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大家好呀~今天要给大家分享的是一篇发表在Nature Communications（IF: 14.919）上题为“Mapping molecular subtype specific alterations in breast cancer brain metastases identifies clinically relevant vulnerabilities[1]”的文章，这项研究对45例原发性乳腺癌和39例脑转移乳腺癌样本进行了测序，废话不多说，让我们一起来看看这篇文章的具体内容吧~
绘制乳腺癌脑转移分子亚型特异改变识别临床相关脆弱性
背景
乳腺癌脑转移概述
乳腺癌是女性发病率最高的恶性肿瘤，根据雌激素受体(ER)、孕激素受体(PR)、人表皮生长因子受体2(HER2)表达情况，乳腺癌可分为3种不同的分子亚型：三阴型(TNBC)，HER2阳性、激素受体阴性型(HER2+型)，雌激素受体阳性型(ER+型)。乳腺癌脑转移(BCBM) 是一种常见且侵袭性的转移扩散形式，晚期乳腺癌脑转移的比例为10%~15%，发生率仅次于肺癌。一项纳入206 913 例乳腺癌患者的回顾性研究发现， HER2阳性乳腺癌患者脑转移的发生率最高（1.0%）[2]。目前，局部治疗仍然是BCBM的主要治疗手段，包括手术、立体定向放射外科治疗（stereotactic radiosurgery，SRS） 和 全 脑 放 射 治 疗 （whole-brain radiotherapy，WBRT）等。BCBM 的系统治疗主要取决于乳腺癌的分子亚型，即雌激素受体、孕激素受体和HER2的表达状态。尽管乳腺癌的系统治疗取得了诸多进展，BCBM 的系统治疗仍然非常棘手[3]。
基因组疤痕评分
HRD评分是基因组疤痕的评估利器。同源重组修复缺陷（HRD）指的就是当DNA出现双链断裂时，细胞失去了通过同源重组的方式对断裂进行修复的能力。HRD可致“基因组疤痕”现象(genomic scars)，包括基因组杂合性缺失（LOH)、端粒等位基因不平衡(ntAI)、大片段迁移(LST)等。基因组疤痕评分就是综合LOH、LST、ntAI这三个指标进行基因组不稳定性评分，具体数值通过对细胞内单核苷酸多态性位点（SNP）进行检测和计算得出。
数据组成
本研究分别对45例原发性乳腺癌和39例脑转移乳腺癌进行了RNA和DNA测序，RNA测序样本包括有13 个 ER+/HER2-（本文中将其命名为 luminal）（29%）、16 个 HER2+（ER+/-）（35.5%）和 16 个 TNBC（35.5%）。此外，本研究还对其他几个已发表文献中的数据集进行了分析，分别是Brastianos et al. WXS BCBM队列，Rinaldi et al. 靶向测序队列，Siegel et al. RNA-Seq队列以及GSE1401764、GSE1401864和 GSE14018微阵列数据集。
结果
1. 亚型特异性 BCBM 转录组特征
研究人员首先对BCBM亚型与其配对的原发性乳腺癌样本进行转录组层面的差异分析，鉴定出了在这些亚型中共有的差异表达基因（106个上调基因和379个下调基因），富集结果发现这些基因主要富集在脑肿瘤微环境相关的通路中，比如GFAP等（图2a-b）。接着研究人员又基于这些差异基因对不同亚型的原发性乳腺癌和脑转移乳腺癌进行无监督聚类分析，图中结果可以发现原发性乳腺癌和BCBM样本之间分离明显。此外，研究人员还进行了GSEA分析，发现BCBM中ER+/HER2-亚型特异性下调的基因主要富集在NOTCH、AKT 和 p53 信号通路。
