué)研究手段檢測(cè)血液中ctDNA、CTC或外泌體的遺傳信息同樣有助于腫瘤分子診斷、分子分型, 并可分析用藥后患者腫瘤細(xì)胞的突變情況, 實(shí)時(shí)調(diào)整治療方案。
2.2.1 CTC和ctDNA
目前, 有關(guān)口腔癌CTC和ctDNA的相關(guān)研究尚處于起始階段, 有研究證實(shí)在頭頸鱗癌患者外周血中可檢測(cè)出CTC, 可用于遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移篩查和預(yù)測(cè), 但尚無(wú)基于頭頸鱗癌CTC單細(xì)胞測(cè)序和相關(guān)組學(xué)研究[26, 27]; Wang等[28]研究證實(shí)頭頸鱗癌患者ctDNA中能穩(wěn)定檢測(cè)出TP53、PIK3CA、CDKN2A、HRAS和NRAS的突變; 也有研究則發(fā)現(xiàn)TP53（72%）、PIK3CA（30%）、FAT1（23%）和CDKN2A（22%）是頭頸鱗癌的關(guān)鍵突變, 提示ctDNA檢測(cè)可用于口腔癌的早期篩查和診斷[14]。
相對(duì)于CTC和ctDNA, 針對(duì)唾液的相關(guān)研究為口腔癌提供了更方便、簡(jiǎn)單和無(wú)創(chuàng)的活檢手段, 我們稱之為唾液活檢（saliva biopsy）。
已有研究證實(shí)唾液中含有諸多腫瘤相關(guān)分子標(biāo)記物, 包括蛋白、DNA、miRNA和各種代謝產(chǎn)物等[29]。Wang等[28]研究發(fā)現(xiàn), 在頭頸腫瘤患者血漿和唾液中均可穩(wěn)定檢出腫瘤特異DNA, 口腔癌患者血漿中ctDNA檢出率為80%, 而唾液中腫瘤特異DNA檢出率為100%, 提示對(duì)于口腔癌患者, “ 唾液活檢” 可能優(yōu)于常規(guī)的液體活檢。
加州大學(xué)洛杉磯分校David Wong研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)唾液開(kāi)展了系列組學(xué)研究, 通過(guò)轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)白細(xì)胞介素8（interleukin 8, IL-8）、白細(xì)胞介素1β （interleukin 1β , IL-1β ）、雙特異性磷酸酶1（dual specificity phosphatase 1, DUSP1）、A激酶錨定蛋白13（A-kinase anchoring protein 13, AKAP13）、鳥(niǎo)氨酸脫羧酶抗酶1（ornithine decarboxylase antizyme 1, OAZ1）、S100鈣結(jié)合蛋白P（S100 calcium binding protein P, S100P）和亞精氨N1乙酰轉(zhuǎn)移酶（spermidine/spermine N1-acetyltransferase, SAT）在口腔癌患者唾液中表達(dá)上調(diào), 上述唾液分子標(biāo)記物診斷口腔癌的敏感度和特異度均為91%[30]。
基于唾液蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn), Mac-2結(jié)合蛋白（Mac-2 binding protein, M2BP）、遷移抑制因子相關(guān)蛋白14（migration inhibitory factor-related protein, MRP14）、CD59、過(guò)氧化氫酶（catalase）、抑絲蛋白（profilin）組合可用于口腔癌診斷, 其特異度為90%, 敏感度為83%[31]。Yu等[32]通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)研究證實(shí)唾液蛋白基質(zhì)金屬蛋白酶1（matrix metallopeptidase 1, MMP-1）、激肽原1（kininogen-1, KNG1）、膜聯(lián)蛋白A2（annexin A2, ANXA2）、熱休克蛋白A5（heat shock protein A5, HSPA5）用于口腔癌早期診斷的敏感度為87.5%, 特異度為80.5%。基于唾液miRNA組學(xué)研究發(fā)現(xiàn), miR-184[33]和miR-27b[34]可用于口腔癌早期診斷, miR-200a和miR-125在口腔癌患者唾液中下調(diào), 可用于口腔癌篩查[35]。
上述研究提示“ 唾液活檢” 可作為一種無(wú)創(chuàng)的手段用于口腔癌篩查, 但是, 如何建立唾液組學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái), 整合分析口腔癌患者唾液組學(xué)數(shù)據(jù)和臨床資料, 獲得可用于口腔癌篩查和早期診斷的唾液分子表達(dá)譜亟待解決。
