全面解读│10篇文章揭示食管鳞癌研究进展②
利用二代测序寻找食管癌的遗传机制，破解食管癌的秘密，一直都是华大科研人员努力的目标。本期将继续上一篇文章为大家展示食管鳞癌（ESCC）突变和发生发展的其他相关内容。
3、基因组分析揭示食管鳞状细胞癌中的突变特征和高频突变基因[1]
◆ 发表期刊：The American Journal of Human Genetics
◆ 发表时间：2015年4月
◆ 影响因子：10.79
◆ 研究方法：全外显子组测序(WES)、全基因组测序(WGS)
◆ 研究背景：有研究已经发现一些ESCC基因突变，但是对突变产生的过程了解很少。
◆ 研究样本：192对ESCC肿瘤-对照样本（其中88对是以前报道过的样品）
◆ 研究手段：14人WGS，90人WES
◆ 研究内容：
（1）ESCC的突变特征和驱动基因的发现
1）对192个ESCC病人的突变集进行非负矩阵分解分析，发现47%的肿瘤中具有APOBEC介导的突变特征，表明APOBEC蛋白催化作用是ESCC中DNA突变的来源之一。
2）发现PIK3CA热点突变在含有APOBEC突变特征的肿瘤中富集，但是没有发现与吸烟相关的突变特征。
3）发现 CBX4 和 CBX8 基因扩增突变以及AJUBA和ZNF750基因失活可能是导致ESCC发生的因素。
图1 192个样品的突变信号分成96个子类
图2 潜在的癌症相关基因的体细胞突变
（2）通路分析
发现在细胞周期、NOTCH、PI3K和Hh信号通路中的基因变异可能导致ESCC的形成。
图3 ESCC中关键的肿瘤相关信号通路的改变
◆ 研究意义：该研究全面描绘了ESCC突变图谱，并发现了一些具有潜在应用价值的诊断和治疗的靶标。
4、全基因组测序揭示了食管鳞状细胞癌中结构变异的不同模式[2]
◆ 发表期刊：The American Journal of Human Genetics
◆ 发表时间：2016年2月
◆ 影响因子：10.79
◆ 研究方法：全基因组测序(WGS)
◆ 研究背景：癌症基因组中存在多种变异类型，其中结构变异是癌症的标志之一，其对基因组的影响远大于SNP。基于WGS的ESCC结构变异特征分析和机制研究，对癌症的预防、诊断和临床治疗有重要意义。
◆ 研究样本：31对肿瘤-对照样本。
◆ 研究内容：
（1）ESCC的结构变异类型和分布
1）通过Meerkat分析，发现了5种类型的结构变异。非同源末端接合(NHEJ)和可变末端接合(alt-EJ)是缺失和染色体内/间易位发生的主要机制。
2）在基因区域上发现3376 个结构变异，不同的突变机制可能发生在相同的驱动基因上（CDKN2A），不同的驱动基因（CDKN2A和NOTCH1）也可能受不同突变机制影响。
3）结构变异在ESCC基因组上的分布具有三种特征：随机分布在染色体上；聚集在一条或多条染色体上；聚集在涉及拷贝数变异的染色体上。染色体的局部重排在ESCC基因组中是普遍存在的。
图4 ESCC基因组体细胞结构变异频谱
（2）染色体破碎（chromothripsis）导致FGFR1和LETM2的高水平扩增
基于Korbel和Campbell提出的标准推断染色体破碎的发生，结果发现了FGFR1和LETM2高水平扩增，可能是ESCC的潜在治疗靶标。
（3）染色体重排引起的基因融合
1）在融合基因中筛选出了173个框内融合基因和231个框外融合基因。
2）染色体破碎关联的重排引起了TRAPPC9和CLVS1的框内融合。EIF3E-RAD51B框内基因融合可能引起EIF3E和RAD51B功能的破坏，改变蛋白翻译的起始，促进ESCC的发生。
（4）ESCC的高突变体（kataegis）
除了染色体破碎，kataegis也能引起局部重排SV。分析结果表明kataegis可能是ESCC发生的潜在机制。
（5）断裂融合桥（BFB）驱动ESCC的基因扩增
1）BFB分析共获得321个折叠倒位，其中染色体11、8和7在ESCC中具有最多的折叠倒位。
2）发现许多致癌基因存在BFB引起的扩增现象，表明BFB在肿瘤发展中起重要作用。
图5 ESCC中的CCND1基因发生扩增
（6）拷贝数变化
1）ESCC中有频繁的染色臂水平的变异，包括频繁的拷贝数增加和缺失。
2）对样本的全基因组数据和123个CGH数据的GISTIC分析得到拷贝数变化靶点，发现了CDCA7的高水平拷贝。功能实验证明CDCA7可能通过干扰ESCC细胞的增殖和凋亡发挥致癌的作用。
◆ 研究结果：
1）发现带有NHEJ和alt-EJ特征的缺失和易位是主要的结构变异类型，且16%的缺失是复杂缺失。
2）结构变异经常会通过不同的突变机制影响肿瘤相关基因的表达。
3）发现在55%的ESCC中，染色体破碎（chromothripsis），高突变体（kataegis）和断裂融合桥（BFB）会引起染色体局部错误重排。
4）拷贝数变异分析揭示了全基因组复制(WGD)的高频发生，同时发现高频CDCA7 focal 扩增可能是一个潜在的致癌因素。
