来自牛津大学的研究人员通过研究发现一部分肠癌(Bowel Cancer)患者的肿瘤中存在着的一种罕见基因突变，与这些患者更好的预后相关——携带这类基因突变的患者可能在手术后不需要化疗，就能防止肠癌复发。

对癌症进行精准医疗的基础在于通过生物标记物，将癌症患者分为不同的小群体，并且针对这些群体的特征进行有针对性的治疗。有时候，将癌症患者区分开的生物标记物只在很少的患者身上出现。在这项发布在《柳叶刀－肠胃病与肝病》期刊上的研究中，研究人员所关注的一种基因突变就是在肠癌患者的肿瘤中很少出现的一种基因突变，但是它对患者的预后却有很重要的意义。

这种基因突变存在于编码DNA聚合酶ε的POLE基因中，在肠癌患者中只有1～2％的肿瘤中存在这种突变。DNA聚合酶ε的作用是修补DNA复制过程中产生的错误。因此，如果在POLE 基因中的基因突变影响了DNA聚合酶ε的纠错功能，携带这类突变的肿瘤细胞会因为纠错功能的下降而积累远远超过其它细胞的基因突变。

研究人员发现这些肿瘤中CD8阳性淋巴细胞浸润明显增加，细胞毒性T淋巴细胞的特定标记物和释放的细胞因子的表达量也显着提高。同时，与其它患者相比，肿瘤中含有POLE基因突变的患者肠癌复发的机率显着减少。可能的原因是由于肿瘤细胞积累了大量的基因变异，导致产生的蛋白更容易被患者的免疫系统发现，从而受到免疫系统的攻击。

POLE基因是个什么

人体大概有2万多个基因，POLE基因是其中一个。

人类基因组中至少有15种DNA聚合酶,共 同参与基因组的复制与修复。根据基因的同源 性,DNA聚合酶可分为7个家族,分别为:A、 B、C、D、X、Y和RT家族。

DNA聚合酶ε(DNA polymerase epsilon,polε)与polα、polδ、polζ同属 于DNA聚合酶B家族。DNA聚合酶ε的催化亚基(catalytic subunit of DNA polymerase epsilon,POLE)是polε的核心, 具有两种催化活性,一是以DNA为模板的聚合酶 活性,负责DNA新链的复制延长;二是核酸外切 酶区的校正活性,负责对错配碱基进行识别和修 复。其中,校正活性的结构称为POLE的核酸外切 酶区(exonuclease domain of POLE,POLE-exo*), 具有3'→5'核酸外切酶活性,能够及时识别并切除复制过程中产生的错误碱基。编码POLE核酸外 切酶区的基因突变(exonuclease domain mutations of POLE,POLE-EDMs)将导致校正功能缺失, 导致突变的基因在细胞中大量累积。近年来在子 宫内膜样癌、结肠癌等多种肿瘤中检测出POLE- EDMs,表现出独特的分子表型,预后较好,因此 检测POLE核酸外切酶区是否存在突变有望成为判 断肿瘤预后的有用指标。

POLE 的复制功能

在真核生物细胞周期的复制叉处,polε、polα和polδ一起负责DNA新链复制。复制过程中,polα先与引物酶结合,在DNA模板上分别合成出前导 链(leading strand)和随从链(lagging strand)RNA引 物,并延长出一段DNA短链,随后由polε与polδ分 别负责前导链和随从链的延长[6]。DNA聚合酶ε能 够准确地选择与模板链互补的碱基延长DNA链。

POLE 基因的校正功能

细胞复制的准确性称为细胞复制的保真性。

细胞的高保真复制对机体的各项生命活动至关重 要,能够维持亲代遗传性状的稳定遗传、保证机 体正常生长发育、防止肿瘤发生发展。

DNA聚合酶的校正功能主要依赖于POLE的3'→5'核酸外切酶区域,对复制错误单链DNA进行 校正修复。校正首先依靠聚合酶的识别作用,对 聚合酶活性位点上的碱基进行识别,发现错配的 碱基。然后形成核酸外切酶复合物,使引物的3'末 端与模板链分离,并从聚合酶活性位点引到核酸 外切酶位点上,移除错配碱基后,再将引物末端 移回聚合酶活性位点上,继续DNA的复制过。

