常见恶性肿瘤致病位点鉴定与风险预测的队列研究

Molecular epidemiology studies have mad a great advance in understanding genetic determinants of tumors over past several years. More than 150 susceptibility loci have been identified by genome-wide association study (GWAS) for at least 20 tumors. However, it is still unknown regarding clinical utility of these loci in the cancer risk prediction in Chinese population. This project is proposed to firstly resequence the GWAS-reported regions using next-generation sequencing (NGS) technology and construct the genetic profile in each region; in order to determine the relationship of these loci with cancers in Chinese population and identify genetic markers, fine-mapping studies are then performed in four common cancers, including lung, gastric, esophageal and breast cancer, by using a large-sample case-control design (more than 3000 pairs for each cancer); molecular biology assays are employed to investigate the potential functions of these genetic variants and determine the causal variants; an established cohort (more than 50,000 participants) followed by prospective follow-ups with a estimated 450,000 person-years is used to evaluate the practical value of genetic markers for cancer risk prediction in Chinese population. The study results in this project may be used to predict individual tumor risk and screen high-risk populations, provide a new tool for early prevention, diagnosis and treatment of cancer, and achieve the national goal that malignant tumors are primarily prevented and early treated and controlled.

近年来，分子流行病学在肿瘤遗传机制研究中取得重大进展，全基因组关联研究（GWAS）在20余种恶性肿瘤中发现150余个肿瘤易感位点（区域），然而这些位点在自然人群肿瘤风险预测中的转化应用价值尚未明确。本项目拟以肺癌、胃癌、食管癌和乳腺癌四种常见恶性肿瘤为切入点，通过二代测序技术对GWAS报道的肿瘤易感区域进行重测序构建遗传图谱，应用大样本病例对照研究设计（四种肿瘤各3000对以上）进行精细定位研究，鉴定各易感区域（位点）与中国人群各肿瘤易感性的关系；应用分子生物学手段探讨易感区域遗传变异的生物学功能，确定致病位点；最后，利用已建立的自然人群队列（5万余人）及其前瞻性随访结果（可达45万人年），评价遗传标志在高危人群肿瘤风险预测中的应用价值。研究结果有望用于个体肿瘤风险预测和高危人群筛查，为实施个体化预防和早诊早治提供理论和技术支持，实现恶性肿瘤"预防为主、防治前移"的国家目标。

本项目以肺癌、胃癌等中国常见恶性肿瘤为切入点，围绕肿瘤易感位点鉴定、易感位点和易感基因致肿瘤发生的生物学机制、以及遗传标志物对高危人群肿瘤风险的预测价值等方面开展了系列研究。项目组通过对肺癌、胃癌等肿瘤易感区域进行靶向捕获和高通量测序，发现了多个肺癌、胃癌独立效应位点。例如，染色体15q25区域存在两个肺癌独立效应位点rs6495304和rs74733525，其中rs6495304在脑组织中调控尼古丁胆碱受体的表达，通过调控吸烟行为影响吸烟者患肺癌的易感性。通过系统整合国内外遗传数据，新发现了8个肺癌、胃癌易感基因（位点）。例如，新发现11q12.2区域的FADS1（rs174548）通过影响多不饱和脂肪酸代谢，在亚洲和欧美人群中影响肺癌发生风险。通过HumanExome Beadchip分型平台，开展了大样本、多阶段的全外显子组关联研究，新发现了多个低频高外显易感基因。例如，BAT2 (p.Pro515Leu)不仅影响肺癌的易感性，还是导致肺癌早发的重要基因，这些错义位点均可通过影响蛋白结构发挥功能。课题组以生物信息学分析为指导，以细胞功能学实验为支撑，对肿瘤易感位点的生物学机制进行了系统深入的研究，发现遗传变异可以通过调控非编码RNA生物学功能、直接影响蛋白结构或远程调控基因表达等方式影响肿瘤的发生风险。例如，rs12740674-T位于miR-1262上游增强子区，可下调肺组织miR-1262表达水平，促进肺癌细胞增殖，从而增加肺癌发生风险；胃癌低频错义位点rs112754928（p.Arg71Trp）可降低促癌基因编码产物SPOCD1蛋白稳定性，降低胃癌细胞系增殖、迁移和浸润能力；而位于胃癌易感区域1p35.2的单倍型rs2799077-rs2799079通过影响增强子活性，调控促癌基因BTN3A2的表达水平，进而影响胃癌易感性。最后，项目组系统评价了遗传因素对中国人群恶性肿瘤发病的贡献度，结果提示胃癌遗传度为20.3%，食管鳞癌为19.9%，结直肠癌16.3%，肺癌15.2%，卵巢癌13.3%，进一步证实遗传在肿瘤发生中的重要性；基于前述研究发现的肺癌等肿瘤易感基因位点，分别构建基于环境因素、遗传因素以及联合环境-遗传因素的3种肿瘤风险预测模型，研究结果发现遗传标志物可显著提高肺癌的风险预测效能。