Nghiên cứu sự đột biến gene K-RAS và mối liên quan đột biến gene K-RAS với một số đặc điểm lâm sàng, cận lâm sàng bệnh ung thư đại trực tràng

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG

HỌC VIỆN QUÂN Y

LÊ VĂN THIỆU

NGHIÊN CỨU ĐỘT BIẾN GEN K-RAS

VÀ MỐI LIÊN QUAN VỚI MỘT SỐ

ĐẶC ĐIỂM LÂM SÀNG, CẬN LÂM SÀNG

UNG THƢ ĐẠI TRỰC TRÀNG

Chuyên ngành: NỘI TIÊU HÓA

Mã số: 62.72.01.43

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Y HỌC

HÀ NỘI - 2013

2

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ung thư (UT) là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu

trên thế giới, bệnh có xu hướng ngày càng gia tăng. Dựa trên ước tính tình

hình UT toàn cầu năm 2008 (GLOBOCAN 2008), trên thế giới có khoảng

12.700.000 trường hợp UT và 7.600.000 trường hợp tử vong do UT trong

năm 2008 [75].

Ung thư đại trực tràng (UTĐTT) là nguyên nhân gây tử vong cao hàng

thứ 3 trong các tử vong do UT nói chung. Theo Hiệp hội phòng chống UT

quốc tế (Union for International Cancer Control - UICC), ước tính trên thế

giới mỗi năm có khoảng 1.000.000 trường hợp UTĐTT mới được phát hiện

và khoảng hơn 500.000 người chết vì căn bệnh này [36]. Tỉ lệ mắc bệnh giữa

các vùng miền, các châu lục có sự khác nhau. Ở Việt Nam, UTĐTT đứng thứ

5 sau các UT của dạ dày, phổi, vú và vòm họng. Trong UT đường tiêu hóa thì

UTĐTT đứng thứ 2, sau UT dạ dày. Theo thống kê của Bệnh viện K Hà Nội,

tỉ lệ mắc UTĐTT là 9% tổng số bệnh nhân (BN) UT nói chung. Tuy nhiên, so

với các UT của đường tiêu hóa thì UTĐTT là loại có tiên lượng tốt nhất [1],

[8], [18], [19].

Cơ chế hình thành và phát triển của UTĐTT là do biến đổi và tích lũy

các gen trong tế bào của niêm mạc đại trực tràng (ĐTT). Sự tích lũy dần các

biến dị di truyền thường phải trải qua nhiều năm (từ 10 - 20 năm), và điều này

phù hợp với các nghiên cứu dịch tễ học di truyền về diễn biến của UTĐTT

trải qua nhiều bước [32], [76].

Sự phát triển vượt bậc của ngành Công nghệ y sinh, hiện nay đã cho

phép xác định tương đối chính xác, đầy đủ và nhanh hầu như tất cả các dạng

đột biến quan trọng trong những dòng tế bào UT phổ biến như UT phổi, u

lympho ác tính, UTĐTT…. Điều đáng ngạc nhiên là mặc dù mang nhiều đột

3

biến nhưng khả năng phát triển của tế bào UT dường như lại lệ thuộc chủ yếu

vào nguồn tín hiệu sinh trưởng của một hoặc một nhóm gen sinh UT

(oncogene) nhất định. Những oncogene này mã hóa các protein đóng vai trò

mắt xích trong các con đường tín hiệu nội bào. Những đột biến này làm cho

các tế bào UT có khả năng tăng sinh vô hạn, liên tục phân chia và thực hiện

quá trình xâm lấn, di căn… Tuy nhiên, chính đặc điểm này cũng làm phơi bày

“gót chân Achilles” của tế bào UT. Bằng việc “đánh sập” các oncogene chủ

chốt như HER2, K-RAS, β-catenin, cyclin E, B-Raf… bằng công nghệ iRNA,

các nhà khoa học đã thành công trong việc ức chế sự phát triển của nhiều loại

tế bào UT in vitro [49]. Những nghiên cứu trên mô hình chuột biến đổi gen

tiếp tục khẳng định tầm quan trọng của các gen đích trong nhiều bệnh UT,

trong đó có oncogene K-ras trong UTĐTT [74]... Từ những bằng chứng trên,

một thế hệ mới các thuốc điều trị UT có khả năng tác động chính xác tới các

đích tiềm năng trong tế bào UT đã ra đời - đó là liệu pháp điều trị đích.

