Genomic alterations in thyroid cancer: biological and clinical insights

概览：基因组简单性让甲状腺癌成为精准医学的样板

甲状腺癌绝大多数起源于甲状腺滤泡细胞（thyrocyte），在实体瘤中属于基因组相对简单的类型：突变负荷低、基因组多为二倍体，因此基因型与表型之间的对应关系格外清晰，也更容易做 genotype-phenotype 关联。2022 年 WHO 分类把滤泡细胞来源的肿瘤划分为三个高分化亚型：papillary thyroid cancer（PTC）、follicular thyroid cancer（FTC）与 oncocytic carcinoma of the thyroid（OCA，旧称 Hürthle 细胞癌），三者合称 differentiated thyroid cancer（DTC）。PTC 占 80–85%，FTC 占 5–10%，局限于腺体内时五年生存率接近 100%。谱系另一端是 anaplastic thyroid cancer（ATC），罕见但侵袭性极强，历史中位生存不足 6 个月；poorly differentiated thyroid cancer（PDTC）与 2022 年新设的 differentiated high-grade thyroid carcinoma（DHGTC）位于中间地带，PDTC 五年生存约 70%。

这篇综述把 TCGA 以来积累的大规模 next-generation sequencing（NGS）数据与基因工程小鼠、CRISPR 编辑的人甲状腺前体细胞模型并列起来，围绕三个问题展开：甲状腺癌由哪些遗传事件起始，如何逐步走向未分化与侵袭，以及这些知识如何改变风险分层、RAI 治疗与靶向治疗决策。滤泡旁 C 细胞来源的 medullary thyroid cancer（MTC）不在讨论范围内。

起始事件：一条 MAPK 通路，三种互斥的打开方式

TCGA 研究显示，90% 的 PTC 由 MAPK 通路的激活事件起始，且这些事件彼此互斥：多数是 BRAF^V600E，其次是 RAS 基因（NRAS 为主，HRAS 与 KRAS 次之），另有一小部分由受体酪氨酸激酶基因重排驱动，主要是 RET 融合，此外还有 NTRK1、NTRK3、ALK 等融合。BRAF 非 V600E 的 class II 突变（例如 BRAF^K601E）与 BRAF 融合只占少数，但它们在生物学上表现得像 RAS 样肿瘤。

图 1a：驱动事件在 PTC 亚型与 FTC 中的频率。BRAF^V600E 是经典型与高细胞型 PTC 的主要起始事件；NRAS、HRAS、KRAS 突变富集于具有滤泡样结构的肿瘤，即滤泡亚型 PTC 与 FTC；RET 融合本身即可确立 PTC 诊断并富集于经典型。数据汇总自报告亚型信息的 NGS 研究与 NGS 前时代队列。

驱动突变不仅决定诊断，还决定肿瘤的转录程序。TCGA 用 71 个基因的表达特征构建了 BRAF^V600E-RAS score（BRS），作为 MAPK 激活强度的替代指标；同时用包含 16 个甲状腺功能与碘代谢基因的 thyroid differentiation score 描述分化程度。两者呈反向关系：BRAF 样 PTC 的 MAPK 输出更高、分化评分更低，RAS 样 PTC 则相反。机制上，BRAF(V600E) 对 ERK 介导的负反馈抑制不敏感，因此信号通量更高，这也解释了它更强的转化能力；而高 MAPK 输出会压制 TSH-cAMP-PKA 依赖的分化基因，包括钠碘同向转运体 NIS（由 SLC5A5 编码），这正是后续 RAI 抵抗的分子根源。

图 1b：两种驱动方式的信号差异。BRAF(V600E) 不响应负反馈（虚线），MAPK 输出高；oncogenic RAS 的信号被抑制性反馈部分削弱，输出较低。MAPK 激活程度与甲状腺分化基因表达呈反比，因此 RAS 驱动肿瘤通常保留更高的分化水平与摄碘能力。

体内模型给出的因果证据

甲状腺特异性表达 BRAF(V600E) 的小鼠几乎无一例外发生 PTC；而诱导 Nras、Hras、Kras 突变只产生甲状腺增生或滤泡样肿瘤，且潜伏期很长，提示 RAS 在甲状腺细胞中是较弱的癌基因。2023 年一项工作用 CRISPR-Cas9 在人胚胎干细胞来源的甲状腺前体细胞中敲入 BRAF^V600E，可重现 PTC，而敲入 NRAS^Q61R 则重现 FTC，为基因型与组织型的对应关系提供了直接证据。RET 融合在儿童 PTC（60–70%）与电离辐射相关 PTC（40–70%，如切尔诺贝利事故队列）中显著富集，成人散发病例约 15%。

