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大家好呀~今天要給大家分享的是一篇發(fā)表在Nature Communications（IF: 14.919）上題為“Mapping molecular subtype specific alterations in breast cancer brain metastases identifies clinically relevant vulnerabilities[1]”的文章，這項(xiàng)研究對(duì)45例原發(fā)性乳腺癌和39例腦轉(zhuǎn)移乳腺癌樣本進(jìn)行了測(cè)序，廢話不多說(shuō)，讓我們一起來(lái)看看這篇文章的具體內(nèi)容吧~
繪制乳腺癌腦轉(zhuǎn)移分子亞型特異改變識(shí)別臨床相關(guān)脆弱性
背景
乳腺癌腦轉(zhuǎn)移概述
乳腺癌是女性發(fā)病率最高的惡性腫瘤，根據(jù)雌激素受體(ER)、孕激素受體(PR)、人表皮生長(zhǎng)因子受體2(HER2)表達(dá)情況，乳腺癌可分為3種不同的分子亞型：三陰型(TNBC)，HER2陽(yáng)性、激素受體陰性型(HER2+型)，雌激素受體陽(yáng)性型(ER+型)。乳腺癌腦轉(zhuǎn)移(BCBM) 是一種常見且侵襲性的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散形式，晚期乳腺癌腦轉(zhuǎn)移的比例為10%~15%，發(fā)生率僅次于肺癌。一項(xiàng)納入206 913 例乳腺癌患者的回顧性研究發(fā)現(xiàn)， HER2陽(yáng)性乳腺癌患者腦轉(zhuǎn)移的發(fā)生率最高（1.0%）[2]。目前，局部治療仍然是BCBM的主要治療手段，包括手術(shù)、立體定向放射外科治療（stereotactic radiosurgery，SRS） 和 全 腦 放 射 治 療 （whole-brain radiotherapy，WBRT）等。BCBM 的系統(tǒng)治療主要取決于乳腺癌的分子亞型，即雌激素受體、孕激素受體和HER2的表達(dá)狀態(tài)。盡管乳腺癌的系統(tǒng)治療取得了諸多進(jìn)展，BCBM 的系統(tǒng)治療仍然非常棘手[3]。
基因組疤痕評(píng)分
HRD評(píng)分是基因組疤痕的評(píng)估利器。同源重組修復(fù)缺陷（HRD）指的就是當(dāng)DNA出現(xiàn)雙鏈斷裂時(shí)，細(xì)胞失去了通過同源重組的方式對(duì)斷裂進(jìn)行修復(fù)的能力。HRD可致“基因組疤痕”現(xiàn)象(genomic scars)，包括基因組雜合性缺失（LOH)、端粒等位基因不平衡(ntAI)、大片段遷移(LST)等。基因組疤痕評(píng)分就是綜合LOH、LST、ntAI這三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行基因組不穩(wěn)定性評(píng)分，具體數(shù)值通過對(duì)細(xì)胞內(nèi)單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)（SNP）進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)算得出。
數(shù)據(jù)組成
本研究分別對(duì)45例原發(fā)性乳腺癌和39例腦轉(zhuǎn)移乳腺癌進(jìn)行了RNA和DNA測(cè)序，RNA測(cè)序樣本包括有13 個(gè) ER+/HER2-（本文中將其命名為 luminal）（29%）、16 個(gè) HER2+（ER+/-）（35.5%）和 16 個(gè) TNBC（35.5%）。此外，本研究還對(duì)其他幾個(gè)已發(fā)表文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)集進(jìn)行了分析，分別是Brastianos et al. WXS BCBM隊(duì)列，Rinaldi et al. 靶向測(cè)序隊(duì)列，Siegel et al. RNA-Seq隊(duì)列以及GSE1401764、GSE1401864和 GSE14018微陣列數(shù)據(jù)集。
結(jié)果
1. 亞型特異性 BCBM 轉(zhuǎn)錄組特征
研究人員首先對(duì)BCBM亞型與其配對(duì)的原發(fā)性乳腺癌樣本進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組層面的差異分析，鑒定出了在這些亞型中共有的差異表達(dá)基因（106個(gè)上調(diào)基因和379個(gè)下調(diào)基因），富集結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些基因主要富集在腦腫瘤微環(huán)境相關(guān)的通路中，比如GFAP等（圖2a-b）。接著研究人員又基于這些差異基因?qū)Σ煌瑏喰偷脑l(fā)性乳腺癌和腦轉(zhuǎn)移乳腺癌進(jìn)行無(wú)監(jiān)督聚類分析，圖中結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)原發(fā)性乳腺癌和BCBM樣本之間分離明顯。此外，研究人員還進(jìn)行了GSEA分析，發(fā)現(xiàn)BCBM中ER+/??HER2-亞型特異性下調(diào)的基因主要富集在NOTCH、AKT 和 p53 信號(hào)通路。
