食管鱗癌的基因組和表觀遺傳的突變及其對臨床病人的指導意義
食管癌（Esophageal Cancer, EC）是目前全球死亡率排名第六的癌症，每年新增發病人數超過48萬[1]。食管鱗癌(Esophageal Squamous Cell Carcinomas, ESCC)占食管癌的80%以上[2]。目前，ESCC尚無準確的早期診斷方式，五年生存率只有10%~20%。針對ESCC尚無明確的靶向治療位點[2]。2018年De-chen Lin等人發表在Gastroenterology（IF=20.773）的綜述系統地總結了ESCC基因組及表觀遺傳組的變異，並討論了已有研究是如何提升我們對ESCC發病機制和疾病進展的認識[3]。
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食管鱗癌的體系突變特徵
拷貝數變異和結構重排
與染色體非整數倍變異及染色體臂變異相比，拷貝數目變異（copynumber alternations, CNA）更有可能為癌細胞增殖提供有利條件。如表1所示，ESCC中擴增水平最高的區域為11q13.2-q13.3，雜合子缺失水平最高的區域9p21.3（位於CDKN2A及CDKN2A基因區域上）。位於11q13上的致癌基因CPT1A, ANO1, ORAOV1, CCND1, FGF3, FGF4, FGF19, CTTN和MIR548K拷貝數增加，轉錄水平也隨之上升，這與ESCC細胞的惡性增殖密切相關[4-6]。其中，CCND1基因通常和CTTN基因同時出現拷貝數增加。ESCC中其他擴增的基因包括FGFR1, MYC, EGFR, KRAS, MDM2, TP63, PRKCI, SOX2, PIK3CA和NKX2-1。
基於62例ESCC基因組的研究，鑒定到1000多個結構重排[4, 7]。TRAPPC9和RAD51B基因在多種癌症中被證實可促進腫瘤進展，因此這些基因重排可能對ESCC細胞有重要生物學影響。但是目前有關ESCC的WGS數據仍有限，未來仍需要更大樣本量，更統一的WGS數據用於鑒定ESCC中的結構重排。
體系突變
多個基於NGS測序的研究在ESCC中鑒定到22個顯著突變基因（significantlymutated genes, SMGS）[4, 8-10]（表2）。與其他的癌症類似，食管鱗癌中突變比例最高的基因為TP53，其他驅動基因的突變比例均低於20%。22個SMGs中，通過實驗驗證了5個基因的生物學功能，表明其在ESCC中起重要作用。研究表明，FAM135B[4], EP300[11, 12]及TET2[11]基因突變會縮短患者的生存期。
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食管鱗癌的表觀遺傳變異特徵
和無偏倚的基因組學分析相比，許多有關ESCC的表觀遺傳學研究都是基於某些候選基因或區域。這些研究已經篩選出一些可能導致食管鱗癌發生的因素，比如基因沉默，增強子活化以及RNA編輯。
DNA甲基化
CDKN2A, CDKN2B,DLC1,LRP1B和RASSF1A等抑癌基因啟動子區域的高度甲基化使基因沉默（表3）[13-17]。此外，ESCC中部分microRNA，比如microRNA34a和microRNA375也出現甲基化現象，表達下調[18, 19]。但是，這些基因啟動子區域的甲基化是否為ESCC特有，還有待研究。未來可考慮將這種甲基化模式運用於臨床。比如，CDKN2A, CDKN2B,和TFF1在早期ESCC中高度甲基化，可考慮能否將其作為早期診斷的biomarker[13, 15]。另外，APC和FHIT啟動子區域的高度甲基化與ESCC患者的生存時間顯著相關，因此有望作為預後因子[20, 21]。
目前有關ESCC全基因水平的甲基化研究較少。少部分研究將長散布核元件（LINE-1）作為標誌物。LINE-1的低甲基化與染色體不穩定、TP53突變、淋巴結轉移及患者生存時間減短密切相關[22]。未來ESCC甲基化的特點還需要大量全基因組水平的測序數據來解釋。
染色體修飾
ESCC中鑒定到存在基因突變的基因1）與DNA/組蛋白修飾有關，比如EP300, CREBBP, MLL2; (2）與去組蛋白修飾有關，比如KDM6A和TET2；(3）與染色體結構改變相關，比如ARID1A, ARID2, 和SMARCC2。在原發的ESCC組織中，蛋白組測序及免疫組化分析發現組蛋白H3（H3K27me3）和H4（H4K79me2）甲基化異常[23-25]。
