郑州大学第一附属医院 肿瘤科
河南省预防医学会肿瘤预防与控制专业委员会委员兼秘书
河南省消化医学会大肠癌专业委员会委员兼秘书
博士毕业于英国利物浦大学转化医学系
在英攻读博士期间掌握了蛋白质组学、NGS生物数据分析、肿瘤免疫微环境体外模型建立等技术
目前主要从事消化道肿瘤的临床综合诊疗及临床转化医学研究
发表SCI论文2篇，累计影响因子8.403。承担省级科技厅项目1项。
近年来，结直肠癌（colorectal cancer，CRC）在我国的发病率逐年上升[1, 2]。据国家癌症中心最新数据统计，CRC发病人数为40.8万人/年，成为我国仅次于肺癌发病率第二位的恶性肿瘤；CRC死亡人数为19.6万人/年，在恶性肿瘤中位于第四位[3]。当前，PD-1抑制剂等免疫检查点药物的临床应用显著改善了微卫星高度不稳定（microsatellite instability high，MSI-H）型肠癌的预后，但MSI-H型肠癌仅占全部结直肠恶性肿瘤的不到5%[4]。因此，为更多的肠癌患者探寻能够预测免疫治疗疗效的生物标志物成为研究者的目标之一。
目前，国内外公认的预测免疫治疗疗效的生物标志物有dMMR/MSI-H、TMB-H以及PD-L1表达，但对于具有高度异质性的MSS型肠癌患者而言，其预测价值有限[5]。在肠癌临床精准治疗的不断推进中，随着大panel基因检测在临床中的应用，国内外研究者发现MSS型肠癌并非均对免疫治疗无效。其中，POLE突变的肠癌患者大多预后较好，并且能够从免疫治疗中获益[6]。郑州大学第一附属医院肿瘤科宗红、靳水玲教授团队曾治疗过1例POLE突变的直肠癌患者，其发病年龄为58岁，该患者以“腹痛腹胀10天，停止排便排气2天”收入院，经影像学检查及肠镜（病灶处梗阻未能通过）下活检后，确诊为“直肠癌cT3N2M0 IIIB期 MSS型 KRAS G12S/D突变，伴肠梗阻”。给予禁食、胃肠减压等对症治疗效果不佳，故行“乙状结肠造瘘术”，恢复后一线应用“XELOX”1周期+“XELOX+Bev”4周期，复查CT发现肾上腺转移，PFS为4个月；二线给予“FOLFIRI+Bev”3周期，肿瘤标志物持续增高并出现肝转移，PSF 仅为1.5个月；对直肠病灶进行二次活检并行基因检测，结果提示体细胞KRAS G12S突变及胚系POLE p.S2084F突变，因患者及家属拒绝继续进行化疗，沟通后行“卡瑞丽珠单抗+安罗替尼”治疗，随后，肿瘤标志物逐渐下降至正常范围，定期复查疗效评价SD，期间对肝脏转移病灶进行氩氦刀冷冻消融术局部治疗，三线PFS超过18个月[7]。国内外亦有POLE突变CRC患者从免疫治疗中获益的个案报道及病例系列分析，提示该突变可能成为继dMMR/MSI-H、TMB-H以及PD-L1表达之后预测肠癌患者免疫治疗疗效的有效生物标志物。
POLE基因长63.6kb，位于12号染色体短臂，由49个外显子组成[8]。该基因编码DNA聚合酶POLε，参与DNA新链的复制延长，并能够对发生错配的DNA碱基进行识别和修复。POLE基因核酸外切酶区域的体细胞突变及胚系突变将使其DNA错配修复功能缺失，导致校对缺陷，即：发生错配的DNA无法被识别和修复，错配的DNA在细胞内累积使细胞内基因突变率显著增加，因此TMB明显增高，表现为“超突变”[9]。相关研究结果显示，拥有POLE突变的肿瘤由于“超突变”产生了较多的肿瘤抗原（neoantigens），促使免疫细胞识别、提呈肿瘤抗原、激活机体抗肿瘤免疫功能、诱导包括T淋巴细胞在内的免疫细胞浸润肿瘤微环境，从而对免疫治疗敏感[10]。据此推测在MSS型肠癌中，具有POLE突变的患者预后较好的原因可能是POLE突变导致细胞内基因突变率明显提高，产生了大量的肿瘤相关性抗原，从而激活自身免疫系统，诱导免疫细胞浸润肿瘤微环境，使MSS型肠癌肿瘤微环境的“冷肿瘤”状态转变为“热肿瘤”状态，使免疫检查点抑制剂等免疫治疗药物能够发挥其抗肿瘤效应。