眾所周知，基因一般不會(huì)獨(dú)立發(fā)揮作用，而是會(huì)與其他基因一起相互作用。于是，研究人員進(jìn)行了WGCNA分析，在luminal (ER+/??HER2-) 中鑒定了8個(gè)基因共表達(dá)模塊（n =197個(gè)基因），在HER2+中鑒定了9個(gè)模塊（n=231個(gè)基因），在TNBC 亞型中鑒定了4個(gè)模塊（n = 229個(gè)基因），所有這些在原發(fā)性腫瘤和 BCBM中都存在（圖3a-c）?？傮w而言，研究人員觀察到與luminal和HER2+亞型相比，TNBC的基因網(wǎng)絡(luò)的差異較?。▓D3d-f），他們推測(cè)這種現(xiàn)象可能是由于 TNBC 腫瘤本身存在的異質(zhì)性。
為了驗(yàn)證這些模塊是乳腺癌腦轉(zhuǎn)移特異性的而不是腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移的共有特征，研究人員又分析了其他幾個(gè)乳腺癌數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)集中注釋了多個(gè)轉(zhuǎn)移部位，包括腦、骨、肺、肝等其他部位。通過比較大腦中每個(gè)基因模塊與其他所有轉(zhuǎn)移部位的ssGSEA評(píng)分，研究人員發(fā)現(xiàn)約79%的基因模塊在BCBM中比其他部位腫瘤顯著富集（圖4a-b）這些模塊的通路富集分析體現(xiàn)了每種臨床亞型的一些已知特征，但研究人員也觀察到了以前未報(bào)道的一些通路的改變（圖4c）。
2. 同源重組缺陷在腦轉(zhuǎn)移中富集
前面的研究是基于RNA層面的探究，研究人員接下來(lái)為了確定BCBM中的DNA改變是否會(huì)影響類似的途徑，對(duì)由18個(gè)BCBM和匹配的原發(fā)性腫瘤和正常組織組成的BCBM WXS隊(duì)列和另外一個(gè)獨(dú)立的BCBM WXS隊(duì)列（N=21例）進(jìn)行了分析，配對(duì)病例樣本之間的體細(xì)胞拷貝數(shù)改變（SCNA）分析揭示了其中共有的和特異性的擴(kuò)增和缺失特征（圖5a-b）。BCBM中的拷貝數(shù)變化主要包括ERBB2、MYC、AURKA中的擴(kuò)增， NF1、PTEN等腫瘤抑制基因的缺失，以及TP53、PIK3CA 和 BRCA2 中的 SNV（圖5c-d）。在 BCBM 腫瘤中觀察到的基因組不穩(wěn)定性，特別是缺失的普遍性，與 DNA 修復(fù)途徑功能的可能缺陷一致。
接下來(lái)研究人員對(duì)BCBM（N = 39 名患者）中檢測(cè)到的乳腺癌突變特征（Breast A-K）進(jìn)行了描述，發(fā)現(xiàn)與匹配的原發(fā)性乳腺腫瘤相比，Breast A (MMR1)、Breast K (HRD) 和Breast F的突變特征在 BCBM 中顯著富集，而Breast J（與衰老相關(guān)）在 BCBM 中相對(duì)較少（圖6a-b）。為了進(jìn)一步確定 BCBM 腫瘤中 HRD 的增加，研究人員還計(jì)算了組合基因組疤痕評(píng)分，與匹配的原發(fā)性乳腺腫瘤相比，BCBM的綜合“基因組疤痕”評(píng)分顯著增加（圖6c-d）。同時(shí)，為了確定 HRD 是否在 BCBM 轉(zhuǎn)錄組中具有重要功能，研究人員又計(jì)算了完整 BCBM RNA-Seq 隊(duì)列中每個(gè)腫瘤的 GSVA HR 途徑評(píng)分。與基因組結(jié)果一致，在BCBM中檢測(cè)到高HR通路評(píng)分（圖6e），但并沒有觀察到與這些途徑的富集和以無(wú)腦轉(zhuǎn)移生存期 (BMFS) 或總生存期 (OS) 為標(biāo)志的疾病潛伏期的關(guān)聯(lián)性。
3. HRD在 BCBM中具有功能相關(guān)性
在這里，研究人員為進(jìn)一步探究了HRD在luminal亞型BCBM中的作用，對(duì)患者來(lái)源的腫瘤外植體（PDTE）和患者來(lái)源的類器官培養(yǎng)物的轉(zhuǎn)移性腫瘤樣本進(jìn)行了突變特征分析（圖7a），發(fā)現(xiàn)在三個(gè)BCBM 模型中具有不同的突變特征（圖7b）。通過用PARP 抑制劑 (PARPi) 對(duì) PDTE 進(jìn)行 72 小時(shí)處理，然后進(jìn)行IHC染色，發(fā)現(xiàn)PARPi 在患者來(lái)源的 BCBM 腫瘤外植體 (PDTE) 中表現(xiàn)出顯著的抗腫瘤活性（圖7c）。此外，研究人員還進(jìn)行了其他一系列的研究實(shí)驗(yàn)，證明了解特定突變特征與 BRCA1/2/PALPB2 野生型腫瘤中 RAD51 表達(dá)的相對(duì)貢獻(xiàn)可能對(duì)預(yù)測(cè)luminal型BCBM 中對(duì) PARPi 的反應(yīng)具有重要意義(圖7d-g)。
總結(jié)
這項(xiàng)研究全面分析了原發(fā)性乳腺癌和乳腺癌腦轉(zhuǎn)移腫瘤樣本中的基因組、轉(zhuǎn)錄組和臨床特征，并揭示了乳腺癌腦轉(zhuǎn)移的特異性轉(zhuǎn)錄組特征，發(fā)現(xiàn)了在基因組和轉(zhuǎn)錄組水平上明顯的功能相關(guān)HRD，表明乳腺癌腦轉(zhuǎn)移中的基因組不穩(wěn)定性，這具有潛在的轉(zhuǎn)化意義。作者通過結(jié)合不同分子分型與突變特征分析來(lái)對(duì)乳腺癌腦轉(zhuǎn)移這一特殊類型腫瘤進(jìn)行研究，將自己的數(shù)據(jù)與公共數(shù)據(jù)相結(jié)合，再加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，充分證實(shí)了研究結(jié)果的可靠性。
參考文獻(xiàn)