因此, 基于腫瘤組織和體液樣本的多組學(xué)研究可獲得用于口腔癌篩查和診斷的分子標(biāo)記物, 具有廣闊的市場(chǎng)和臨床應(yīng)用前景。口腔癌液體活檢相關(guān)研究處于初級(jí)階段, 但已較常規(guī)組織活檢顯示出巨大優(yōu)勢(shì), “ 唾液活檢” 是最具口腔特色的前沿技術(shù), 不僅可以用于口腔癌診療, 還可用于全身其他腫瘤的診療, 是最無(wú)創(chuàng)的活檢技術(shù)之一, 并可實(shí)現(xiàn)腫瘤實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
3， 大數(shù)據(jù)與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代口腔癌的分子分型
腫瘤的本質(zhì)是遺傳不穩(wěn)定性和異質(zhì)性, 同一腫瘤中可以存在很多具有不同的基因型或者亞型的腫瘤細(xì)胞, 這種腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性是癌癥產(chǎn)生抗藥性、轉(zhuǎn)移的主要原因。Ling等[36]基于測(cè)序研究估算, 一個(gè)直徑約3.5 cm的腫瘤中攜帶了上億個(gè)基因編碼區(qū)的突變, 異質(zhì)性和遺傳不穩(wěn)定性決定同一組織來(lái)源的腫瘤, 其治療方案應(yīng)該不同, 同一個(gè)體的腫瘤組織在不同階段其治療方案也應(yīng)不同, 否則將無(wú)法有效殺滅具有先天性或獲得性耐藥的腫瘤細(xì)胞。因此, 基于腫瘤細(xì)胞不同的分子特征對(duì)其進(jìn)行分類, 將有效提高腫瘤治療的準(zhǔn)確性和效果。
腫瘤分子分型是指基于組學(xué)研究, 對(duì)所獲得的生物信息學(xué)的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析, 根據(jù)不同的分子特征將腫瘤分成不同的亞型, 這些亞型表現(xiàn)出顯著差異的基因組特征, 結(jié)合其相應(yīng)的組織病理學(xué)和臨床特征, 將有助于指導(dǎo)靶向藥物的研發(fā)和針對(duì)這些特定腫瘤亞型進(jìn)行個(gè)體化治療。一般而言, 腫瘤在DNA水平可以依據(jù)基因突變、多態(tài)性、基因組的細(xì)胞遺傳學(xué)改變或甲基化差異進(jìn)行分型; 在蛋白質(zhì)水平, 可以根據(jù)蛋白質(zhì)表達(dá)譜的差異、亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白組成的不同或蛋白質(zhì)翻譯后修飾的改變來(lái)進(jìn)行分型; 在RNA水平可根據(jù)mRNA和ncRNA表達(dá)譜進(jìn)行分型。腫瘤的分子分型可能顛覆現(xiàn)有腫瘤的診療模式, 將從形態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)的分類轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑肿犹卣鳛榛A(chǔ)的新分類, 基于不同分子分型, 給予不同治療; 而且可以依據(jù)液體活檢結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整治療方案, 以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治療。目前, 臨床上尚無(wú)明確的口腔癌分子分型方法, 但基于基因組學(xué)研究, 已有學(xué)者提出以下4種頭頸鱗癌的分子分型方法, 包括Belbin分子分型、Chung分子分型、Walter分子分型、Loris分子分型。
3.1 Belbin分子分型
Belbin分子分型于2002年由Belbin等[37]根據(jù)基因組學(xué)研究提出, 共檢測(cè)出9 216個(gè)基因, 篩選驗(yàn)證375個(gè)基因, 根據(jù)細(xì)胞分化程度、預(yù)后和患者年齡及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β （transforming growth factor β , TGF-β ）表達(dá)和血清癌胚抗原（carcino-embryonic antigen, CEA）水平分將頭頸鱗癌分為兩個(gè)亞型：GroupⅠ 為細(xì)胞分化差、預(yù)后差的年輕患者, 高表達(dá)TGF-β 和血清CEA; GroupⅡ 預(yù)后較好。
3.2 Chung分子分型
2004年, Chung等[38]利用基因芯片共檢測(cè)60例頭頸鱗癌組織標(biāo)本中12 814個(gè)基因, 篩選驗(yàn)證582個(gè)基因, 提出將頭頸鱗癌分為4個(gè)分子亞型：Ⅰ 型為基底細(xì)胞樣, 胎盤(pán)鈣粘蛋白（P-cadherin）、層粘連蛋白2 （laminin 2）、腦肽A1（brain peptide A1, BPA-1）、激肽釋放酶10 （Kallikrein 10）、Ⅹ Ⅶ 型膠原α （Collagen Ⅹ Ⅶ α ）等基因上調(diào), 基因表達(dá)與表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor, EGFR）信號(hào)通路密切相關(guān), 患者預(yù)后最差; Ⅱ 型為間質(zhì)細(xì)胞型, Vimentin、Syndecan、Lysyl oxidase和Collagen subunits等基因高表達(dá), 基因表達(dá)與上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)變（epithelial-mesenchymal transition, EMT）信號(hào)通路相關(guān), 提示腫瘤細(xì)胞發(fā)生EMT, 患者預(yù)后較差; Ⅲ 型為正常上皮型, 基因表達(dá)與正常上皮類似, 預(yù)后較好; Ⅳ 型為抗氧化型, 抗氧化酶表達(dá)上調(diào), 患者預(yù)后較好。