对分子生物学不同阶段的发现，改变了对结直肠癌（CRC）的认知和治疗，从早期的kras的单基因指导模式到NGS检测技术带来的多基因模式，再到目前的多分子模式，特别是MSI-H的发现开启了结直肠癌的免疫治疗时代。本文再次谈及错配修复缺失及微卫星不稳定，进一步梳理其中的概念和应用。
中国人民解放军总医院肿瘤医学部 肿瘤内科
导师：戴广海
中国研究型医院学会精准医学与肿瘤MDT专委青年委员
中国医师协会结直肠肿瘤MDT专委会青年委员
主要研究方向：消化道肿瘤综合治疗为主
微卫星不稳定的发现和认识
1993，Lauri A. Aaltonen等[1]人对家族性癌症的分子特征与散发性结肠癌的分子特征进行了比较，发现家族性和散发性癌症均未表现出染色体杂合性的缺失，并且两组肿瘤中 KRAS、P53 和 APC 的突变发生率相似。然而，大多数家族性癌症在短的DNA 重复序列中有广泛的改变，这表明在肿瘤发展过程中发生了许多复制错误。13% 的散发性癌症具有相同的异常，并且这些癌症与家族性病例相关。这些数据表明家族性肿瘤发生的机制不同于经典的肿瘤抑制基因介导的机制。这些短串联重复序列（STR或SSRs）又称微卫星，是由一个长度在1个到6个碱基的序列的重复组成，是分布在基因组编码区和非编码区的重复DNA序列。常见的重复序列为双碱基CA/GA或单碱基A/T等。SSRs 非随机分布在蛋白质编码区，UTR 和内含子区，可能为原核生物快速适应环境变化提供分子基础。大量数据表明，蛋白质编码区的 SSR 扩增和/或缩短可通过移码突变或扩增导致mRNA 获得或丧失基因功能，最终导致表型变化[2]。1997年国际研讨会[3] 制定与肿瘤中 DNA 错配修复缺陷相关的基因组不稳定性的形式被称为微卫星不稳定性 (MSI)。
微卫星和错配修复的关系
通常情况下当DNA聚合酶滑过串联重复导致复制长度错误时，这些错误会被错配修复通路修复。当错配修复缺陷时，这种不稳定就保持不变。许多致癌基因和抑癌基因都含有微卫星，微卫星的不稳定导致这些基因的突变，进而导致肿瘤的发生[4]。错配修复系统是DNA损伤修复中的一种机制，主要是通过修复DNA复制过程中发生的碱基对错配和插入/缺失，在DNA稳态中起着至关重要的作用。其主要的机制有两种[5]: 第一个机制是错配修复（MMR） 基因的种系突变（包括MLH1、MSH2、MSH6、PMS2基因的突变）或者导致等位基因特异性 MSH2 失活的 EPCAM 基因缺失。MMR 基因或 EPCAM 的种系突变定义为林奇综合征 (LS)。 第二个主要机制通常在 CpG 岛甲基化表型 (CIMP) 的背景下，与体细胞发生MLH1 启动子甲基化有关，这种机制导致散发性 MSI 结直肠癌。MMR基因突变(胚系或散发) 或修饰(甲基化)一定导致MSI；但MSI不一定是MMR基因突变。MMR缺陷的肿瘤细胞微卫星序列的突变率是正常细胞的100~1000倍。临床常规使用PCR和免疫组化检测MSI。MSI-PCR检测五个标准化位点的微卫星长度。免疫组织化学检测四种蛋白质(MSH2、MSH6、MLH1 和 PMS2）的存在与否参与 MMR 通路。根据5个微卫星位点将MSI程度可以被分成三类： 微卫星高度不稳定性MSI-H（两个或多个微卫星显示不稳定）、微卫星低度不稳定性MSI-L（1个微卫星不稳定）、微卫星稳定性MSS（0个微卫星不稳定）[3]。MSI-L 和 MSS 肿瘤具有相似的是表型。任一蛋白的缺失都提示deficient MMR（dMMR）。dMMR（MMR缺失）相当于MSI-H，pMMR(MMR功能正常)相当于MSI-L或MSS。
MSI-H在多个瘤种的发生率
MSI-H广泛存在于实体肿瘤中，2017年一项研究使用MSI调用软件MANTIS，分析了来自TCGA和TARGET项目中的11,139例肿瘤数据，跨越39种癌症类型，评估了与MSI相关的突变负荷，突变特征和体细胞变异。结果显示：在评估的所有肿瘤类型中，MSI的总体发生率为3.8%, 子宫内膜癌（31.4%）、结直肠癌（19.72%）和胃癌(19.09%)是MSI发生率最高的癌症类型[6]。发生率最低的是多形性胶质母细胞瘤（0.25%）。这项研究也体现了MSI 模式在各种类型的癌症中存在显着的异质性。在肠癌里，结肠腺癌MSI 发生率高于直肠腺癌(19.7% VS 5.7%)。
MSI-H/dMMR结直肠癌的病理特征和免疫特性