RNA編輯
在ESCC中，存在RNA編輯異常現象。在哺乳動物中，腺苷脫氨酶作用於RNA(ADAR)家族成員，可將RNA分子上的腺苷（A）轉化為肌苷（I）。ADAR1基因在ESCC原發灶中擴增且過表達，增強了ESCC細胞的惡性表型。ADAR1結合到mRNA（AZIN1和FLNB）上，介導A轉化為I的編輯。在ESCC中，這中生物學過程被加強，進而改變了AZIN1的編碼序列，使其成為癌蛋白，促進ESCC細胞的增殖，遷移和侵襲[26]。
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基因組和表觀基因組的腫瘤異質性
ESCC中至少存在兩種形式的腫瘤異質性。患者間或腫瘤間的異質性意味著ESCC腫瘤具有不同的生物學、臨床及病理學特徵。
腫瘤間異質性
TCGA運用多種基因組和表觀遺傳組測序平台，解析了90個ESCC樣本的分子特徵[12]。通過分析WES、RNA測序、DNA甲基化數據鑒定出2個主要和1個次要的亞型（ESCC1, ESCC2, ESCC3）。ESCC1中主要富集了與細胞核因子相關的突變，包括NRF2信號通路中的NFE2L2、KEAP1、CUL3和ATG7基因。SOX2, TP63及YAP1則出現基因擴增。ESCC2沒有出現上述突變，突變主要集中在SMG，比如KDM6A、MLL2、NOTCH1和ZNF750。ESCC3中出現SMAERCA4突變，且CNA比ESCC1和ESCC2少。
腫瘤內異質性
基於多個位置腫瘤組織的深度測序顯示40%的驅動基因突變存在空間異質性[27]。也就是說，在同一個癌症組織中，這些突變在某些細胞中可以檢測到，在其他的細胞中不能檢測到。和其他的類型的腫瘤一樣，驅動基因（TP53, MLL2, ZNF750）可能在ESCC癌症發生的早期就出現突變，因此會有更多的克隆突變。PIK3CA, MTOR, NFE2L2,和 KIT趨向於出現在亞克隆中。在ESCC中，這些驅動基因的異質性可能具有重要的臨床意義。
腫瘤內異質性不僅存在體系突變，還包括基因拷貝數和DNA甲基化的差異。由於樣本量有限，目前有關ESCC腫瘤異質性及起生物學功能的研究還有待深入。有望通過單細胞測序，更加全面的揭示腫瘤異質性的機制，並揭示ESCC進化的機制。
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食管鱗癌中的信號通路及靶向治療
由於基因組和表觀遺傳組的變異，導致ESCC中多個信號通路異常。基因拷貝數增加和功能增加可激活NRF2基因，基因功能缺失和拷貝數缺失可抑制KEAP1, CUL3和ATG7基因[12, 28]。這些基因組的變異，使ESCC中抗氧化信號通路活性升高。抗氧化活性的升高後，通過減少細胞壓力和抑制細胞凋亡，導致細胞對化療藥物的耐藥性。
ESCC中基因突變對酪氨酸激酶受體通路也有重要影響。EGFR, FGFR1，KRAS基因在ESCC中發生擴增，PIK3CA發生激活突變。在許多ESCC樣本中，PTEN基因缺失或者功能缺失。某些ESCC中出現ERBB2, ERBB4, MET和MTOR突變（表4）。雖然這些基因的突變比例不高，但是這些基因一般都會過表達，說明在表觀遺傳水平、轉錄後及翻譯後會出現異常。
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展望未來
隨著基因組、甲基化組和蛋白組測序的發展，我們對食管鱗癌的發病機制有了初步的認識。但是，為了更全面更深入的探究食管鱗癌，還需要更大規模樣本的全基因組和甲基化組測序。這些數據一方面可揭示非編碼基因的突變，染色體結構的特徵，另一方面也可探究腫瘤間和腫瘤內甲基化的異質性。原發食管鱗癌在全基因組水平的組氨酸修飾及染色體結構域的特徵有待揭示。此外，我們可對ESCC中重要的順式和反式調節原件的特點進行挖掘，這將極大提升我們對分子元件是如何調節ESCC轉錄組的理解。目前，尚無ESCC早期診斷，基於這些測序數據的挖掘，可探究有效的biomarker。有了早期診斷和篩查，ESCC患者的可以獲得早期治療，其生存時間也會得到提升。
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作者：鍾再選 來源：醫學中文網
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