甲状腺癌基因变异特征及临床管理

如果甲状腺滤泡细胞获得持续激活MAPK信号通路的驱动突变，则肿瘤可发生于甲状腺滤泡细胞。此外，关键基因中特定的额外突变驱动肿瘤向更具侵袭性和分化程度更低的疾病进展。来自患者的甲状腺肿瘤测序数据和实验模型中确定的广泛特异性突变机制，再加上甲状腺癌基因组的简单性，使人们对甲状腺肿瘤生物学有了前所未有的了解。这些知识正逐渐细化为用于对甲状腺癌患者进行分层、管理和治疗的策略。本文综述了甲状腺癌发生发展过程中基因变异的生物学基础。本研究还为如何利用基因组信息来改善甲状腺癌预后、再分化策略和靶向治疗提供了基本原理并讨论了具体的例子。

大多数甲状腺癌是由单一基因变异（通常是BRAF V600E或RAS基因）引起，这些基因变异构成性地激活MAPK信号通路；

BRAF V600E或RAS基因的驱动突变决定了甲状腺肿瘤的多种临床病理特征，包括其组织学、分化水平和转移播散途径；

晚期甲状腺癌通常由BRAF或RAS驱动的克隆进化而来，并通过在特定基因中获得额外的基因变异而变得侵袭性更强和分化程度更低；

甲状腺癌的临床前模型是了解致病突变的潜在机制和生物学后果，并测试新的治疗策略的宝贵工具；

基因组特征有助于细化甲状腺癌患者的预后，并可以预测对诱导再分化策略的反应，以进行后续的放射性碘治疗；

BRAF V600E突变和RET或NTRK融合是可干预的变异，匹配药物被批准用于治疗携带这些基因变异的甲状腺肿瘤患者。

研究背景

起源于甲状腺滤泡细胞（也称为甲状腺细胞）的癌症是相对简单的实体，可以根据其组织学进行分类，但现在越来越多地根据其突变和转录组特征进行分类。2022年WHO甲状腺肿瘤分类包括以下三种滤泡细胞来源的高分化亚型：甲状腺乳头状癌（PTC）、甲状腺滤泡癌（FTC）和甲状腺嗜酸细胞癌（OCA，以前称为Hürthle细胞癌）。这3种亚型统称为分化型甲状腺癌（DTC）。PTC是目前常见的甲状腺癌类型，其次是FTC。当局限于甲状腺时，PTC和FTC通常都有良好的预后，5年生存率接近99%。PTC有多种组织学亚型，包括经典型PTC、高细胞型PTC和滤泡型PTC，可采用包膜或浸润形式。滤泡型PTC，尤其是包膜型，与FTC有一些共同的特征。

甲状腺未分化癌（ATCs）虽然罕见，但总体上是具侵袭性的肿瘤之一，诊断后的中位生存期不到6个月。在形态学特征和预后方面，低分化甲状腺癌（PDTC）和分化型高别甲状腺癌（DHGTC；WHO 2022年分类中的一个新类别）是介于PTC或FTC（下文中，当同时提到这两个肿瘤组织学亚型时，使用“PTC-FTC”）和ATC之间的中间实体，PDTC的5年生存率约为70%。本综述未涉及甲状腺髓样癌（MTCs）。

甲状腺肿瘤的基因组学和生物学特征

引起甲状腺癌发生的突变事件：

癌症基因组图谱（TCGA）研究表明，90%的PTCs是由MAPK通路激活引起。在大多数肿瘤中，这种激活是通过BRAF或RAS癌基因的互斥突变发生，而一部分甲状腺癌是由涉及RTK相关基因（主要是RET）的基因重排引起。

BRAF和RAS突变：

BRAF V600E致癌突变是PTC中常见的变异。BRAF II类变异（即非V600E突变，如BRAF K601E）和BRAF融合发生于少数PTCs。无BRAF突变的PTCs通常有RAS致癌基因突变，与HRAS和KRAS相比，NRAS是主要的亚型。