FTC 与 OCA 的例外路径

FTC 并非全部依赖 MAPK：约 25% 表达 PAX8-PPARG 融合蛋白，另有 TSHR、PTEN、EIF1AX 各占 5–10%。PTEN 缺失解除对 PI3K-AKT 的负调控，EIF1AX 突变引起翻译异常，二者单独存在时也见于滤泡腺瘤，说明其起始能力有限，但与 MAPK 驱动事件组合后能推动进展。DICER1 的 RNase IIIb 结构域突变驱动 1–2% 的甲状腺癌，与 BRAF、RAS 互斥，造成 microRNA 广泛失调，在儿童与 DICER1 综合征携带者中更常见；DGCR8 突变进一步支持 microRNA 通路的作用。OCA 则是独立实体：核基因组近完全单倍体化，线粒体呼吸链复合体 I 基因突变导致代谢重编程，并带来可靶向的代谢脆弱性。

进展事件：从分化良好到未分化的连续谱

多数晚期甲状腺癌要么直接由 DTC 演化而来，要么与其共享共同祖先。支持证据包括：部分 PDTC 与 ATC 中仍残留分化良好的成分；ATC 与并存的分化成分常共享 BRAF 或 RAS 克隆性突变；多区域全外显子测序显示 ATC 早期即从分化良好肿瘤分歧；单细胞 RNA 测序则以前所未有的分辨率描绘癌前病变到 PTC 再到 ATC 的拷贝数与转录变化。整体上，甲状腺癌的演化更接近线性累积，而非其他肿瘤那种高度分支的模式。

图 2：进展相关改变在 ATC、PDTC、DHGTC 与 PTC 中的频率对比。每个圆点代表一个独立患者队列中某改变的平均频率（2014 至 2022 年、每亚型不少于 15 例的 NGS 研究）。ATC 中排除 BRAF 与 RAS 等早期驱动后的长尾突变按频率递减排列，PI3K-AKT 通路、SWI-SNF 复合物、组蛋白甲基转移酶、错配修复与组蛋白乙酰转移酶等功能分组的频率随侵袭性递增。

PI3K-AKT：与 MAPK 并行的第二条油门

PIK3CA、AKT1 与 PTEN 在 PDTC 与 ATC 中高频改变，且共现模式有讲究：PIK3CA 与 AKT1 突变倾向与 BRAF^V600E 并存，PTEN 失活则与 RAS 及 NF1 突变聚集。小鼠实验中，Pten 失活叠加 Kras 或 Hras 突变可产生转移性 FTC 并伴随免疫抑制性微环境；PIK3CA(H1047R) 与 BRAF(V600E) 协同促进 ATC，增强增殖与上皮间质转化。双通路阻断在临床前模型中有协同效应，但因毒性尚未成功转化到临床。

TP53 与细胞周期：通往 ATC 的快车道

TP53 功能缺失是 ATC 的关键事件，也见于部分 DHGTC 与 PDTC。在 RET 融合、BRAF^V600E、HRAS^G12V、KRAS^G12D、Pten 与 STRN-ALK 等多种小鼠模型中，Trp53 失活都能把肿瘤推向未分化、侵袭与转移，其中 Braf^V600E 加 p53 缺失的表型最接近患者 ATC，并伴随 MAPK 与 PI3K 进一步激活以及免疫抑制性肿瘤相关巨噬细胞浸润。机制上，p53 缺失解除了癌基因诱导的衰老与细胞周期检查点屏障，并促进基因组不稳定。CDKN2A（p16）失活富集于部分 DHGTC 与 ATC，并在临床前模型中提示 CDK4/6 抑制剂的潜在价值。

图 3：甲状腺癌的基因组-生物学标志。以 Hanahan 与 Weinberg 的癌症标志框架为骨架，蓝色代表起始阶段、红色代表进展阶段。MAPK 通路负责起始并维持增殖信号，PI3K 通路、错配修复、基因组不稳定、表观重编程、TERT 启动子改变、EIF1AX 介导的翻译失调以及 OCA 中的线粒体突变共同推动进展，并伴随微环境逐步转为免疫抑制。

TERT 启动子：不止是端粒

TERT 启动子突变发生在 c.-124C>T 与 c.-146C>T 热点，频率随疾病进展递增，在 ATC 最高，PDTC 与 DHGTC 次之，PTC 最低，且常与 BRAF 或 RAS 驱动共存。它通过招募 ETS 类转录因子重新激活端粒酶转录。除端粒维持外，小鼠模型显示 Tert 可在端粒长度无明显变化的情况下加速 Braf^V600E 肿瘤进展，伴随 MAPK、PI3K 与 NF-κB 相关的细胞因子和趋化因子信号上调，2023 年的另一模型还揭示了核糖体生物合成参与其中。