該分類奠定了頭頸鱗癌分子分型的基礎(chǔ), 為目前頭頸鱗癌較為公認(rèn)的一種分子分型方法。
3.3 Walter分子分型
Walter等[39]則在2013年提出將頭頸鱗癌分為基底型（basal, BA）、間質(zhì)型（mesenc hymal, MS）、非典型（atypical, AT）和經(jīng)典型（classical, CL）?；仔椭孝?Ⅶ 型膠原α （collagen type Ⅹ Ⅶ alpha 1 chain, COL17A1）、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子α （transforming growth factor alpha, TGFA）、EGFR和TP63等高表達(dá); 間質(zhì)型中EMT相關(guān)基因表達(dá)上調(diào), 包括Vimentin、肌間線蛋白（desmin, DES）、TWIST和肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子（hepatocyte growth factor, HGF）; 非典型具有人乳頭狀病毒（human papilloma virus, HPV）陽(yáng)性頭頸腫瘤的特征, CDKN2A、DNA連接酶1 （DNA ligase 1, LIG1）和復(fù)制蛋白A2（replication protein A2, RPA2）表達(dá)上調(diào); 經(jīng)典型有典型的吸煙史, 阿爾多酮還原酶家族1成員C1/3 （aldo-keto reductase family 1 member C1/3, AKR1C1/3）、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶2（glutathione peroxidase 2, GPX2）和核因子E2L2（nuclear factor, erythroid 2 like 2, NFE2L2）等藥物代謝相關(guān)基因表達(dá)上調(diào); 其基因表達(dá)模式與Chung分型中的Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ 型相對(duì)應(yīng), 但對(duì)預(yù)后預(yù)測(cè)與Chunag分型不一致, 需結(jié)合HPV感染情況分析。
3.4 Loris分子分型
2015年Loris等[40]基于基因組學(xué)研究和Meta分析建立了頭頸鱗癌新的分子分型系統(tǒng), 該研究納入分析20個(gè)數(shù)據(jù)集, 138個(gè)正常組織標(biāo)本和1 386個(gè)腫瘤組織標(biāo)本, 并將基因組學(xué)數(shù)據(jù)和患者的臨床病理學(xué)資料全面分析、比較, 提出頸鱗癌可分為以下6個(gè)亞型：Class1 為HPV樣（HPV like）, 多為HPV陽(yáng)性的口咽癌患者, HPV和細(xì)胞增殖相關(guān)基因表達(dá)上調(diào); Class2為間質(zhì)型（mesenchymal）, 基因表達(dá)與EMT、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和血管再生有關(guān), Wnt和Notch信號(hào)通路激活, EGFR、RAS、TGF-β 和Cyclin D1信號(hào)通路相關(guān)基因表達(dá)上調(diào); Class3為低氧相關(guān)型（hypoxia associated）, 富集低氧相關(guān)和藥物代謝相關(guān)基因, beta-catenin信號(hào)通路激活, EGFR、RAS、TGF-β 和Cyclin D1信號(hào)相關(guān)基因表達(dá)同樣上調(diào); Class4為防御反應(yīng)相關(guān)型（defense response）, 富集免疫反應(yīng)、干擾素相關(guān)基因, 間變性淋巴瘤激酶（anaplastic lymphoma kinase, ALK）信號(hào)通路激活; Class5為經(jīng)典型（classical）, 富集煙草和藥物代謝相關(guān)基因, Wnt和E2F轉(zhuǎn)錄因子3（E2F transcription factor 3, E2F3）激活, 患者具有典型的吸煙史; Class6為免疫反應(yīng)型（immunoreactive）, 富集免疫系統(tǒng)和細(xì)胞自穩(wěn)相關(guān)基因, ALK信號(hào)通路激活。上述6個(gè)亞型中, 間質(zhì)型和低氧相關(guān)型頭頸鱗癌患者的預(yù)后最差, HPV樣頭頸鱗癌患者預(yù)后最好。