◆ 研究意义：这项研究揭示了ESCC恶性转化过程中的分子缺陷如染色体破碎和断裂融合桥，并展示了ESCC中结构变异的不同模式。这些全基因组结构变异频谱及其机制为ESCC的预防，诊断和治疗提供了基础。
5、哈萨克族食管鳞癌中APM家族基因启动子区域甲基化研究[3]
◆ 发表期刊：Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
◆ 发表时间：2014年12月
◆ 研究方法：bisulfite-sequencing PCR(BSP)
◆ 研究背景：食管鳞状细胞癌（ESCC）被认为是由多阶段过程发展而来。表观遗传修饰构成了肿瘤发生过程中突变事件的替代或补充机制。人白细胞抗原Ⅰ类(HLA-I)和Antigen Processing Machinery(APM)家族基因蛋白表达的转录后调节可能与癌症发展中新的表观遗传修饰相关。
◆ 研究对象：30对原发性ESCC 肿瘤-对照样本。
◆ 研究要点：通过免疫组织化学确定HLA-I和APM组分的表达水平，然后通过BSP方法，在ESCC细胞系(ECa109)中，鉴定了APM家族基因启动子区域甲基化的 CpG岛，并进一步使用Sequenom MassARRAY对肿瘤-正常组织样本中这些基因的CpG位点特异性甲基化进行定量分析。
◆ 研究内容：
（1）HLA-I和APM组分蛋白的表达
在ECSS中，HLA-I抗原和APM组分的表达频繁下调。
（2）ESCC细胞系中APM家族基因CpG岛的甲基化
分析ESCC细胞系中APM家族基因启动子区域CpG位点的甲基化，在8个APM组分基因中显示出异常高的甲基化比率，其GC含量大于60％。
图6 Tapasin 等基因第一个外显子的CpG富集区域示意图
（3）哈萨克族ESCC中APM家族基因启动子区域的甲基化
五个基因(HLA-B, TAP2, LMP7, ERp57, Tapasin)的甲基化水平在不同的CpG位点表现不同。
（4）DNA甲基化与APM家族基因蛋白表达间的关联
HLA-B，ERp57和LMP7的CpG岛甲基化改变与相应基因的蛋白表达变化呈逆相关，而TAP2和Tapasin蛋白表达与甲基化水平无关联。
表1 基因甲基化和相应蛋白表达之间的关联
◆ 研究意义：
研究结果表明，多个CpG位点而非单个CpG位点的甲基化导致基因表达的下调或缺失。通过启动子区域超甲基化或其他机制导致的HLA-B，ERp57和LMP7基因表达沉默可能在哈萨克族食管癌发生发展中起重要作用。
我们将与大家分享食管鳞癌中，突变和预后、异质性、不同阶段的基因组表征的关系以及环境和遗传因素对ESCC的影响。
参考文献
1. Zhang L, Zhou Y, Cheng C, et al. Genomic analyses reveal mutational signatures and frequently altered genes in esophageal squamous cell carcinoma[J]. The American Journal of Human Genetics, 2015, 96(4): 597-611.
2. Cheng C, Zhou Y, Li H, et al. Whole-genome sequencing reveals diverse models of structural variations in esophageal squamous cell carcinoma[J]. The American Journal of Human Genetics, 2016, 98(2): 256-274.
3. Sheyhidin I, Hasim A, Zheng F, et al. Epigenetic changes within the promoter regions of antigen processing machinery family genes in Kazakh primary esophageal squamous cell carcinoma[J]. Asian Pac J Cancer Prev, 2014, 15(23): 10299-10306.
华大科技肿瘤组
华大科技肿瘤研究组，专注于肿瘤基因组学生物信息分析，致力于提供最专业的肿瘤基因组学科技服务。团队由经验丰富的肿瘤基因组学专家队伍组成，依托于华大基因在肿瘤领域长期研究经验，为全行业提供项目方案设计、测序服务、数据分析、平台建设、技术优化等全面的解决方案。同全球科学家合作阐释肿瘤分子机制并实施转化应用开发，为肿瘤精准医学的研究与应用提供技术支撑。团队已在国际顶级杂志发表文章30余篇，目前重点关注肿瘤基因组数据分析与挖掘，肿瘤基因组数据库建设以及精准医学数据评价。
撰稿：肿瘤组
编辑：市场部
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