SWI-SNF、EIF1AX 与其他长尾事件

SWI-SNF 染色质重塑复合物（ARID1A、ARID1B、ARID2、SMARCB1、PBRM1）的截断突变见于至少 20% 的 ATC。在 HRAS 与 BRAF 驱动小鼠中，甲状腺特异性失活 SWI-SNF 亚基可产生 PDTC 或 ATC；更关键的是，BRAF(V600E) 叠加 SWI-SNF 缺陷的肿瘤被锁定在未分化转录状态，MAPK 抑制剂无法逆转，这直接质疑了此类患者接受再分化治疗的价值。EIF1AX 的甲状腺特异性 A113splice 突变与 RAS 突变协同：它稳定翻译起始复合物，优先翻译 ATF4、稳定 MYC 并增加氨基酸通量从而激活 mTOR，在 Hras^G12V 小鼠中推动肿瘤进展为 PDTC。此外，NF2（Merlin）缺失通过 YAP-TEAD 正反馈上调 RAS 转录促进进展，RBM10 突变富集于转移性病例，错配修复基因（MLH1、MSH2、MSH6）、ATM、组蛋白甲基转移酶（KMT2A/C/D、SETD2）与乙酰转移酶（CREBBP、EP300）的失活在 ATC 中突出，可能通过基因组不稳定与新抗原产生塑造免疫微环境。

图 4：甲状腺癌演化的滚珠轨道示意。横轴为主要组织学类型，纵轴体现分化程度与侵袭性的反向关系；滚珠代表肿瘤标本，颜色对应其起始遗传事件，因为肿瘤始终保留对驱动事件的依赖。BRAF 与 RAS 是常见早期事件，但 BRAF^V600E 仅见于恶性标本，RAS 突变也可见于良性标本。RET 融合与 PTEN 失活各占一条轨道；TP53 突变、CDKN2A 缺失与 SWI-SNF 突变可能把肿瘤快速推向 ATC，而 RAS 与 EIF1AX 组合、以及主要与 BRAF^V600E 共现的 AKT1 或 PIK3CA 突变则体现驱动依赖的协同模式。

基因组信息用于预后：单个突变不够，组合才有力量

驱动突变本身带有临床含义：BRAF 样 PTC 更易侵袭并倾向区域淋巴结转移，RAS 样 PTC 多有包膜、极少发生淋巴结转移；在晚期病例中，BRAF 驱动者以淋巴道局部扩散为主，RAS 突变者更常经血行产生骨与肺的远处转移。但把单一突变当作预后指标已被证明不足：BRAF^V600E 在微小癌中同样高频出现，而 2022 年一项针对低危患者的前瞻性研究显示，BRAF^V600E 对 RAI 治疗后复发没有预后价值；RAS 突变也可见于良性滤泡腺瘤。

RAI 与再分化治疗：把 MAPK 压回去，让肿瘤重新吃碘

甲状腺细胞摄碘依赖 NIS，而 MAPK 激活会压制 SLC5A5 的转录与蛋白转运，这一反向关系正是 RAI 抵抗的核心。Braf^V600E 小鼠模型证明，遗传或药理学抑制 MAPK 可部分恢复 NIS 表达与 RAI 摄取，由此衍生出再分化策略：先用 RAF 或 MEK 抑制剂治疗 4 至 6 周，再通过诊断性全身显像评估摄碘恢复，随后给予 ¹³¹I。该策略目前仍属研究性方案，尚未写入指南，作者建议优先考虑进展缓慢、累计 ¹³¹I 剂量不超过 500 mCi 的患者。

图 5：基因型如何影响 RAI 与再分化治疗反应。a 与 b 提示 RAS 突变肿瘤可能比 BRAF^V600E 肿瘤对再分化更敏感，原因可能是基线分化更高或恢复摄碘能力更强；但只有部分 RAS 与 BRAF 驱动肿瘤在 MAPK 抑制后增加摄取，说明仍有未阐明的改变维持 RAI 抵抗。c 显示 SWI-SNF 功能缺失突变会把 BRAF 驱动肿瘤锁定在未分化状态，这类患者可能应从再分化尝试中排除。