上述研究證實(shí), 基于基因組學(xué)數(shù)據(jù)可對(duì)口腔癌進(jìn)行分子分型, 但上述4種分型方法均未在臨床驗(yàn)證和應(yīng)用, 缺乏指導(dǎo)意義。此外, 基因組數(shù)據(jù)無(wú)法全面反映腫瘤生物學(xué)特性, 目前尚無(wú)基于整合分析多個(gè)組學(xué)數(shù)據(jù)和患者臨床資料建立的分子分型系統(tǒng)。因此, 整合分析結(jié)合臨床資料的口腔癌相關(guān)大數(shù)據(jù), 建立新的口腔癌分子分型系統(tǒng)亟待解決, 將腫瘤的表型和基因型結(jié)合以實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的分類。
4， 大數(shù)據(jù)與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代口腔癌的治療
目前, 口腔癌的主要治療手段有手術(shù)、放療、化療和生物治療, 精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的核心要求是判斷哪些患者能夠從不同的治療模式中獲益。
4.1 早期口腔癌
早期口腔癌一般采用手術(shù)治療或放療, 一般均能取得較好的治療效果, 但據(jù)統(tǒng)計(jì), 20%~40%的早期口腔癌患者可發(fā)生隱匿性頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移, 而T1, 2cN0的早期口腔癌患者是否需要行選擇性頸淋巴清掃術(shù)仍無(wú)定論, 并長(zhǎng)期困擾著頭頸腫瘤外科醫(yī)生。因此, 如何精準(zhǔn)預(yù)測(cè)早期口腔癌隱匿性頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移, 對(duì)制定治療計(jì)劃和判斷預(yù)后至關(guān)重要, 此為患者是否應(yīng)該接受選擇性頸淋巴清掃術(shù)的基礎(chǔ); 而基因測(cè)序和組學(xué)研究提供了可能用于預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移和指導(dǎo)手術(shù)的分子標(biāo)記物。
已有研究報(bào)道口腔癌患者區(qū)域淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況可用基因預(yù)測(cè), 如：聯(lián)合應(yīng)用皮肌動(dòng)蛋白基因（cortactin, CTTN）、基質(zhì)金屬蛋白酶9（matrix metallopeptidase 9, MMP-9）基因和EGFR可用于預(yù)測(cè)口腔癌患者頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移; 聯(lián)合應(yīng)用CTTN、真核細(xì)胞翻譯延伸因子1α 1（eukaryotic translation elongation factor 1 alpha 1, EEF1A）和MMP-9可用于預(yù)測(cè)淋巴包膜外擴(kuò)散[41]。Thangara等[42]則證實(shí)細(xì)胞外基質(zhì)降解和EMT信號(hào)通路的特征分子表達(dá)譜可用于口腔癌轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)和預(yù)后判斷。
張志愿院士研究團(tuán)隊(duì)則發(fā)現(xiàn)微纖絲相關(guān)蛋白5（microfibrillar associated protein 5, MFAP5）和肌鈣蛋白C1（troponin C1, TNNC1）可預(yù)測(cè)早期舌鱗癌隱匿性頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移, 并可用于預(yù)后判斷[43]; Jessen等[44]以腫瘤芽（tumor budding）為研究對(duì)象, 基于轉(zhuǎn)錄組和miRNA組學(xué)整合分析, 發(fā)現(xiàn)TGF-β 信號(hào)通路相關(guān)的EMT基因和miRNA表達(dá)譜可用于預(yù)測(cè)口腔癌患者頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和患者預(yù)后。
本課題組利用基因芯片研究證實(shí), EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Snai2和EZH2與口腔癌患者頸淋巴轉(zhuǎn)移密切相關(guān), 并用于判斷患者預(yù)后[45, 46]。同時(shí), 本課題組也以腫瘤芽（tumor budding）為切入點(diǎn), 證實(shí)腫瘤芽（tumor budding）與口腔癌EMT密切相關(guān), 并可預(yù)測(cè)口腔癌患者頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、隱匿性頸淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移并判斷患者預(yù)后, 進(jìn)一步以miRNA組學(xué)為切入點(diǎn), 證實(shí)聯(lián)合miR-320a和腫瘤芽（tumor budding）用于患者預(yù)后判斷[47, 48, 49]。