Polε缺乏B家族聚合酶的β发卡环结构(β-hairpin loop),此结构是B家族保证高保真复制的重要结 构。应用X射线晶体衍射技术,Hogg等[9]对酵母DNA聚合酶ε的三维结构进行观察,发现在掌样 区中一个能替代β发夹结构的区域,命名为P区(P domain),使得polε能够环绕新生的双链DNA, 帮助DNA链在两个位点间切换而不脱落,保证了polε复制的***性和高保真性。

当polε的核酸外切酶区发生突变时,DNA复制 过程中突变率将升高10~100倍[10]。Albertson等应 用基因同源重组将突变引入POLE核酸外切酶区, 对比POLE核酸外切酶区纯合性突变的小鼠与野生 型和杂合性突变小鼠的体细胞突变率,发现POLE POLE 突变在肿瘤发生发展中的作用 黄茜,等纯合性突变会导致小鼠基因组体细胞突变增加,使 得小鼠散发性肿瘤发生率增高,主要为小肠腺瘤或 腺癌,中位生存年龄远低于POLE野生型小鼠,而 杂合性POLE突变小鼠与POLE野生型小鼠存活率 无差别,说明在小鼠中POLE突变在纯合性缺失时 对校正功能的影响***大。

另一项研究认为POLE突变与校正缺失无关。 人类结直肠腺癌***常见的POLE核酸外切酶区突 变为P286R突变,酵母中相似的位点为P301R突变(Pol2-P301R),而缺失催化亚基的酵母(pol2-4)其校 正功能缺失。Kane等[12]对比P301R突变(Pol2-P301R)和催化亚基缺失的酵母(pol2-4)后,发现Pol2-P301R酵母的突变负荷比pol2-4高50倍。因此认为POLE突 变所致的保真度下降与校正功能缺失无关。

POLE基因突变的患者使用PD-1抗体治疗

非小细胞肺癌

2016年，权威的学术期刊《Science》 发表了纽约长老会和哥伦比亚大学的研究成果：科学家对34位使用PD-1抗体的非小细胞肺癌患者进行全外显子基因测序，在这些患者中，有两位患者的POLE基因有问题：一位患者肿瘤明显缩小，达到PR水平，无进展生存期高达14个月；另外一位患者肿瘤稳定不进展，达到SD的水平，PFS有8个月。***终也发现基因突变数多的患者更容易从PD-1抗体治疗中获益

子宫内膜癌

该患者53岁时被确诊为子宫内膜癌，有淋巴血管和肌层侵犯。家族两个兄弟在55和67岁确诊前列腺癌，父亲是脑瘤，姨妈在50多岁的时候确诊肠癌和淋巴瘤。这位患者的基因大概率会有问题，家人患癌的概率太高了。

患者首先接受了放疗，随后腹膜复发，然后进行了放化疗的联合治疗，化疗药物包括多柔比星+紫杉醇+铂类。两年之后，肿瘤锁骨转移，腹膜和腹部淋巴结肿大，包裹下腔静脉，很快患者出现了下肢水肿，生活质量受到严重的影响。

放疗和化疗都做了，子宫内膜癌又没啥子好的靶向药，咋办呢？参加临床试验吧，国外患者参加临床试验的积极性挺高。刚好碰上了默沙东的PD-1抗体的临床试验招人，碰碰运气喽。

接下来，患者进行了PD-L1检测，阳性，入组了临床试验，使用剂量10mg/kg，2周一次。这个剂量非常“壕”，如果不是临床试验，一个月至少得30万大洋。

奇迹出现了：8周之后，肿瘤明显缩小，达到部分缓解的水平，持续有效至少14个月（截止文章发表，依然有效）。患者的副作用很小，只有轻微的皮疹、肝功异常和发烧。

因此POLE突变基因是个热点分子，有望在肿瘤治疗中取得杰出的成果！肿瘤患者的个性化治疗越来越重要。基因测序给我们带来巨大的数据，如何根据患者的身体状况、治疗经历和遗传历史等情况制定个性化的治疗方案是值得所有人思考的问题。比如这个POLE基因，或许以后还会关系到PD-1治疗效果的A-B-C-D-E基因。