目前，对于POLE突变位点的分型、归类以及不同突变位点对CRC预后及疗效的影响均尚未完全明确。依据突变位点的不同，POLE突变可分为核酸外切酶区域突变（exonuclease domain mutations, EDMs）和非核酸外切酶区域突变(non-exonuclease domain mutations, non-EDMs)。在POLE胚系突变中，约61%为错义突变，其余为剪切突变及删失突变。其中，错义突变比其他类型突变更易导致高突变负荷。现有研究显示，POLE胚系突变中约72%表现为低TMB状态，这些低TMB状态的POLE胚系突变如在疾病发生发展过程中合并POLE体细胞突变，则TMB会明显增高，从而表现为“超突变”。POLE胚系突变中亦存在能够引起高TMB状态的位点，这些位点大多均为POLE EDMs突变，如p.T466A、p.L424V、p.N363K、p.Y458F、p.A456P,根据现有数据将这类POLE胚系突变定义为“致病性胚系突变”。上述病例中的患者为MSS型直肠癌，其POLE突变为胚系突变，突变位点为外显子区域p.S2084F。尽管该位点为non-EDMs且为非热点突变，但该患者仍能从后线应用免疫联合抗血管生成药物治疗中获益，提示POLE胚系突变相关位点对免疫治疗的预测价值尚需进一步探索研究。
在POLE体细胞突变位点中，p.P286R和p.V411L的检出频率最高，也是目前公认的能够引起“超突变”的致病性突变位点，这类突变在CRC中的发生率高于其他类型实体瘤。在POLE突变中，尚存在很大一部分功能及临床意义不清楚的突变位点，暂被归类于“未知意义突变”。尽管如此，发生于核酸外切酶区域的该类POLE突变亦能引起TMB的轻度升高，并且，当存在多个核酸外切酶区域的未知意义POLE突变时，对TMB的升高能够产生叠加效应。一项来自德国的回顾性研究对14229例晚期实体瘤进行分析发现，POLE突变的发生率为3.4%（486例），其中15%为致病性突变、15.9%为良性突变、69.1%为未知意义突变；对68例发生在核酸外切酶区域的POLE突变患者进行分析发现47.1%为致病性突变，8.8%为良性突变，50%为未知意义突变；研究者通过分析对免疫治疗的应答情况发现存在核酸外切酶区域POLE突变的患者更能够从免疫治疗中获益[11]。宗红、靳水玲教授团队对郑州大学第一附属医院2016年1月至2020年12月间确诊的272例进行了NGS检测的CRC进行回顾性分析，发现21例（7.7%）POLE突变，且21例均为体细胞突变，POLE EDMs发生率为2.6%（7/272），POLE non-EDMs发生率为5.1%（14/272）；对TCGA数据库中499例CRC进行分析，POLE突变率为6.6%（33/499），POLE EDMs发生率为1.8%（9/499），POLE non-EDMs发生率为4.8%（24/499）；同时，该研究将21例POLE突变位点同TCGA数据库中499例CRC样本中的POLE突变位点进行了对比分析（图1）[7]。
图1.郑州大学第一附属医院21例POLE突变位点与TCGA数据库中33例POLE突变位点对比。A.郑州大学第一附属医院21例POLE突变位点；B.TCGA数据库中33例POLE突变位点。
POLE突变与dMMR/MSI-H发生的先后顺序目前尚不清楚。2018年发表的一项来自英国的研究，通过分析癌前病变及相应肿瘤的全基因组测序结果发现，在结直肠腺瘤及子宫内膜上皮内瘤变中能够检测出POLE突变，研究者通过进一步分析POLE突变的基因组特征及结直肠癌和子宫内膜癌的驱动基因，发现POLE突变可能发生在肿瘤发生发展过程的早期，并且该突变与微环境中CD8+ T淋巴细胞浸润的程度高度相关[12]。另一项研究发现，66.67%具有POLE突变的肠息肉患者随后发生了CRC，因此建议对肠息肉患者进行基因检测，并对检测出POLE突变的患者进行定期胃肠镜复查[13]。相关基因组学研究显示，致病性POLE体细胞突变导致DNA损伤修复通路中的多个基因发生改变，其中包括BRCA,ATM等，但大多数具有POLE突变的肿瘤微卫星状态为MSS型。对于具有POLE突变的MSI-H型肠癌基因组特征分析表明，其高TMB状态及DNA损伤修复通路相关基因突变可能均归因于致病性POLE体细胞突变[10]。上述研究提示，POLE突变可能发生于肿瘤发生发展的早期，先于dMMR/MSI-H的发生。然而，一项来自欧洲的小样本研究纳入了74例结直肠腺瘤及22例结直肠原位癌进行了POLE突变分析，结果显示POLE突变在低级别腺瘤、高级别腺瘤及原位癌中的发生率分别为12.24%、16.00%及4.55%[14]。另有一项研究发现MSH6、MSH2的功能缺失发生于POLE突变之前[15]。但上述研究结果均受限于样本量，POLE突变与dMMR/MSI-H发生的先后顺序以及POLE突变在肿瘤发生发展过程中的作用机制均需进一步深入研究。