BRAF V600E或RAS突变的存在决定了甲状腺肿瘤的多种特征。首先，虽然这些相关性不是的，但BRAF V600E驱动的PTCs通常富集于经典PTC和PTC高细胞亚型，而RAS驱动的PTCs通常聚集于滤泡型PTC。其次，这些引发肿瘤的事件在PTCs中建立了特定的转录组特征，TCGA的71-基因表达特征“BRAF V600E-RAS评分”（BRS）是MAPK激活的代表，能捕捉到这些特征。在PTCs中，高度激活的MAPK（由负BRS值定义）与另一个转录组特征“甲状腺分化评分”呈负相关，该特征包括16个与甲状腺功能和碘代谢相关的基因。与RAS样PTCs相比，BRAF V600E样PTCs显示出更高的MAPK激活和更低的甲状腺分化评分。这一差异预示着靶向和放射性碘（RAI）治疗的重要临床影响，这将在本文后面进行讨论。

基因重排：

成人中约5-10%的PTCs由RET重排驱动。RET融合与BRAF或RAS点突变以及BRAF融合相互排斥，这代表了甲状腺细胞激活MAPK通路的另一种机制。RET融合驱动的PTCs显示BRAF V600E样BRS，并且在典型PTC组织学中富集。融合致癌基因的流行率，特别是RET致癌基因，在儿童PTCs和电离辐射诱发的甲状腺肿瘤中更高。

一小部分PTCs由RET以外的涉及RTKs的基因融合驱动，这些重排通常涉及NTRK1、NTRK3或ALK及其各种融合伴侣，并且已被证明可在体内诱发甲状腺肿瘤。总体而言，在BRAF和RAS野生型肿瘤中，RET、NTRK1、NTRK3、ALK或其他激酶基因的重排可远端激活MAPK信号通路。与成人散发性甲状腺癌（-15%）相比，这些基因融合在儿童PTC（60-70%）和辐射诱导的PTC患者（40-70%）中尤其普遍。

FTC相关的驱动变异：

FTCs主要是由RAS基因突变驱动的肿瘤，25%-30%的FTCs可发生该变异，而BRAF V600E和RET融合几乎从未见过。这些关联进一步加强了RAS突变诱导甲状腺肿瘤滤泡生长模式的观察，并将RAS驱动的FTCs和滤泡型PTC作为具有共同特征的实体联系起来。然而，FTCs可以由不涉及MAPK信号的事件引起。约25%的FTCs（和一些滤泡性腺瘤）表达PAX8-PPARγ融合致癌蛋白。一小部分FTCs具有TSHR、PTEN和EIF1AX突变（在FTCs中，每种基因突变的发生率均为5-10%）。TSHR突变也见于功能亢进的甲状腺结节，可导致甲状腺功能亢进。PTEN编码PI3K-AKT通路的负调节因子，其功能缺失突变可能促进通过该通路的无限制信号传导。EIF1AX编码蛋白质翻译起始复合物的一个成员，在5%-20%的FTCs和约5%的滤泡型PTCs中发生突变，并诱导异常翻译。PTEN或EIF1AX突变也可发生于滤泡性腺瘤，这提示它们的癌症起始效能低于其他驱动事件（如BRAF突变）。然而，当与其他特异性MAPK激活事件结合时，PTEN或EIF1AX突变可促进甲状腺癌进展。

