BRCA携带者肿瘤分析揭示不同时间点的基因组相似性

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BRCA1/2 基因携带者肿瘤分析：在不同时间点显现基因组相似性

乳腺癌（Breast Cancer, BC）是全球女性中最常见的恶性肿瘤，其发病机制多为散发性，而家族性遗传病例仅占5%到10%。在众多致病分子中，BRCA1/2 基因突变（Pathogenic Gene, PG）因其高渗透性成为遗传性乳腺/卵巢癌综合征研究的重点。这些基因突变显著提高了女性罹患乳腺癌和卵巢癌的终生风险，分别高达38%至87%和16.5%至73%。此外，BRCA1/2 突变还与其他癌症类型相关，包括胰腺癌、胃癌和前列腺癌。

本文作者团队包括 Tal Falick Michaeli、Avital Granit Mizrahi 等，他们隶属于以色列 Hebrew University 和 Hadassah Medical Center 等机构。研究发表于 2024 年《Discover Oncology》杂志，旨在探讨遗传修饰因子及外部环境对 BRCA1/2 突变携带者乳腺癌发展的相对贡献，尤其关注早期生活事件的影响。

研究背景与目标

BRCA1/2 突变携带者乳腺癌表现出的独特分子特征（如突变签名 3）常作为研究重点。然而，目前仍不清楚遗传修饰因子、外部环境因素及其交互作用如何影响肿瘤特性和发病风险。本研究希望通过对同一患者在不同时期发生的原发乳腺癌（Primary Breast Cancer, BC）进行分子特性比较，以揭示遗传和环境因子在肿瘤形成中的作用。此外，研究还分析了两名患者的原发性肺癌样本，探讨跨器官肿瘤分子特性差异。

研究方法

本研究对三名 BRCA1/2 突变女性患者的肿瘤样本进行了全外显子测序（Whole Exome Sequencing, WES）。研究分析了6个原发乳腺癌样本（每名患者两个）以及两名患者的肺癌样本。实验流程主要包括以下步骤：

  1. DNA 提取与质控：从福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）切片中提取 DNA，并通过 NanoDrop 光谱仪、Qubit dsdna HS Assay 和 Agilent 2100 Bioanalyzer 评估其质量和完整性。

  2. 文库构建与测序：使用 KAPA HyperPrep 套件构建外显子文库，并采用 Roche MedExome Nimblegen 捕获试剂盒进行外显子捕获，最终在 Illumina NextSeq 500 平台上进行测序。

  3. 数据处理与变异检测：

    • 应用 BWA-MEM2 软件将过滤后的 Fastq 文件比对到人类基因组 GRCh38。
    • 使用 Picard 工具移除重复序列。
    • 使用 GATK Mutect2 工具进行体细胞单核苷酸变异（Single Nucleotide Variations, SNVs）检测，并与 COSMIC 突变签名数据库进行比对。

  4. 拷贝数变异（CNV）分析：利用 CNVkit 工具检测肿瘤与正常样本的拷贝数变化，并通过 Enrichr 等工具对基因富集路径进行分析。

  5. 统计分析与可视化：采用超几何分布计算基因组重叠的显著性，并使用 Venn 图、柱状图等方式呈现结果。

研究结果

肿瘤分子特性相似性

研究发现，同一患者在不同时期发生的乳腺癌（分别为原发癌和第二原发癌）表现出显著的分子特性相似性。这些结果表明：

  1. 相似的基因组特征：

    • 初发乳腺癌样本（A 组）与第二次乳腺癌样本（B 组）的拷贝数变异（CNV）分析揭示出941个和448个相关基因。
    • 两组样本中共有的56个基因进一步支持了肿瘤特性的相似性。

  2. 突变签名分析：

    • A 组和 B 组样本均表现出类似的突变签名特征，包括典型的 BRCA1/2 突变签名（如签名3）。
    • 不同患者的乳腺癌样本间呈现显著一致性，而肺癌样本则表现出显著不同的分子特性。

  3. 不同器官的肿瘤特性差异：

    • 两名患者的肺癌样本显示出与乳腺癌样本完全不同的基因组特性，包括独特的突变签名和富集路径。

外部因子的影响

尽管两次乳腺癌间隔数年发生，且患者经历了不同的治疗或外部暴露（如激素治疗和化疗），研究并未观察到显著的环境因素对肿瘤特性的影响。这一发现支持了遗传修饰因子及早期生活事件对肿瘤特性主导作用的假设。

讨论与意义

研究指出，同一患者的第二原发乳腺癌在分子水平上与初发乳腺癌高度相似，提示外部环境影响可能有限。这可能归因于以下因素：

  1. 遗传修饰因子作用：BRCA1/2 突变携带者基因组的同质性可能在肿瘤形成中起主导作用。
  2. 早期生活事件的长期影响：早期暴露的外部环境因素可能已在基因组中留下持久印记，对后续肿瘤的发展产生深远影响。

此外，研究显示，不同器官肿瘤（如乳腺癌与肺癌）表现出显著的基因组特性差异，进一步强调了器官微环境在肿瘤形成中的重要作用。

研究亮点与局限性

亮点

  1. 通过比较同一患者的多次原发肿瘤，研究排除了其他遗传背景对肿瘤特性的干扰，为理解环境因子及遗传修饰因子的作用提供了新视角。
  2. 综合运用 CNV、SNV、突变签名及路径分析方法，为肿瘤分子特性研究提供了系统性框架。

局限性

  1. 样本量较小（仅包括3名患者），可能限制了结论的普适性。
  2. 未能进一步探讨早期生活事件的具体影响机制。

总结

本研究揭示了 BRCA1/2 突变携带者乳腺癌分子特性的稳定性，强调遗传修饰因子和早期外部环境在肿瘤形成中的关键作用。这一发现为制定个性化筛查和预防策略提供了理论依据，同时为未来探索基因型与表型相互作用的研究指明了方向。