现有数据支持按基因型预判获益：selumetinib 与 trametinib 等 MEK 抑制剂在 RAS 样肿瘤中恢复摄碘的效果更好，BRAF class II 突变（如 BRAF^K601E）也有对 dabrafenib 加 trametinib 产生反应的报道；BRAF^V600E 肿瘤用 vemurafenib、dabrafenib 单药或联合 MEK 或 HER3 抑制剂后部分病例重新摄碘；RET 与 NTRK 融合病例在使用 selpercatinib 或 larotrectinib 后也观察到 RAI 摄取恢复，儿童患者中尤为明显。但仅凭 BRAF、RAS 或融合状态做决定过于简化：2023 年针对 RAI 异常应答者的回顾研究发现，应答者中 RAS 样病变更富集，而无应答者除 BRAF^V600E 外还携带 RBM10 与 SWI-SNF 突变以及 1q 拷贝数增加，提示这些改变可作为基线 RAI 抵抗标志，用于筛选不适合再分化的人群。BRAF^V600E 合并 TERT 启动子突变与低 RAI 摄取相关，但其预测价值仍有争议。

可操作突变与靶向治疗：ATC 是最大赢家

对靶向治疗最敏感的是 BRAF(V600E) 突变的 ATC。ROAR 研究 2022 年更新纳入 36 例 ATC，随访 4 年，客观缓解率 61%，中位无进展生存 6.7 个月，中位总生存 14.5 个月，说明耐药通常在一年内出现；相比之下单药 vemurafenib 在 7 例 ATC 中仅 2 例缓解，差异可能来自 RAF 单靶点与 RAF 加 MEK 双靶点对 MAPK 压制程度的不同。获得性耐药的机制包括继发 RAS 突变以及 NF1、NF2、SWI-SNF 与 PI3K-AKT 效应分子的改变。两条应对策略正在改变 ATC 结局：一是新辅助 dabrafenib 加 trametinib 后手术切除，二是加用免疫检查点抑制剂。ATC 的微环境呈进行性免疫抑制，PD1-PDL1 轴是其逃逸手段，回顾性研究与前瞻性试验均显示在双靶点抑制基础上加检查点抑制剂可延长中位总生存，代价是少数患者出现肝炎、结肠炎与肾炎等免疫相关不良事件；效果最突出的仍是药物治疗后接受原发灶切除的患者，且长期手术并发症很少。

融合驱动的肿瘤则呈现另一番景象。larotrectinib 治疗 NTRK 融合肿瘤时，PTC-FTC 的客观缓解率为 86% 且中位无进展生存与总生存均未达到，而 ATC 仅 29%、中位无进展生存只有 2.2 个月；entrectinib 在 PTC 中缓解率 54%。选择性 RET 抑制剂中，pralsetinib 在 9 例 RET 融合 PTC 中缓解率 89%，selpercatinib 在 17 例 RET 融合 PTC、OCA 或 PDTC 中缓解率 79%，其中 1 例 ATC 获得超过 18 个月的持久缓解；RET 抑制剂的获得性耐药在甲状腺癌中尚不清楚，但肺癌中已见 RET 溶剂前沿突变。值得注意的是，BRAF(V600E) 突变的 PTC 对 RAF 靶向治疗的缓解率明显低于 ATC，随机试验中 dabrafenib 加 trametinib 与 dabrafenib 单药的缓解率为 30% 与 35%，中位无进展生存约 15.1 与 10.7 个月；虽然 lenvatinib 在 PTC 中缓解率更高，但 BRAF 定向治疗的价值在于为后续 RAI 再分化创造窗口。未来方向包括针对 RAS 与 BRAF class II 改变的 pan-RAF 或 RAF 二聚体抑制剂、用于 BRAF 融合的 MEK 抑制剂，以及把 ALK 抑制剂纳入篮子试验。

图 6：突变指导下的侵袭性甲状腺癌处理路径。蓝色路径针对 RAI 难治的转移性 PTC、FTC 或 PDTC：通过肿瘤或液体活检结合 NGS 与 PCR 方法识别驱动事件，RAS 突变者可超说明书使用 MEK 抑制剂，BRAF^V600E 与 RET 或 NTRK 融合者匹配已获批药物，治疗 4 至 6 周后评估摄碘恢复再给予 ¹³¹I。红色路径针对 ATC：需要多学科团队快速评估，用免疫组化或 PCR 迅速确定 BRAF^V600E 状态并立即启动 dabrafenib 加 trametinib，NGS 用于发现其他可操作靶点；无匹配药物者可进入临床试验或接受免疫治疗，对靶向治疗无反应者可考虑联合检查点抑制剂，反应良好者随后可手术切除并辅以外照射放疗。

结论与未解问题

作者认为，随着基因组与生物学知识的持续整合，甲状腺癌的传统治疗、放射性碘与免疫治疗的组合方式都会被重新安排；临床前建模与药物发现管线的加速，会在不远的将来转化为可验证的临床进步。