大连食管鳞癌的基因组和表观遗传的突变及其对

拷贝数变异和结构重排

与染色体非整数倍变异及染色体臂变异相比，拷贝数目变异（copynumber alternations, CNA）更有可能为癌细胞增殖提供有利条件。如表1所示，ESCC中扩增水平最高的区域为11q13.2-q13.3，杂合子缺失水平最高的区域9p21.3（位于CDKN2A及CDKN2A基因区域上）。位于11q13上的致癌基因CPT1A, ANO1, ORAOV1, CCND1, FGF3, FGF4, FGF19, CTTN和MIR548K拷贝数增加，转录水平也随之上升，这与ESCC细胞的恶性增殖密切相关[4-6]。其中，CCND1基因通常和CTTN基因同时出现拷贝数增加。ESCC中其他扩增的基因包括FGFR1, MYC, EGFR, KRAS, MDM2, TP63, PRKCI, SOX2, PIK3CA和NKX2-1。

基于62例ESCC基因组的研究，鉴定到1000多个结构重排[4, 7]。TRAPPC9和RAD51B基因在多种癌症中被证实可促进肿瘤进展，因此这些基因重排可能对ESCC细胞有重要生物学影响。但是目前有关ESCC的WGS数据仍有限，未来仍需要更大样本量，更统一的WGS数据用于鉴定ESCC中的结构重排。

体系突变

多个基于NGS测序的研究在ESCC中鉴定到22个显著突变基因（significantlymutated genes, SMGS）[4, 8-10]（表2）。与其他的癌症类似，食管鳞癌中突变比例最高的基因为TP53，其他驱动基因的突变比例均低于20%。22个SMGs中，通过实验验证了5个基因的生物学功能，表明其在ESCC中起重要作用。研究表明，FAM135B[4], EP300[11, 12]及TET2[11]基因突变会缩短患者的生存期。

和无偏倚的基因组学分析相比，许多有关ESCC的表观遗传学研究都是基于某些候选基因或区域。这些研究已经筛选出一些可能导致食管鳞癌发生的因素，比如基因沉默，增强子活化以及RNA编辑。

DNA甲基化

CDKN2A, CDKN2B,DLC1,LRP1B和RASSF1A等抑癌基因启动子区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也出现甲基化现象，表达下调[18, 19]。但是，这些基因启动子区域的甲基化是否为ESCC特有，还有待研究。未来可考虑将这种甲基化模式运用于临床。比如，CDKN2A, CDKN2B,和TFF1在早期ESCC中高度甲基化，可考虑能否将其作为早期诊断的biomarker[13, 15]。另外，APC和FHIT启动子区域的高度甲基化与ESCC患者的生存时间显著相关，因此有望作为预后因子[20, 21]。

目前有关ESCC全基因水平的甲基化研究较少。少部分研究将长散布核元件（LINE-1）作为标志物。LINE-1的低甲基化与染色体不稳定、TP53突变、淋巴结转移及患者生存时间减短密切相关[22]。未来ESCC甲基化的特点还需要大量全基因组水平的测序数据来解释。

染色体修饰

ESCC中鉴定到存在基因突变的基因1）与DNA/组蛋白修饰有关，比如EP300, CREBBP, MLL2; (2）与去组蛋白修饰有关，比如KDM6A和TET2；(3）与染色体结构改变相关，比如ARID1A, ARID2, 和SMARCC2。在原发的ESCC组织中，蛋白组测序及免疫组化分析发现组蛋白H3（H3K27me3）和H4（H4K79me2）甲基化异常[23-25]。

RNA编辑

在ESCC中，存在RNA编辑异常现象。在哺乳动物中，腺苷脱氨酶作用于RNA(ADAR)家族成员，可将RNA分子上的腺苷（A）转化为肌苷（I）。ADAR1基因在ESCC原发灶中扩增且过表达，增强了ESCC细胞的恶性表型。ADAR1结合到mRNA（AZIN1和FLNB）上，介导A转化为I的编辑。在ESCC中，这中生物学过程被加强，进而改变了AZIN1的编码序列，使其成为癌蛋白，促进ESCC细胞的增殖，迁移和侵袭[26]。