2016年，一项发表于柳叶刀的回顾性研究汇总了多项临床研究数据，共纳入6517结直肠癌病例进行分析，结果显示POLE突变在CRC中的发生率为1%（66/6517），多发生在MSS型肠癌中；同时，研究显示，与POLE野生型相比，POLE突变的肠癌患者具有发病年龄低、男性多见、原发病灶多位于右半结肠、确诊在疾病早期、预后较好的临床特征[6]。一项来自法国的研究分析了数据库种2465例CRC并回顾性分析了420例临床CRC病例，结果显示POLE突变在KRAS/NRAS及BRAF突变型CRC中的检出率高于非选择性CRC群体（5% vs 0.5%，p value＜0.0032）；该研究420例CRC样本中共有11例（2.61%）POLE EDMs突变，临床特征为年轻、男性、左半结肠居多，分子特征为非编码区KRAS突变、MSS型；11例中有2例为低TMB状态，其余为高TMB“超突变”状态[16]。美国一项纳入了499例I-III期可切除的CRC的研究发现，在499例中有9例POLE突变（1.80%），临床特征亦多为年轻、男性、原发病灶位于右半结肠、确诊多在疾病早期[17]。另一项来自日本的研究纳入了1052例CRC发现了4例具有POLE突变(0.38%),临床特征为年轻、右半结肠，分子特征为MSS型，且不存在KRAS、BRAF突变[18]。该研究所纳入的1052例CRC为可手术切除的患者，样本取样存在一定偏倚，且POLE突变仅有4例，因此无法通过该研究相关数据分析归纳POLE突变CRC的特征。相比之下，现有数据显示，POLE突变在我国肠癌中的发生率似乎略高于欧美国家。我国一项泛癌种研究结果显示，POLE突变在CRC中的发生率为3.7%（16/434），该突变在年轻患者中的发生率明显高于大于40岁的患者，并且在MSS型实体瘤及MSI型实体瘤中的发生率相似，具有POLE突变的患者整体预后较好[19]。我国复旦大学附属肿瘤医院开展的一项纳入了295例II期CRC的研究显示，POLE突变在II期肠癌中的检出率为3.1%，临床特征为年轻、右半结肠、MSS型居多、预后较好，虽然数据提示POLE突变中男性、RAS突变型、BRAF野生型、PIK3CA突变型居多，但差异无统计学意义[20]。宗红、靳水玲教授团队开展回顾性研究中，POLE EDMs突变率为2.6%（7/272），平均发病年龄为40岁，4例为男性，6例原发病灶位于左半结肠，5例为MSS/MSI-L型，平均TMB为175.9 Mut/mb；POLE non-EDMs发生率为5.1%（14/272），平均发病年龄为49岁，10例为男性，7例原发病灶位于右半结肠，9例为MSI-H型，平均TMB为24 Mut/mb；POLE EDMs突变及POLE non-EDMs突变患者的预后均好于POLE野生型（图2）[7]。
图2.郑州大学第一附属医院272例CRC样本POLE突变预后分
综合国内外研究结果，POLE突变型CRC的共同临床特征为发病年轻、确诊于疾病早期、男性居多、预后较好，原发病灶部位尚需大样本研究证实。POLE突变在MSS型CRC患者中的发生率高于MSI-H型CRC；POLE突变与KRAS/RAS、BRAF等突变的相关性有待大样本研究分析证实。
未来，POLE突变有望成为继dMMR/MSI-H、TMB-H、PD-L1表达之后的预测CRC患者免疫治疗疗效的生物标志物，但目前其临床应用仍存在以下问题：1.并非所有POLE突变的患者均能从免疫治疗中获益；2.不同位点的POLE突变在肠癌中的生物学意义、临床特征及分子特征尚未完全明确，其临床应用需要对POLE突变中的不同位点进行分型和归类；3.POLE突变在肠癌发生发展中的作用机制，以及POLE突变与dMMR/MSI-H发生的先后顺序尚不清楚，POLE突变是否能够成为独立于dMMR/MSI-H、TMB-H的免疫治疗预测标志物仍需进一步探究。
POLE突变相关的研究正在进行中，我们期待着基础及临床研究的相关结果，希望能够为肠癌患者找到更多具有临床应用价值、能够预测免疫治疗疗效的生物标志物。
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