一年节省3亿美元化疗费的21基因检测究竟是什么？

莺歌燕舞

从2004年的新英格兰医学杂志文章，到2015年NCCN的指南，“乳腺癌21基因表达检测”已经成为激素受体阳性/HER2-/无周围淋巴结转移乳腺癌患者制定术后治疗方案首先参考的检测，也成就了系统的使用分子生物学手段进行肿瘤分子分型研究和产业化的经典案例。2015年9月28日，乳腺癌21基因表达实验的前瞻性验证研究又一次在新英格兰医学杂志在线发表，通过这篇论文以及从发现基因表达差异到设计21基因检测的整个研究和产业化过程，我们可以清晰的看到一个基因检测项目从研究者的想法，到最终的成为临床使用的检测项目的整个过程，以及这个过程中“公司”在其中起到的重要作用。在“精准医疗”研究和产业化兴起的今天，我们也可以从中获得灵感。

何为21基因表达检测？

简单的说，21基因检测就是对21个与乳腺癌相关的基因的mRNA表达量进行定量检测，通过特定的算法将基因表达量转化为复发评分（RS），并根据评分来判断乳腺癌病人是否需要进行辅助化疗的一种检测方法。

21基因检测由16个癌症相关基因和5个内参基因组成。16个癌症相关基因分成五组1细胞增殖相关的基因：Ki67、STK15、Survivin、 CCNB1 (cyclin B1)、MYBL22细胞侵袭相关基因：MMP11 (stromolysin 3)、CTSL2 (cathepsin L2)3雌激素相关基因：ER、PGR、BCL2、SCUBE24HER2相关基因：GRB7和HER2（ERBB2）5三个独立的基因：GSTM1、CD68、BAG1。5个内参基因：ACTB (b-actin)、GAPDH、RPLPO、GUS、TFRC现行的评分标准为复发评分RS<18，为低复发风险，化疗获益小，可考虑只进行内分泌治疗；RS位于18～30之间，为复发风险不明确，可考虑根据临床其他指标确定是否需要辅助化疗；RS≥31，为高复发风险，辅助化疗获益较大。

生物芯片的兴起，使大规模的进行基因表达研究成为可能

20世纪末，正是人类基因组计划完成，“后基因组”时代来临之际，生物芯片作为一种高通量研究方法被大范围应用起来，从cDNA芯片，到寡聚核苷酸芯片，从点样型到原位合成，芯片技术可谓一代更比一代强，科学家们将临床分子生物学研究的希望放在生物芯片代表“基因表达谱”研究上，乳腺癌的研究可以说是最早启动的一批癌症研究项目，21基因确定过程中所筛选的250个候选基因，就是来自1999年到2002年之间发表的几个大规模的乳腺癌基因表达谱研究，都发表在Nature、Science、The Lancet和PNAS等顶级杂志上，所使用的方法从几百个基因的cDNA芯片，到利用喷墨技术的2.5万个基因寡居核苷酸芯片，病例从97例到295例。而最终的21个基因是综合是使用了447个病例的数据，并从初步筛选的250个候选基因中确定。

Genomic Health公司进行了基因筛选和qPCR探针优化

在最终确定21个基因之前，Genomic Health公司进行了候选基因的定量PCR优化使得检测适应临床样本的要求，并去除那些虽然可能有临床意义，但是临床样本无法很好定量的候选基因。实验分别对48个基因的冰冻样本或福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）样本，以及从1985到2001间制备的FFPE样本的92个基因的探针和引物进行稳定性和灵敏度筛选。为2004年的新英格兰医学杂志文章提出21基因表达量检测奠定了方法学基础。

新英格兰医学杂志论文确定了21基因的临床价值

在1999到2002年发表的一系列基因表达谱文章，研究范围非常宽泛，入组的样本也比较复杂，研究目的从分型到预后各不相同，那么如何从这些数据中找到合理的基因应用于临床，是科学家们需要面对的最大的挑战。经过科学家们的计算和梳理，最终在2004年发表在新英格兰医学杂志的“A Multigene Assay to Predict Recurrence of Tamoxifen-Treated, Node-Negative Breast Cancer”，确定了21基因的检测项目日后的使用方法。Genomic Health公司提供了所有668例乳腺癌患者FFPE样本的21基因检测。随后发表于2006年的JCO和2010年的Lancet Oncology的两个回顾性临床分析，进一步明确了21基因检测的临床适应者范围，JCO文章关注淋巴结转移阴性和激素受体阳性的乳癌患者并证明了治疗相关性，Lancet Oncology则明确了淋巴结转移阳性和激素受体阳性的绝经后女性中的预测作用，也就是高分值患者可以从化疗中获益。

在2015年9月28日新英格兰医学杂志在线发表的“Prospective Validation of a 21-Gene Expression Assay in Breast Cancer”研究者们将样本量（激素受体阳性、Her2阴性、腋淋巴结转移阴性的乳癌患者，且肿瘤直径在1.1-125px之间或者中位和最大直径在0.6-25px的中高级别肿瘤，这也是临床指标中用于判断是否需要辅助化疗的）增加到了10,523个，其中1626名患者RS评分在0~10分之间，在随访的5年里，invasive disease –free survival率为93.8%，可以简单的理解为，如果评分低于10分的患者，只接受内分泌治疗，93.8%的患者在术后5年没用发生转移。但是也带来了对原有评分标准的挑战，原先的评分是18分以下为无需化疗组，那么介于这两个分值之间的患者该如何治疗？

采用21基因检测对乳腺癌患者术后评估，排除过度化疗患者群，按照美国的测算一年为美国节省了超过3亿美元的化疗费用，而间接的过度治疗医疗投入还不计在内，这就是精准医疗的优势所做。

中国患者的相关研究

来自中国军事医学科学院附属医院和中科院北京基因组研究所的研究者发表了“Gene Expression Profiling for Breast Cancer Prognosis in Chinese Population”的研究论文，对93位ER+和周围淋巴结无转移的乳腺癌患者进行了21基因表达RS评分在中国人群患者的适用性研究。文章结论为在这些样本中RS评分相较其它临床指标能更好的预测不同病人的预后。但是这一研究使用的样本量少，也没有相关Her2扩增的数据，无法完整的评价21基因检测在中国人群的适用性。中国人的特殊遗传背景决定了中国需要大规模人群的数据来确定相关的算法和阈值，简单照搬则可能出现问题。

21基因检测获得的推荐

2007年美国临床肿瘤学会 (ASCO) 公布乳腺癌治疗方案制定过程中应该考虑为雌激素受体呈阳性、淋巴结未扩散的早期乳腺癌患者进行“乳腺癌21基因检测”。2008 年美国国家癌症联合中心系统（NCCN）在乳腺癌治疗指南中，建议使用“乳腺癌21基因检测”。在2010年的指南中明确提出，对于ER+/HER2-患者的化疗指征评定需要结合“21基因检测”来判断。

21基因检测项目为精准医学研究提供了参考

从高通量实验技术较大人群队列研究的数据入手，通过统计学算法和生物信息分析找到规律，并通过简单可靠的实验技术，进行大样本量的验证和候选基因筛选，并最终确定与疾病诊疗相关的Biomarker应用于临床实践，将科研和产业相结合，科学家与产业公司相互合作，可能是我们从21基因检测的故事中所能学到的。在精准医疗时代，我们更需要冷静的思考，如何获取有价值的数据，并从数据中凝练有临床价值的项目，这需要科学家的智慧和产业界的能力共同努力。

文｜田埂

来源：测序中