Ở Việt Nam, cũng đã có nhiều nghiên cứu về UTĐTT, nhưng chủ yếu

là về đặc điểm lâm sàng, hình ảnh nội soi và mô bệnh học (MBH), còn ít thấy

có những nghiên cứu về đột biến gen trong UT nói chung và trong UTĐTT

nói riêng. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu đột biến gen K-RAS và mối liên quan

với một số đặc điểm lâm sàng, cận lâm sàng ung thư đại trực tràng” được

tiến hành nhằm 2 mục tiêu chính sau:

1. Nghiên cứu tình trạng đột biến gen K-RAS ở bệnh nhân ung thư

biểu mô đại trực tràng.

2. Tìm hiểu mối liên quan giữa đột biến gen K-RAS với một số đặc

điểm lâm sàng, hình ảnh nội soi, giải phẫu bệnh và nồng độ CEA ở bệnh

nhân ung thư biểu mô đại trực tràng.

4

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1. Gen và ung thƣ đại trực tràng

Từ những nghiên cứu về cơ chế phát sinh và phát triển UTĐTT có sự

liên quan đến sự biến đổi các gen tham gia vào sự chuyển dạng từ tế bào lành

sang tế bào UT. Các gen này được chia thành 3 nhóm: gen UT, gen ức chế

UT và các gen sửa chữa DNA [49]. Để hình thành UT phải có sự đột biến ở

cả 2 nhóm gen UT và gen ức chế UT. Khi gen tiền UT bị đột biến thành gen

UT và gen ức chế UT bị bất hoạt hoặc bị tổn thương, lúc đó các tín hiệu cho

tế bào phát triển vượt quá các tín hiệu điều hòa thì sự phát triển của tế

bào sẽ nhanh chóng vượt khỏi tầm kiểm soát và UT hình thành [2],

[29], [93].

1.1.1. Các gen ung thư

Gen UT (oncogene) được định nghĩa là các gen đột biến mà các biến đổi

của chúng gây ra nguy cơ UT hoặc thúc đẩy quá trình UT. Bình thường các

gen UT ở trạng thái gen tiền UT có vai trò trong sự điều hòa chu trình tế bào,

phát triển và biệt hóa tế bào [49]. Khi bị đột biến các gen tiền UT sẽ biểu hiện

quá mức các tín hiệu phân chia tế bào làm các tế bào tăng sinh thừa thãi, trở

thành những gen UT (oncogene) [140]. Một số gen UT được cho là có vai trò

quan trọng trong quá trình phát triển UTĐTT đó là:

1.1.1.1. Gen RAS

Các gen UT được khẳng định có liên quan đến UTĐTT là họ gen RAS

bao gồm H-RAS, K-RAS, N-RAS, mã hóa cho một protein 21-kDa. Protein

RAS có vai trò trong việc truyền tín hiệu từ bề mặt tế bào vào trong nhân,

điều hòa khung xương tế bào và phân chia tế bào. Dạng đột biến gen RAS,

5

gây hoạt hóa một loạt các protein kinase thành làn sóng, gây ra phosphoryl

các phân tử protein truyền tín hiệu nhân. Chức năng gen RAS bị hoạt hóa cũng

liên quan đến yếu tố sinh mạch và chết tế bào theo chương trình (apoptosis)

[38], [144].

Đột biến K-RAS2 được phát hiện từ 37 - 41% tất cả các UTĐTT. Đột

biến gen K-RAS và N-RAS cũng được tìm thấy trong 50% các khối u ĐTT

[50]. Tần số đột biến tăng theo kích thước và độ loạn sản của polype, tuy

nhiên tần số này không tăng khi chuyển từ polype sang UT. Các u tuyến với

đường kính > 1cm có tần số đột biến gen K-RAS là 50% [48], tương tự như

đột biến gặp trong UT. Ngược lại, u tuyến có đường kính nhỏ (< 1cm) chỉ có

< 10% gen RAS bị đột biến, chứng tỏ đột biến gen RAS là đột biến mắc phải

trong quá trình u tuyến phát sinh, đột biến gen RAS dường như có vai trò tiên

phong trong u tuyến [50].