众所周知，基因一般不会独立发挥作用，而是会与其他基因一起相互作用。于是，研究人员进行了WGCNA分析，在luminal (ER+/HER2-) 中鉴定了8个基因共表达模块（n =197个基因），在HER2+中鉴定了9个模块（n=231个基因），在TNBC 亚型中鉴定了4个模块（n = 229个基因），所有这些在原发性肿瘤和 BCBM中都存在（图3a-c）。总体而言，研究人员观察到与luminal和HER2+亚型相比，TNBC的基因网络的差异较小（图3d-f），他们推测这种现象可能是由于 TNBC 肿瘤本身存在的异质性。
为了验证这些模块是乳腺癌脑转移特异性的而不是肿瘤发生转移的共有特征，研究人员又分析了其他几个乳腺癌数据集，这些数据集中注释了多个转移部位，包括脑、骨、肺、肝等其他部位。通过比较大脑中每个基因模块与其他所有转移部位的ssGSEA评分，研究人员发现约79%的基因模块在BCBM中比其他部位肿瘤显著富集（图4a-b）这些模块的通路富集分析体现了每种临床亚型的一些已知特征，但研究人员也观察到了以前未报道的一些通路的改变（图4c）。
2. 同源重组缺陷在脑转移中富集
前面的研究是基于RNA层面的探究，研究人员接下来为了确定BCBM中的DNA改变是否会影响类似的途径，对由18个BCBM和匹配的原发性肿瘤和正常组织组成的BCBM WXS队列和另外一个独立的BCBM WXS队列（N=21例）进行了分析，配对病例样本之间的体细胞拷贝数改变（SCNA）分析揭示了其中共有的和特异性的扩增和缺失特征（图5a-b）。BCBM中的拷贝数变化主要包括ERBB2、MYC、AURKA中的扩增， NF1、PTEN等肿瘤抑制基因的缺失，以及TP53、PIK3CA 和 BRCA2 中的 SNV（图5c-d）。在 BCBM 肿瘤中观察到的基因组不稳定性，特别是缺失的普遍性，与 DNA 修复途径功能的可能缺陷一致。
接下来研究人员对BCBM（N = 39 名患者）中检测到的乳腺癌突变特征（Breast A-K）进行了描述，发现与匹配的原发性乳腺肿瘤相比，Breast A (MMR1)、Breast K (HRD) 和Breast F的突变特征在 BCBM 中显著富集，而Breast J（与衰老相关）在 BCBM 中相对较少（图6a-b）。为了进一步确定 BCBM 肿瘤中 HRD 的增加，研究人员还计算了组合基因组疤痕评分，与匹配的原发性乳腺肿瘤相比，BCBM的综合“基因组疤痕”评分显著增加（图6c-d）。同时，为了确定 HRD 是否在 BCBM 转录组中具有重要功能，研究人员又计算了完整 BCBM RNA-Seq 队列中每个肿瘤的 GSVA HR 途径评分。与基因组结果一致，在BCBM中检测到高HR通路评分（图6e），但并没有观察到与这些途径的富集和以无脑转移生存期 (BMFS) 或总生存期 (OS) 为标志的疾病潜伏期的关联性。
3. HRD在 BCBM中具有功能相关性
在这里，研究人员为进一步探究了HRD在luminal亚型BCBM中的作用，对患者来源的肿瘤外植体（PDTE）和患者来源的类器官培养物的转移性肿瘤样本进行了突变特征分析（图7a），发现在三个BCBM 模型中具有不同的突变特征（图7b）。通过用PARP 抑制剂 (PARPi) 对 PDTE 进行 72 小时处理，然后进行IHC染色，发现PARPi 在患者来源的 BCBM 肿瘤外植体 (PDTE) 中表现出显著的抗肿瘤活性（图7c）。此外，研究人员还进行了其他一系列的研究实验，证明了解特定突变特征与 BRCA1/2/PALPB2 野生型肿瘤中 RAD51 表达的相对贡献可能对预测luminal型BCBM 中对 PARPi 的反应具有重要意义(图7d-g)。
总结
这项研究全面分析了原发性乳腺癌和乳腺癌脑转移肿瘤样本中的基因组、转录组和临床特征，并揭示了乳腺癌脑转移的特异性转录组特征，发现了在基因组和转录组水平上明显的功能相关HRD，表明乳腺癌脑转移中的基因组不稳定性，这具有潜在的转化意义。作者通过结合不同分子分型与突变特征分析来对乳腺癌脑转移这一特殊类型肿瘤进行研究，将自己的数据与公共数据相结合，再加以实验验证，充分证实了研究结果的可靠性。
参考文献