DICER1基因编码参与microRNA前体加工的核糖核酸酶，DICER1突变驱动1-2%的甲状腺癌，尤其是具有滤泡型生长模式的甲状腺癌。体细胞DICER1突变集中在RNase IIIb蛋白结构域，并且与经典BRAF和RAS驱动基因相互排斥。这一观察结果强烈提示了一种功能效应，包括广泛的microRNA失调和可能的MAPK激活。DICER1突变与RAS样甲状腺癌相关，因此在FTC中尤其普遍，但也存在于PTC、PDTC、DHGTC和ATC亚群中。在PTC–FTC中，另一个编码microRNA生物发生的基因DGCR8发生突变，进一步加强了该通路在甲状腺癌亚组中的作用。值得注意的是，虽然存在单独的DICER1体细胞突变，但在携带胚系DICER1功能缺失突变的个体中，这些体细胞突变通常代表第二次打击。DICER1的胚系缺陷与DICER1综合征相关，DICER1综合征使人易患良性和恶性甲状腺病变，这可能解释了为什么体系DICER1突变在儿童甲状腺癌患者中更普遍。

总体而言，BRAF、RAS、RET或其他基因变异的克隆性和互斥性支持以下观点：单一变异是大多数PTC-FTCs的关键起始事件。约5-10%的PTC-FTCs缺乏明确的基因驱动因素，可能由局部或臂水平的拷贝数变异（获得和丢失）或关键基因程序的表观遗传学失调引发。然而，构成性MAPK通路在甲状腺癌发生发展中的优势是明显的，并且在PTC-FTCs向高形式（DHGTC、PDTC和ATC）发展过程中，其影响仍然存在。

驱动疾病进展的突变事件：

多层证据表明，大多数晚期甲状腺癌（即DHGTC、PDTC和ATC）可能直接由DTC进化而来，或与DTC有共同的祖先。首先，一些PDTCs和ATCs保留共存的分化良好的成分。其次，BRAF、RAS和RET变异是20多年前在PTC-FTC和PDTC或ATC中发现的。在过去的10年中，NGS技术用于描述甲状腺肿瘤的突变情况，且明确表明大多数晚期癌症保留其驱动躯干突变（通常为BRAF或RAS）。除了这些突变之外，它们在关键基因中还有其他致癌性变异，这些变异的发生率与甲状腺肿瘤亚型的侵袭性相关（ATC具侵袭性，PDTC或DHGTC居中，PTC不具侵袭性）。对ATCs的多个区域及其同时存在的高分化区域进行的全外显子组测序提示，ATCs很早就从高分化肿瘤中分化出来，并且通常共享BRAF或RAS的克隆突变。总体而言，有充分的证据支持肿瘤发生模型，即晚期的甲状腺癌是通过关键基因事件的连续获取和选择，从分化良好的甲状腺癌中产生的，从而导致疾病进化中由突变驱动的连续体。

决定甲状腺癌进展的突变影响对癌症生物学很重要的细胞过程。激活PI3K-AKT通路、破坏p53功能和细胞周期控制、重新表达端粒酶、干扰SWI-SNF染色质重塑复合体和解除对mRNA翻译的调节等过程的突变在甲状腺肿瘤分化程度降低和侵袭性增加的过程中被选择。下文总结了由参与甲状腺癌进展的常见突变引发的机制，这些突变是通过体内甲状腺癌模型揭示的。

PI3K–AKT通路：

如前所述，PI3K信号通路通过PTEN突变在部分滤泡型甲状腺肿瘤的发生中发挥作用，另外PI3K的激活可通过RAS基因突变实现。PDTC和ATC中PI3K通路关键基因（PIK3CA、AKT1和PTEN）的高突变率好地说明了PI3K通路在甲状腺癌进展中的关键作用。PI3K通路也可以通过非突变机制激活，例如microRNA介导的调节。在晚期疾病中，PI3K通路突变表现出特定的共突变模式：例如，PIK3CA和AKT1突变与BRAF V600E相关，相反，PTEN功能缺失突变与RAS和NF1突变相关。

小鼠模型的研究表明，Kras G12D或Hras G12V与甲状腺特异性Pten失活可诱导转移性 FTCs。由Ras基因和Pten驱动的小鼠肿瘤表现出细胞周期蛋白D1和其他基因的过度表达，以及免疫抑制性肿瘤微环境。Pten缺失和Braf V600E联合靶向小鼠甲状腺导致肿瘤向