1.1.1.2. Giảm methyl hóa DNA

Methyl hóa DNA có vai trò phức tạp trong phát triển UT. Giảm methyl

hóa do Bodmer, Bishop và Karran đưa ra năm 1994, liên quan đến tăng biểu

hiện gen và có thể đóng vai trò hoạt hóa các gen UT như K-RAS. Tương tự

như sự tăng hoạt hóa DNA có thể xảy ra đồng thời với giảm methyl hóa tại

vùng khác của bộ gen trong nhiều loại UT [49], [50].

1.1.1.3. Gen C-MYC

Gen MYC (Myelocytomatosis) mã hóa cho các yếu tố phiên mã trực tiếp

liên quan đến sự phát triển khối u. Sản phẩm protein mã hóa bởi gen MYC có

cấu trúc bình thường, nhưng gia tăng về số lượng, hậu quả sự hoạt hóa gen

MYC là tăng biểu hiện gen. Các gen MYC đôi khi cũng được coi là gen

tiền UT, các tế bào mang gen tiền ung thư MYC được gọi là C-MYC

[49], [50], [132].

6

1.1.2. Các gen áp chế ung thư

Gen áp chế UT (tumor suppressor gene) là một loại gen UT được tạo ra

do sự đột biến làm mất chức năng. Bình thường các gen này liên quan đến

kiểm soát hoặc ức chế phân chia tế bào, biệt hóa tế bào hoặc mã hóa tế bào

chết theo chương trình. Sự mất hoạt tính của các gen này gây ra mất khả năng

kiểm soát sự phát triển bình thường của tế bào, làm biến đổi tế bào lành thành

tế bào ác tính [52].

1.1.2.1. Gen APC

Sự phát hiện ra sự biến đổi di truyền trong bệnh đa polype tuyến gia đình

(Familial adenomatous polyposis - FAP) là cơ sở cho sự phát minh gen đa

polype tuyến ĐT (Adenomatous polyposis Coli - APC). Gen APC nằm trên

5q21, mã hóa cho một protein gồm 2843 axit amin, gen APC có chức năng ức

chế UT [50]. APC là một gen đích quan trọng nhất trong sự phát triển UTĐTT

và được coi là gen giữ cổng (gatekeeper) [50], giúp kiểm soát sự phát triển

của tế bào theo một số cơ chế khác nhau, bao gồm điều hòa kết dính tế bào,

xử lý con đường truyền tín hiệu, duy trì khung xương tế bào, phân chia tế bào

và chết tế bào theo chương trình. Mất hoặc bất hoạt gen APC dẫn đến mất cân

bằng phân chia tế bào, sự chết của tế bào và rối loạn phát triển của tế bào. Đột

biến gen APC gặp trong 70% tất cả các UTĐTT, các nghiên cứu đều thống

nhất là sự bất hoạt chức năng gen APC tạo ra một làn sóng ban đầu cho sự lan

tràn dòng tế bào tiền UT. Gen APC dường như có liên quan đến khởi phát của

polype tuyến [71].

1.1.2.2. Gen P53

Protein p53 được Lane D. và Levine A. phát hiện vào năm 1979. Gen

P53 mã hóa cho protein p53 chứa 393 axít amin, là một gen ức chế UT [50].

Gen P53 có chức năng chủ yếu đáp ứng lại các tổn thương DNA, trong pha

7

(G1), kích thích sửa chữa DNA và thúc đẩy chết tế bào theo chương trình, gen

P53 đóng vai trò chủ đạo trong việc duy trì tính ổn định của DNA nên nó

được coi là “người trông giữ bộ gen” [56], [118]. Khi gen P53 bị đột biến, cơ

chế này bị mất đi và các dòng tế bào có thể có thêm các đột biến khác để tiến

triển UT. Trong quá trình phát triển UTĐTT, đột biến gen P53 có thể xảy ra

do sự mất đi của nhiễm sắc thể hoặc do mất tính dị hợp tử. Đột biến gen P53

gặp ở 50% trong các UT ở người và hơn 50% trong các ung thư biểu mô

tuyến (UTBMT) ĐTT. Nhưng đột biến gen P53 rất hiếm gặp trong polyp

tuyến [50], [73]. Như vậy, bất hoạt gen P53 có liên quan đến quá trình chuyển

từ polyp tuyến lành tính sang UT.