ESCC中至少存在两种形式的肿瘤异质性。患者间或肿瘤间的异质性意味着ESCC肿瘤具有不同的生物学、临床及病理学特征。

肿瘤间异质性

TCGA运用多种基因组和表观遗传组测序平台，解析了90个ESCC样本的分子特征[12]。通过分析WES、RNA测序、DNA甲基化数据鉴定出2个主要和1个次要的亚型（ESCC1, ESCC2, ESCC3）。ESCC1中主要富集了与细胞核因子相关的突变，包括NRF2信号通路中的NFE2L2、KEAP1、CUL3和ATG7基因。SOX2, TP63及YAP1则出现基因扩增。ESCC2没有出现上述突变，突变主要集中在SMG，比如KDM6A、MLL2、NOTCH1和ZNF750。ESCC3中出现SMAERCA4突变，且CNA比ESCC1和ESCC2少。

肿瘤内异质性

基于多个位置肿瘤组织的深度测序显示40%的驱动基因突变存在空间异质性[27]。也就是说，在同一个癌症组织中，这些突变在某些细胞中可以检测到，在其他的细胞中不能检测到。和其他的类型的肿瘤一样，驱动基因（TP53, MLL2, ZNF750）可能在ESCC癌症发生的早期就出现突变，因此会有更多的克隆突变。PIK3CA, MTOR, NFE2L2,和 KIT趋向于出现在亚克隆中。在ESCC中，这些驱动基因的异质性可能具有重要的临床意义。

肿瘤内异质性不仅存在体系突变，还包括基因拷贝数和DNA甲基化的差异。由于样本量有限，目前有关ESCC肿瘤异质性及起生物学功能的研究还有待深入。有望通过单细胞测序，更加全面的揭示肿瘤异质性的机制，并揭示ESCC进化的机制。

由于基因组和表观遗传组的变异，导致ESCC中多个信号通路异常。基因拷贝数增加和功能增加可激活NRF2基因，基因功能缺失和拷贝数缺失可抑制KEAP1, CUL3和ATG7基因[12, 28]。这些基因组的变异，使ESCC中抗氧化信号通路活性升高。抗氧化活性的升高后，通过减少细胞压力和抑制细胞凋亡，导致细胞对化疗药物的耐药性。

另外，TP53, CDKN2A基因突变及启动子区域的甲基化，CCND1和CDK6的扩增都会影响细胞循环通路。ESCC中98%的样本至少包含上述其中一种突变[11, 12, 29]。帕博西尼，是一种小分子CDK4和CDK6抑制剂，目前已经用于4期LUSC的二线临床实验（NCT02785939和NCT02450539）。由于LUSC和ESCC具有很多相似的基因组突变，因此LUSC中的阳性实验结果将有助于ESCC临床实验的开展。

ESCC中基因突变对酪氨酸激酶受体通路也有重要影响。EGFR, FGFR1，KRAS基因在ESCC中发生扩增，PIK3CA发生激活突变。在许多ESCC样本中，PTEN基因缺失或者功能缺失。某些ESCC中出现ERBB2, ERBB4, MET和MTOR突变（表4）。虽然这些基因的突变比例不高，但是这些基因一般都会过表达，说明在表观遗传水平、转录后及翻译后会出现异常。

随着基因组、甲基化组和蛋白组测序的发展，我们对食管鳞癌的发病机制有了初步的认识。但是，为了更全面更深入的探究食管鳞癌，还需要更大规模样本的全基因组和甲基化组测序。这些数据一方面可揭示非编码基因的突变，染色体结构的特征，另一方面也可探究肿瘤间和肿瘤内甲基化的异质性。原发食管鳞癌在全基因组水平的组氨酸修饰及染色体结构域的特征有待揭示。此外，我们可对ESCC中重要的顺式和反式调节原件的特点进行挖掘，这将极大提升我们对分子元件是如何调节ESCC转录组的理解。目前，尚无ESCC早期诊断，基于这些测序数据的挖掘，可探究有效的biomarker。有了早期诊断和筛查，ESCC患者的可以获得早期治疗，其生存时间也会得到提升。

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作者：钟再选   来源：医学中文网

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