因此, 對(duì)具有上述分子特征的容易發(fā)生轉(zhuǎn)移的早期口腔癌, 可選擇行頸淋巴清掃術(shù)。此外, CTC和ctDNA對(duì)口腔癌轉(zhuǎn)移的預(yù)測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)也具有重要意義, 應(yīng)用液體活檢技術(shù)實(shí)現(xiàn)早期口腔癌的精準(zhǔn)治療同樣具有廣闊的發(fā)展前景。
4.2 晚期口腔癌
晚期口腔癌則主要采用多學(xué)科協(xié)作的綜合治療, 手術(shù)仍是治療的核心手段, 機(jī)器人手術(shù)為口腔癌手術(shù)的精準(zhǔn)化提供了契機(jī), 視野放大、精細(xì)操作等優(yōu)勢(shì)使得手術(shù)操作的精準(zhǔn)度越來(lái)越高; 數(shù)字化外科技術(shù)使得手術(shù)切除和重建更為精準(zhǔn), 患者的形態(tài)和功能恢復(fù)更佳。
化療則是晚期口腔癌的主要治療手段之一, 也是大數(shù)據(jù)和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代口腔癌治療發(fā)展的重點(diǎn)。有效的術(shù)前誘導(dǎo)化療和（或）術(shù)后化療能夠提高腫瘤的局部控制率和患者的生存率, 然而腫瘤細(xì)胞的耐藥性往往導(dǎo)致化療失敗, 給患者帶來(lái)不必要的毒副作用, 延誤治療時(shí)機(jī)而最終出現(xiàn)復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移, 因此, 如何精準(zhǔn)預(yù)測(cè)腫瘤細(xì)胞對(duì)化療的敏感性以保證化療的有效性, 無(wú)疑對(duì)患者臨床治療效果和生存率都具有十分重要的意義。
腫瘤的異質(zhì)性和遺傳不穩(wěn)定性可導(dǎo)致先天性和獲得性耐藥出現(xiàn), 基于大數(shù)據(jù)分析策略, 在化療前可利用腫瘤分子分型或分子特征預(yù)測(cè)腫瘤細(xì)胞對(duì)不同化療藥物的敏感性, 在化療過(guò)程中可采用液體活檢實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)化療效果和腫瘤細(xì)胞新的獲得性突變和耐藥情況, 及時(shí)識(shí)別患者對(duì)特定治療的反應(yīng), 調(diào)整化療藥物和方案, 從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化療。
Loris等[40]在其分子分型系統(tǒng)的基礎(chǔ)上, 利用Genomics Drug Sensitivity Project系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)[50]分析了6種不同亞型頭頸鱗癌的化療藥物敏感性, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)Class1對(duì)紫杉醇敏感, Class2宜采用Z-LLNle-CHO治療, Class3對(duì)阿法替尼（Afatinb）最為敏感, Class4和Class6對(duì)Nutlin3a敏感, Class5對(duì)雷帕霉素最敏感。該分子分型首次為頭頸鱗癌化療方案的選擇提供了指導(dǎo)。
此外, 口腔癌患者的全基因組測(cè)序結(jié)果可用于預(yù)測(cè)不同藥物的化療敏感性, TP53在頭頸腫瘤中的突變最常見(jiàn), 超過(guò)一半的頭頸鱗癌患者存在TP53的突變, 其突變可導(dǎo)致順鉑和5-FU化療耐藥, 是預(yù)測(cè)口腔癌鉑類藥物化療敏感性的重要指標(biāo)[51, 52]。
PIK3CA是PI3K信號(hào)通路的關(guān)鍵基因, 在頭頸腫瘤中的突變也較常見(jiàn), PIK3CA突變提示腫瘤細(xì)胞對(duì)mTOR/PI3K 抑制劑（BEZ-235）更為敏感[53, 54], 而MAPK1E322K突變的頭頸鱗癌患者對(duì)埃羅替尼（erlotinib）更為敏感[55, 56], D型受體型蛋白絡(luò)氨酸磷酸酶（protein tyrosine phosphatase, receptor type D, PTPRD）突變則可預(yù)測(cè)頭頸鱗癌對(duì)信號(hào)傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因3（signal transducer and activator of transcription 3, STAT3）抑制劑的敏感性[57]。上述研究證實(shí)：針對(duì)患者的全基因組測(cè)序結(jié)果可預(yù)測(cè)各種藥物的敏感性, 為口腔癌治療提供個(gè)體化治療方案, 提高化療的準(zhǔn)確性。