1.1.2.3. Gen MCC

Gen MCC (mutated in colon cancer), nằm trên 5q2, gần gen FAP. Gen

MCC mã hóa cho một protein gồm 829 axít amin, gần giống với cấu trúc

protein APC. Dường như có liên quan về vai trò của gen này với gen APC

nhưng chưa được rõ [49].

1.1.2.4. Gen DCC

Gen DCC (deleted in colon cancer) nằm trên vai dài nhiễm sắc thể 18

(18q21), là gen ức chế UT. Vai trò của gen DCC trong ức chế UT là làm mất

tương tác bình thường giữa các tế bào. Đột biến gen DCC gặp 13% trong

UTĐTT, tuy nhiên vai trò chính xác của gen DCC còn chưa được rõ. Đột biến

gen DCC ít gặp trong u tuyến nhỏ, nhưng khi u tuyến phát triển thành ung thư

biểu mô (UTBM) tại chỗ thì tần số đột biến lại tăng lên, tăng cùng với sự phát

triển xâm lấn của khối u [50].

1.1.2.5. Gen R11

Gen R11 mã hóa cho thụ thể truyền tín hiệu yếu tố phát triển n-2 (TGF-

2). Gen R11 ức chế tế bào phát triển trong ĐTT và liên quan đến chết tế bào

8

theo chương trình. Ung thư có thể phát triển khi đột biến ảnh hưởng đến cơ

chế kiểm soát chết tế bào theo chương trình. Trong các khối u có tính không

ổn định về vi vệ tinh (Microsatellite instability - MSI), 80 - 90% có đột biến

gen R11 [49], [85], [103]. Tuy nhiên, cần phải có đột biến gen khác cùng với

MSI thì khối u mới phát sinh.

1.1.2.6. Gen SMAD4

Là thành viên của họ gen SMAD tạo nên mạng lưới liên kết nội bào, vai

trò của gen SMAD4 là mã hóa cho protein vừa nhận tín hiệu từ bề mặt màng

vào trong nhân tế bào, đột biến gen SMAD4 gặp từ 10 - 30% trong UTĐTT

[50]. Hệ thống SMAD có cơ chế bảo đảm cho tế bào có sự nhạy cảm khác

nhau đối với môi trường ngoại bào, gen SMAD4 dường như là một đích bất

hoạt trong UTĐTT và đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn giữa của quá

trình phát sinh UTĐTT [51], [102], [117].

1.1.3. Các gen sửa chữa lỗi ghép cặp sai (DNA-mismatch repair)

Gen hMSH2 ở vị trí nhiễm sắc thể số 2 (2p16) và gen hMLH1 ở nhiễm

sắc thể số 3 (3p21), các gen này đóng vai trò phát triển UTĐTT di truyền

không polype - Hội chứng Lynch (Hereditary non-polyposis colorectal cancer

- HNPCC). Chúng có nhiệm vụ sửa chữa DNA tổn thương trong quá trình sao

chép DNA. Đột biến những gen này làm sao chép DNA sai lệch dẫn đến đột

biến tăng lên, ngoài gặp trong hội chứng Lynch còn gặp 15% trong UTĐTT

tản phát [48], [116].

Như vậy, trong quá trình phát sinh UTĐTT có nhiều gen tham gia.

Dưới đây là một số gen tham gia vào quá trình phát triển UTĐTT [49],

[84], [125].

9

Bảng 1.1. Một số gen tham gia vào quá trình

phát triển ung thƣ đại trực tràng

Gen Vị trí

trên NST Hội chứng Protein

APC

[50] 5q21 Đa polyp tuyến gia

đình

Kết dính tế bào, kiểm soát C￾MYC, chết tế bào theo

chương trình

hMSH2

[48] 2p16 UTĐTT di truyền

không polyp Sửa chữa lỗi ghép cặp DNA

hMLH1

[116]

3p21 UTĐTT di truyền

không polyp Sửa chữa lỗi ghép cặp DNA

P53

[50] 17p13

Ức chế khối u, sửa

chữa DNA tổn

thương, chết tế bào

theo chương trình

Kiểm soát chu kỳ tế bào

DCC

[50] 18q21 Gen ức chế khối u Liên kết tế bào

MCC

[49]

5q21 Gen ức chế khối u Chưa rõ

K-RAS

[45] 12p Gen gây UT Gắn GTP

C-MYC

[50]

8q24 Gen gây UT Tổng hợp DNA

R11

[85] 6q26 Gen ức chế khối u Gen tiếp nhận TGF-2

IGF-IIR

[103]

Gen ức chế khối u Hoạt hóa TGF-

1.2. Gen K-RAS và ung thƣ đại trực tràng

1.2.1. Gen K-RAS

Kể từ khi được phát hiện ra từ những thập niên 70 của thế kỉ 20, cấu

trúc, chức năng và vai trò của gen K-RAS ngày càng được sáng tỏ.