MSI-H/dMMR型结直肠癌（CRC）患者具有相似的病理特征[7]：包括右半结肠更常见，淋巴结或远隔脏器转移较少，低分化患者比例更高，发生率随分期升高而降低等。与MSS患者相比：淋巴结转移可能性降低(OR:0.31，95%CI:0.17-0.56;P＜0.001)。远隔脏器转移可能性降低(OR:0.13，95%CI:0.05-0.33;P＜0.001)。I-II期发生率为15%，III-IV期为7.7%，低分化患者比例为16.5%，中等-良好分化10.4%。MSI-H/dMMR结直肠癌呈现基因组高突变表型[8]，dMMR-MSI-H 肿瘤被免疫细胞大量浸润，尤其是 CD8+，肿瘤浸润淋巴细胞 (TIL)、T 辅助 1 (TH1) CD4+ TILS 和巨噬细胞，以及I 型干扰素。相反，pMMR肿瘤不产生免疫激发的新抗原，其特征是T细胞排斥，表达相对较低水平的免疫抑制受体。另有研究发现MSI-H/dMMR结直肠癌肿瘤浸润淋巴细胞升高，与MSS结直肠癌相比，MSI-H结直肠癌Gamma-Delta T细胞、辅助性T细胞和M1型巨噬细胞等占比显著升高，MSI-H结直肠癌患者TIL和M1型巨噬细胞高浸润的免疫微环境有助于提高生存率[9]。通过对MSI-H型结直肠癌免疫微环境进行分析，发现MSI-H型结直肠癌PD-L1表达显著升高，PD-L1高表达的结直肠癌患者更容易对PD-1抑制剂产生反应[10]。
MSI-H与PD-L1和TMB之间的关系
在所有瘤种中，2.9%的病例会同时出现TMB-H、MSI-H和PD-L1，这一比例在结肠直肠腺癌（12.8%）和食管腺癌（14.6%）中更高（P<0.05），而在非小细胞肺癌和恶性黑色素瘤中比例低[11]。TMB-H和MSI-H的重合率在结直肠癌（44.2%）、食管胃腺癌（27.7%）和子宫内膜癌（31.0%）中比例较高（所有差异P<0.05）。可以在缺失MSI时存在TMB-H，而MSI-H同时TMB-L的情况却很少见（子宫内膜癌除外）。如果比较TMB-H或MSI-H，与PD-L1同时阳性表达，那么非小细胞肺癌（NSCLC）和恶性黑色素瘤(MEL)的比例将大大提高，分别从0.5%和0.0%提高至12.7%和32%，这是因为MSI-H在NSCLC和MEL癌种中表达低所致；其他肿瘤内源性和外源性的因素同样影响MSI、TMB、PD-1/PD-L1表达之间复杂的相互作用，例如肿瘤浸润淋巴细胞，微生物菌群，或病毒感染等等。
MSI-H/dMMR对结直肠癌预后、疗效预测具有重要指导意义
一项在Ⅱ/Ⅲ期CRC患者中探讨MSI/MMR意义的研究显示[12]：MSI-H/dMMR是Ⅱ期结直肠癌预后因子和辅助化疗的疗效预测因子。MSI-H/dMMR型Ⅱ期结直肠癌患者预后较好，与MSS患者相比，MSI-H患者无病生存率显著更高，给予5-FU 辅助化疗非但不能生存获益，反而对长期生存产生不利影响。在 2010 年至 2013 年间，免疫抑制剂（ICIs）在CRC表现出非常有限的临床活性。之后在一项研究中nivolumab在19例CRC患者应用，发现18例患者无应答，仅有一列患者完全缓解并持续了3年。这个患者就是dMMR-MSI-H CRC。基于对 MSI-H 肿瘤免疫原性微环境的了解和观察到的令人印象深刻的肿瘤反应，对 CRC 免疫治疗的热情不断增长。2015年新英格兰发表了帕博利珠单抗[13]在三个独立的患者队列：dMMR-MSI-H CRC、pMMR-MSI-L CRC和 dMMR-MSI-H 非 CRCs 的有效率，在 10 名 dMMR-MSI-H CRC 患者中，4 名患者在 20 周时部分缓解，5 名患者病情稳定。在这个时间点，dMMR 患者尚未达到中位无进展生存期 (PFS) 和总生存期（OS）。18 名 pMMR-MSI-L CRC 患者中对免疫治疗无反应。该研究再次证明了免疫检查点抑制剂在 dMMR-MSI-H 中的强大的抗肿瘤活性。之后KEYNOTE-164[14]和KEYNOTE-158[15]结果进一步确认了帕博利珠单抗在经治MSI-H/dMMR转移性结直肠癌患者的持久临床获益。MSI-H/dMMR实体瘤患者成为使用帕博利珠单抗的准确目标人群。2020年公布III期KEYNOTE-177：对比帕博利珠单抗和标准化疗一线单药治疗MSI-H/dMMR IV期mCRC疗效的研究[16]，帕博利珠单抗单药组PFS明显较化疗组延长了一倍，特别是KRAS、NRAS和BRAF基因均为野生型组的患者 2年OS率提高21%，24个月PFS率66%，ORR 59%，CR率是化疗组的两倍。这个研究也确切的告诉了我们MSI-H/dMMR患者在免疫治疗中的获益。
总结
MSI或MMR检测已成为所有结直肠癌患者常规检测推荐，作为这部分特殊人群，无论是ICH还是PCR,还是NGS方法，提高检测的准确度是关键。对于临床医师，理解和了解错配修复系统和微卫星才能更好地了解患者所处的状态，同时制定更为精准的治疗。
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