乳腺癌内分泌耐药相关融合基因
约50%转移性内分泌耐药患者携带ESR1突变，包括ESR1碱基错配、基因扩增和融合【1】。
为了研究乳腺癌基因重排包括基因融合对继发性耐药的影响，2018年一项发表在Ann Oncol上来自Foundation Medicine基因检测公司9542例乳腺癌肿瘤组织(5216例转移性乳腺癌)和254例血液标本的深度测序研究结果,共83例患者测到ESR1重排，主要集中在ER阳性且同时存在ESR1缺失改变的转移性乳腺癌患者，提示该基因变异与患者存在多重克隆耐药有关，与之前研究报道一致【2-3】。
该研究中所有被发现和确认的9个ESR1融合蛋白（其中免疫组化确认2例）的基因融合断裂点均位于ESR1第6内含子内部或附近位置，因配体结合域结构不完整而导致雌激素不能与ER受体相结合，体外实验进一步证实其中3个位于3’端的融合伙伴基因可以使ER受体发生非配体依赖的转录活性升高。
研究最后结论认为N端ESR1的第6-7外显子发生基因融合是导致乳腺癌内分泌治疗耐药的驱动事件，并影响针对ER受体的内分泌治疗药物的疗效【4】。应用该研究中的检测方法，作者预估至少1%转移性乳腺癌中能够测到ESR1融合基因，推测ctDNA中也至少能测到10%的ESR1融合基因。
但是，目前我国国内已知的二代测序检测公司以及MSK-IMPACT研究中均未在乳腺癌中测到ESR1融合基因，即使在TCGA数据库中，ESR1被测a到5种融合形式，伙伴基因分别为USP25（1 / 3116）、MTHFD1L（1 / 3116）、BNC2（1 / 3116）、C6orf211（1 / 3116）、C6orf97（11 / 3116），可重复的阳性率也较低，推测原因之一可能与各检测公司的检测平台和方法不一致有关。
ESR1-CCDC170融合最早由Sakarya O等研究者在ER阳性乳腺癌患者中发现【5】，之后也在其它研究中被发现且具有可重复性【6】。最近被基础实验证实该融合基因在ER+ / Luminal B型乳腺癌中主要发挥了激活ERa受体下游信号通路的作用【7】。
Lei等首先发表ESR1-YAP1融合已在体外证实与ER阳性内分泌耐药有关，近期再次发现并证明ESR1-YAP1以及ESR1-PCDH11x能够驱动转移性乳腺癌产生继发内分泌耐药，CDK4 / 6抑制剂可能对这类乳腺癌治疗有效；研究还发现ESR1-NOP2融合未能转录产生相应融合蛋白，提示该融合可能是一个伴随事件【8】。当两个基因相邻时，有很多方式可以发生融合，Veeraraghavan等人的研究发现ESR1-CCDC170融合产生是串联重复的结果【7】。
基于这个理论，整个人类基因组中约三分之一的基因可能存在与相邻基因融合形成conjoined genes，但是由于这些融合基因表达水平太低造成检出困难的问题【9】。因此，目前对这类通读融合基因与肿瘤起源的关系远比我们想像中复杂，明确两者之间关系及产生机制可能是未来的研究方向。
一些开创性研究尝试去寻找肿瘤基因组经常发生断裂融合区域产生的原因，以及表观遗传学及基因结构改变如何影响这些区域成为基因组结构上的薄弱点，有研究报道H3K4me3作为一种组蛋白甲基化修饰标志物可能与这些容易发生DNA双链断裂的基因区域密切相关【10】。
为了检查这个解释是否也适用于人乳腺癌细胞系MCF-7中的基因组发生基因融合的现象，Veeraraghavan等人采用ChIP-Seq数据集（GEO登录号：GSE35583【11】）分析了MCF-7中全基因组中H3K4me3表达全景。结果发现在ESR1基因座内含有第3外显子3及其相邻的第2内含子的部分区域中，出现两个异常强化的H3K4me3组蛋白修饰标记峰；更令人惊讶的是，他们发现具有这两个最强H3K4me3标记峰的基因组区域是最易受DNA链断裂影响的区域，这被释放的具有完整第1外显子和第2外显子的ESR1基因5‘端部分通常可以与相邻CCDC170基因的第6内含子区域结合，从而产生ESR1-CCDC170融合基因【7】。
这一发现证实了之前研究发生的论断，即表观遗传标记H3K4me3可能与基因组DNA断裂有关，并与随后后发生的基因组重排也有关。Veeraraghavan J等人的研究还发现，与MCF-7细胞存在的表观遗传标记相反，其他人类细胞（ GM12878、H1-hESC、HSMM、HUVEC、K562、NHEK 和 NHLF ）在基因组区域中没有表现出如此显著高水平的H3K4me3标记，这也同样解释了为什么ESR1参与的各种融合基因仅有可能在乳腺癌中被发现，而在其他人类细胞类型中却似乎不存在【7】。
Matissek等人最新发现驱动基因PIK3CA、AKT3、RAF1和ESR1在14% (24 / 173)进展期激素受体（ Hormonal receptor, HR ）阳性乳腺癌中存在基因融合现象：新产生的融合蛋白激酶在3D细胞培养实验中被发现主要通过解除磷酸化蛋白信号传导而发挥调节非转化型细胞的增殖和生存；而在体内外HR阳性乳腺癌模型中则是通过调节雌激素依赖性细胞生长而使细胞产生对激素治疗的抗药性【12】。
Ciriello等人报道了Luminal A型乳腺肿瘤中以基因拷贝数高（copy number high, CNH）为特征的患者亚群的临床预后相对较差【13】。Thompson等人的转录组融合基因研究中也发现该亚型乳腺肿瘤的融合基因频率与基因CNH变异呈正相关；更有意思的是，这些融合基因增高与细胞有丝分裂相关基因表达增高也明显相关（ p=3.07E-18 ），如Aurora激酶和Polo-like激酶的表达升高，这些可以做为乳腺癌的治疗靶点【14】。
这些研究提示转录组融合基因检测可以部分反映乳腺癌相关的基因组稳定性情况，尤其可以有助于发现存在CNH的高危Luminal A型乳腺肿瘤患者，并可能成为用于乳腺癌预后判断和预测疗效的标志物。