10

1.2.1.1. Cấu trúc gen K-RAS

Gen K-RAS nằm trên nhánh ngắn của nhiễm sắc thể 12, ở vị trí 12.1:

(12p12.1). Cụ thể là các gen K-RAS nằm từ nucleotid 25358179 đến nucleotid

25403853 trên nhiễm sắc thể 12 [45], [97].

K-RAS

Hình 1.1. Vị trí gen K-RAS trên nhiễm sắc thể 12

Nguồn: theo McGrath J.P. (1983) [97]

1.2.1.2. Chức năng của gen K-RAS

Gen K-RAS là các gen sinh UT, mỗi gen K-RAS mã hóa cho một protein

tham gia chủ yếu trong việc điều hành phân chia tế bào. Thông qua một quá

trình truyền tín hiệu (transduction), protein truyền tín hiệu từ ngoài tế bào vào

đến nhân tế bào. Các tín hiệu này kích hoạt tế bào để phát triển và phân chia

hoặc trưởng thành với những chức năng chuyên biệt. Các protein K-RAS là một

GTPase. GTPase là một enzyme có chức năng chuyển đổi một phân tử gọi là

GTP (Guanosine-5

,

-Triphosphate) đến một phân tử gọi là GDP (Guanosine-5

,

-

Diphosphate). Các protein K-RAS hoạt động như một chuyển đổi, nó có thể hoạt

động (kích hoạt) hay yên nghỉ (bất hoạt). Để truyền tín hiệu, các protein K-RAS

phải được kích hoạt bằng cách gắn vào một phân tử của GTP. Các protein K-RAS

11

được bất hoạt khi nó chuyển đổi các GTP tới GDP, khi protein kết hợp với GDP,

nó không truyền tín hiệu tới nhân tế bào [91], [106], [110].

Những sản phẩm protein của gen K-RAS đóng vai trò quan trọng trong

phân bào, sự khác biệt tế bào và sự chết tế bào theo chương trình (apoptosis)

[45], [58] [88], [89], [97].

1.2.1.3. Cơ chế sinh ung thư của gen K-RAS

Dưới tác dụng của các yếu tố môi trường (bức xạ, hóa chất...), sự đột

biến gen K-RAS có thể xảy ra. Khi đột biến, các gen K-RAS có tiềm năng gây

chuyển biến tế bào bình thường thành tế bào UT. Đột biến gen K-RAS làm

thay đổi một protein (amino acid) trong một khu vực quan trọng của protein

K-RAS, gây ra các protein để được tiếp tục hoạt động. Thay vì kích hoạt sự

tăng trưởng tế bào để phản ứng lại các tín hiệu đặc biệt từ bên ngoài tế bào,

protein hoạt động quá mức (overactive protein) chỉ đạo các tế bào phát triển

và phân chia không ngừng. Trong quá trình phát triển phôi, các protein K-RAS

hoạt động quá mức phá vỡ sự phát triển bình thường và trở thành các mô

nhất định [74], [82], [90], [119].

Một số đột biến gen được hình thành trong thời gian của mỗi con người

và chỉ có mặt trong các tế bào nhất định. Những thay đổi này gọi là đột biến

thân (hay đột biến soma). Sự đột biến soma trong gen K-RAS có liên quan đến

sự phát triển của nhiều loại UT. Những đột biến này dẫn đến một protein K￾RAS đó là luôn luôn chủ động và có thể tác động trực tiếp đến tế bào để phát

triển và phân chia không có kiểm soát [45], [70], [97].

Nhiều nghiên cứu đã cho thấy, đột biến genK-RAS là phổ biến trong UTĐTT.

1.2.2. Các phương pháp xác định đột biến gen K-RAS

Nhiều phương phương pháp khác nhau có thể được áp dụng để xác định

đột biến gen K-RAS trên cơ sở tỉ lệ tế bào UT trong mô phân tích.