綜上所述, 在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下, 手術(shù)和化療均向精準(zhǔn)化發(fā)展, 但多學(xué)科治療模式仍是口腔癌治療的主要方法; 因此, 如何在手術(shù)、放療、化療和生物治療等多學(xué)科治療模式下找到針對(duì)個(gè)體患者的最優(yōu)治療方案成為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的重要挑戰(zhàn)。
5 展望與挑戰(zhàn)
5.1 展望
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用, 奠定了數(shù)字化醫(yī)學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ), 大數(shù)據(jù)與生物醫(yī)學(xué)的結(jié)合是數(shù)字化醫(yī)學(xué)發(fā)展的必然, 推動(dòng)了醫(yī)學(xué)模式的革命和創(chuàng)新, 促進(jìn)了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和個(gè)體化診療的發(fā)展。
精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的提出匯集了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科技發(fā)展的前沿科技與知識(shí), 體現(xiàn)了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展趨勢(shì), 是提高腫瘤治療效果的希望, 而腫瘤大數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)這一愿望的基礎(chǔ)。在未來(lái), 大數(shù)據(jù)是人們獲得新知識(shí)、創(chuàng)造新價(jià)值的源泉, 數(shù)據(jù)就是資源, 其核心在于預(yù)測(cè)和探索事物的相關(guān)性。可以預(yù)見(jiàn), 在大數(shù)據(jù)時(shí)代, 口腔領(lǐng)域的唾液活檢將迎來(lái)革命性發(fā)展, 口腔腫瘤與唾液解剖上密切相關(guān), 唾液容易獲取、轉(zhuǎn)運(yùn)、保存, 建立基于唾液研究的口腔癌大數(shù)據(jù)平臺(tái)可開(kāi)創(chuàng)“ 唾液活檢” 時(shí)代。
目前, 加州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)建立了唾液組學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò), 包括Saliva Ontology和SdxMart兩大功能模塊, 不同研究者間以及唾液組學(xué)與其他系統(tǒng)組學(xué)間的數(shù)據(jù)可以相互對(duì)接, 以實(shí)現(xiàn)在蛋白組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、非編碼小RNA組學(xué)、代謝組學(xué)等層面查找口腔癌分子標(biāo)記物, 整合并共享唾液組學(xué)研究數(shù)據(jù)與臨床資源, 促進(jìn)基礎(chǔ)研究成果向臨床精準(zhǔn)醫(yī)療的轉(zhuǎn)化。
5.2 挑戰(zhàn)
大數(shù)據(jù)和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)本身也存在著一定局限性和缺點(diǎn)。首先, 并非所有的癌癥都可以找到驅(qū)動(dòng)腫瘤發(fā)生發(fā)展的核心突變基因, 而找到相關(guān)驅(qū)動(dòng)突變基因后, 可用于精準(zhǔn)治療的靶向藥物有限, 單一藥物也無(wú)法完全阻斷腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移, 聯(lián)合用藥的副作用問(wèn)題仍需進(jìn)一步解決[58, 59]; 其次, 腫瘤進(jìn)化上的異質(zhì)性和遺傳不穩(wěn)定性決定現(xiàn)有的精準(zhǔn)診療手段也只是靶向殺滅或抑制部分腫瘤細(xì)胞; 再次, 盡管測(cè)序費(fèi)用逐年下降, 但應(yīng)用在整個(gè)精準(zhǔn)診療過(guò)程中的費(fèi)用仍然十分昂貴, 極大限制了精準(zhǔn)診療在臨床上的廣泛應(yīng)用; 最后, 大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、整合、分析仍面臨重重困難, 數(shù)據(jù)的安全、倫理、隱私等問(wèn)題也亟待國(guó)家立法保障。
來(lái)源：黃洪章，王成 口腔疾病防治雜志