1. Nasrazadani A, Thomas RA, Oesterreich S, et al: Precision Medicine in Hormone Receptor-Positive Breast Cancer. Front Oncol 8:144, 2018
2. Wang P, Bahreini A, Gyanchandani R, et al: Sensitive Detection of Mono- and Polyclonal ESR1 Mutations in Primary Tumors, Metastatic Lesions, and Cell-Free DNA of Breast Cancer Patients. Clinical Cancer Research 22:1130–1137, 2016
3. Schiavon G, Hrebien S, Garcia-Murillas I, et al: Analysis of ESR1 mutation in circulating tumor DNA demonstrates evolution during therapy for metastatic breast cancer. Science Translational Medicine 7:313ra182–313ra182, 2015
4. Hartmaier RJ, Trabucco SE, Priedigkeit N, et al: Recurrent hyperactive ESR1 fusion proteins in endocrine therapy-resistant breast cancer. Annals of Oncology 29:872–880, 2018
5. Sakarya O, Breu H, Radovich M, et al: RNA-Seq mapping and detection of gene fusions with a suffix array algorithm. PLoS Comput Biol 8:e1002464–10, 2012
6. Fimereli D, Fumagalli D, Brown D, et al: Genomic hotspots but few recurrent fusion genes in breast cancer. Genes Chromosomes Cancer 57:331–338, 2018
7. Veeraraghavan J, Tan Y, Cao X-X, et al: Recurrent ESR1-CCDC170 rearrangements in an aggressive subset of oestrogen receptor-positive breast cancers. Nat Commun 5:4577–23, 2014
8. Lei JT, Gou X, Ellis MJ: ESR1fusions drive endocrine therapy resistance and metastasis in breast cancer. Molecular & Cellular Oncology 5:e1526005, 2018
9. Prakash T, Sharma VK, Adati N, et al: Expression of Conjoined Genes: Another Mechanism for Gene Regulation in Eukaryotes. PLoS ONE 5:e13284, 2010
10. Burman B, Zhang ZZ, Pegoraro G, et al: Histone modifications predispose genome regions to breakage and translocation. Genes Dev 29:1393–1402, 2015
11. Thurman RE, Rynes E, Humbert R, et al: The accessible chromatin landscape of the human genome. Nature 489:75–82, 2012
12. Matissek KJ, Onozato ML, Sun S, et al: Expressed Gene Fusions as Frequent Drivers of Poor Outcomes in Hormone Receptor-Positive Breast Cancer. Cancer Discovery 8:336–353, 2018
13. Giovanni C, Perou CM, Sander C, et al: Abstract 822: The molecular diversity of Luminal A breast cancer. Cancer Res 73:822–822, 2014
14. Thompson EA, Asmann YW, Su X, et al: Abstract S4-02: A comprehensive analysis of fusion transcripts in breast cancer reveals associations between number of fusion transcripts, copy number events, gene expression profiles, and potentially clinical outcome. Cancer Res 76:S4–02–S4–02, 2016
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