Nature:大腸癌基因檢測

通過對103名大腸癌患者的癌細胞和正常細胞的比較，研究者發現了大量在腫瘤細胞內異常表達的基因，這些異常表達是由於轉錄調控的改變而導致的。

文獻來源：Cancer: Directions for the drivers.

由於基因突變所導致的基因異常表達，對於癌症的發生發展而言，到底起了多大的作用？這個基礎性的問題在近年的癌症基因組研究領域卻很少引起人們的注意，究其原因，可能是由於人們普遍認為，那些可以通過藥物進行靶向治療的突變，都是可以引起蛋白質結構變化的。Ongen等人的研究中，則向我們展示了，如何同時使用基因表達譜及全基因組基因分型技術，對大腸癌的基因轉錄調控過程進行研究。其研究向我們提供了兩個發人深思的結果：在過量的調控突變中可以找到致癌基因改變，而「神秘的」調控基因突變具有改變癌症進展的功能。

在癌症中，基因表達發生了改變，已經是個為大眾所接受的理論。儘管腫瘤的衍生過程各有不同，但是同種類型的腫瘤往往會具有相同的、新的基因表達譜。起源於癌症基因圖譜項目的各項研究都發現，在晚期腫瘤組織內存在著不同的腫瘤驅動性以及腫瘤抑制性基因的轉錄。但是在腫瘤中由於存在如此之多的基因轉錄改變，因此，很難分辨哪些改變「驅使」腫瘤的生成，而哪些只是「打醬油」的。此外，表觀遺傳學改變——對基因表達進行修飾，但並不改變基因序列——已經在癌症中被發現，其中也包括大腸癌。有研究者已經開始對腫瘤內的轉錄及表觀遺傳學改變進行更廣泛的檢測，但其規模與解析度都未達到Ongen等人的水平。他們採用RNA-Seq的方法，對細胞的轉錄組（所有RNA分子組成）進行測序。

在過去數年裡，對癌細胞外顯子的測序（僅限蛋白質編碼區）結果表明，在癌細胞內大約有250個左右的基因的隨機突變機率比預想要高得多。其中，大部分是所有癌症內都會出現的基因突變，也有一些是具有腫瘤特異性的。對具有調節功能的DNA進行相似的分析較為困難，原因主要有兩個：第一，我們剛剛開始學會如何鑑定存在於基因與基因之間很長的序列內具有調節功能的片段；第二，基因表達的改變很多是由於基因組內其它基因的改變所導致的。Ongen等人克服了上述種種局限性，他們將目光集中於雜合等位基因腫瘤細胞與相應的正常細胞中的表達比率上。他們在最近的另一項大腸癌分析中，也使用了這種思路，並把這種現象稱作「等位功能失調基因」（GAD）。

儘管等位特異性表達也可能是由於其它基因的改變，但是，在絕大部分情況下最有可能的是由於原位調控基因的突變。Ongen等人觀察到體細胞（非生殖細胞）突變率和等位基因特異性表達之間的高度相關性，此外，在所有103份正常-腫瘤細胞的成對分析中，在雜合位點，大約有200個轉錄本呈現等位表達比例的癌症特異性偏離。他們給出的解釋是，由於調控序列的改變，等位基因中的一個比另一個更容易被轉錄。

研究者發現，其中有些偏離可以歸因於相似的癌症相關突變類型，包括雜合度的缺失以及拷貝數的改變等，而有些則可能是（還未確定）調控基因突變導致。研究者檢測了所有樣本以確定是否都存在這樣的情況，並且採用兩種方法進行統計以減小統計偏差，最終，他們發現了總共71個GAD在腫瘤細胞內出現頻率比在正常細胞內更高，其中有9個與現存的所有癌症都存在的驅動性突變基因一致。這些發現為調控基因突變可導致癌症的假說提供了確鑿證據。也許沒必要給每個突變都起一個名字，但是「GPS突變」這個概念應該進入人們的觀念了，因為正是這些突變指引著癌症驅動性的突變的功能，但是，目前還不清楚如果沒有這些指引的幫助，腫瘤是否會最終形成vengeance——這有點像給我們指路的導航系統。

另一類突變，被形象地稱作「後座司機」，意思是它們會在調控癌症進展或者轉移等過程中發揮作用，但是，是以其它癌症驅動性（driver）突變為基礎的。Ongen等人的第二項重要發現是，除了存在於GAD中的GPS突變，還有另外一類重要的癌症調控基礎：神秘的遺傳變異（cryptic genetic variation）（圖1）。這些變異在正常情況下彼此並不相關聯，但在特定情況下，則可能會在癌症驅動基因表達修飾上起到關鍵作用。具體而言，研究者想要尋找個體內與不同的基因表達相關的共同變異，他們發現，至少有三分之一的表達調控變異（eSNP）是具有腫瘤特異性的。

圖1 腫瘤細胞內神秘的基因調節。a，雜合等位基因意味著在某一特定位點（本圖，A和C）包含不同的核苷酸。在正常細胞內，兩種不同基因拷貝額表達量是相同的，都較低。在這個例子中，轉錄體中的等位基因與基因的調控區域內正常情況下無關，或者被叫做「神秘」的變異等位基因相關（A和T，C和G)。b，在腫瘤細胞內，以轉錄因子的高表達為特徵，這一神秘的變異基因變得具有相關性，因為轉錄因子和含有T的等位基因結合，但是不能與含G的等位基因結合。這樣一來，就使得含有A的等位基因呈現高表達，而含有C的等位基因則低水平表達，因此，使得等位基因表達比例發生改變。

此外，這些多態性在六個已知的癌症相關轉錄因子結合位點上呈現富集狀態，在大腸癌中全部出現上調。研究者認為，當這些因子（IRX3、E2F4、NFIL3、TFAP2A、CUX1或LEF1）中的一個過表達，在正常細胞內不影響相鄰基因表達的多態性變得彼此相關。從目前的研究結果來看，由於在大腸癌的全基因組相關研究（GWAS）中，只發現了上述多態性中等程度的富集，因此還不清楚它們是否在癌症進展中扮演著「後座」基因修飾者的關鍵角色。也可能在對進展期腫瘤進行GWAS時，我們會發現更高程度的富集。

關於這個研究需要引起人們注意的方面，可以用兩點來概括。

第一，目前並未對任何候選突變進行功能方面的研究——也就是說，所有的結果都是基於統計學相關性得出的。

第二，任何進行RNA-Seq驗證的研究者都會很快發現，上述研究中所進行檢測的位點上，很多都會出現背道而馳的結果。

鑑於最近在科學界對實驗結果可重複性的關注，有人指出，期刊雜誌應該進行第三方的獨立平性全盲實驗分析，從而在文章發表前得到結果的確認。這一建議並非是對Ongen等研究者們所進行的謹慎、深入的分析的詆毀，而只是基於RNA-Seq、GWAS及富集分析等技術固有的複雜性而提出的普遍要求。不同的分析者有可能得到完全不同的詳情信息。但是，後天發生的突變，在許多尚未知的調控修飾背景下，通過控制基因表達來驅動癌症的發生，這一假說為我們提供了癌症研究領域的新視角。目前，類似的分析可以在其它資料庫基礎上進行，也可以對除癌症之外的其它由於基因表達調控改變而出現的疾病進行分析。接下來的另一個挑戰是，對鑑定出的調節基因變異進行臨床應用。

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