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《自然》:健康子宫内膜也有癌症驱动突变!科学家发现,正常子宫内膜中也存在大量致癌突变,很多突变在10岁前产生丨科学大发现

作者:小D|2020年06月22日| 浏览:1280

对每一个女性来说,子宫内膜应该都是很熟悉的“老朋友”,它会随着生理周期增厚-脱落,形成循环。而发生于子宫内膜的恶性肿瘤,也就是子宫内膜癌,目前发病率正在逐渐增加,在中国,居于妇科癌症的第1-2位。

 

子宫内膜癌患者通常需要手术切除子宫,甚至是卵巢和输卵管,对于年轻患者来说,这意味着她们失去了生育能力,同时,失去雌激素也会加速衰老。

 

因此,改善子宫内膜癌的预防和筛查至关重要。那么第一步就是要搞清楚,正常的子宫内膜是如何癌变的。

 

就在上周的《自然》杂志上[1],Wellcome Sanger研究所的研究人员发表了一项研究成果,他们通过对多名女性的子宫内膜进行全基因组测序,全面概述了子宫内膜中基因突变的速率和模式。

 

正常的子宫内膜显微镜图像(图片来自:Wellcome Sanger研究所)

 

结果发现,几乎90%的人中,正常的子宫内膜也包含致癌的驱动突变,这些人近60%的子宫内膜样本中有不止一个驱动突变。这些突变中有很多都是在生命早期,也就是儿童时期就出现的。

 

研究人员从28名年龄在19-81岁的女性中获得了257个正常的子宫内膜腺体。她们进行子宫内膜活检的原因包括:生殖问题(14人),因良性的非子宫内膜病变需进行子宫切除术(2人),器官捐献后残留组织(8人)。另外还有4人是非妇科相关疾病死亡后,研究人员取得的尸检样本。

 

他们通过激光捕获显微解剖技术将这些样本中的子宫内膜腺体分离出来,将构成腺体的上皮组织和结缔组织分开,对上皮组织进行全基因组测序,并与来自同一人的其他正常组织的基因组进行比对,确定每个腺体的体细胞突变。

 

激光捕获显微解剖技术得到的子宫内膜腺体

 

他们首先发现,每个腺体几乎都是“克隆”形成的,一个腺体中的上皮细胞几乎都是来自同一个上皮祖细胞。随后的分析显示,许多子宫内膜腺体都携带已知的癌症相关驱动突变,不过子宫内膜腺体的克隆性与驱动突变的存在无关。

 

28名女性的正常子宫内膜腺体的体细胞突变负荷包含209-2833个碱基替换和1-358个插入缺失。数量上的差异主要是由年龄导致的,每个腺体每年大约增加29个碱基替换。

 

在以前已经被确定为驱动突变相关的基因[2]中,研究人员发现有12个在他们的子宫内膜腺体检测中也存在:PIK3CA、PIK3R1、ARHGAP35、FBXW7、ZFHX3、FXA2、ERBB2、CHD4、KRAS、SPOP、PP2R1A和ERBB3。

 

28名女性中有25名都存在驱动突变,总数达到209个,其中最年轻突变携带者24岁,她的子宫内膜腺体样本中,每7个就有1个携带KRAS G12D突变。在总的257个腺体样本中,有147个(57.20%)携带至少1个驱动突变,携带2个及以上的有42个(16.34%)。有4名女性采集的每个腺体样本中都存在驱动突变。在这些驱动基因中,PIK3CA是突变频率最高的。

 

图片来自:pixabay.com

 

和体细胞突变负荷类似,每个腺体中的驱动突变数量和不同人之间的驱动突变数量都主要年龄有很大的关系,基本呈正相关。驱动基因的突变主要发生在生长因子受体编码基因和一些重要的信号传导通路中,包括介导类固醇激素应答通路、染色质功能相关蛋白和癌蛋白降解通路等。

 

我们都知道,组织中的所有突变不是一朝一夕之间出现的,而是长时间慢慢积累的。通过构建每个人的子宫内膜腺体系统发育树,研究人员对细胞克隆的扩增模式和驱动突变的获得进行了表征。

 

分析结果表明,在整个生命过程中,正常子宫内膜腺体上皮细胞的驱动突变获得是呈线性的,至少有一部分突变发生在生命早期。在34岁和35岁的2名女性中,她们的KRAS G12D突变和PIK3CA突变都可能发生在10岁前。另一名60岁女性的ZFHX3和PIK3CA两个基因的突变也都发生在10岁前。

 

驱动突变的发生时间

 

虽然积累了大量的突变,但这些女性的子宫内膜仍然是正常组织,并未发生癌变。

 

与过去子宫内膜癌患者全基因组分析的结果[3]相对比可以发现,子宫内膜癌患者的突变负荷更高,约为正常细胞的5倍。虽然两者都有较多的碱基替换和插入缺失,但子宫内膜癌患者还有很高的DNA错配修复率和聚合酶-ε/聚合酶-δ的校对突变(proof-reading mutations)率,在正常细胞中没有发现。另外,癌细胞的结构变异和拷贝数变异也更多。

 

从驱动突变上看,PTEN、CTCF、CTNNB1、ARID1A和TP53的突变在癌细胞中更多。其中PTEN、CTCF、ARID1A和TP53可能需要双等位基因突变才能显示出明显的致癌效果,这可能是它们在正常细胞中突变较少的原因。在这次的研究中,研究人员仅在5个腺体样本(2%)中发现了PTEN和TP53的杂合突变。

 

总的来说,在正常细胞中也同样会存在不止一种驱动突变,但它们致癌的风险是相对有限的。

 

图片来自:pixabay.com

 

和其他研究相比,这项研究有更严格的样本分离和测序方法,以及更完善的生物信息学算法,但需要注意的是,参与研究的女性有一半是因不孕不育接受检查的,这本身是子宫内膜癌的独立危险因素,可能对研究结果造成影响。

 

未来,这类研究还会纳入更多具有代表性的人群,例如有潜在的癌前症状的女性,包括非典型子宫内膜增生等患病群体。这样一来,对从正常组织,到癌前组织,再到正式癌变组织的发展过程的表征就会更加完整。这种方法也可能有助于确定单个驱动突变导致癌症发展的致病能力[4]。

 

对这些基因层面变化的认识,可以结合其他危险因素,像不孕不育、肥胖和种族等一起帮助筛选高风险女性,可能会改变预防和早期筛查。

 

 

参考资料:

[1] https://www.nature.com/articles/s41586-020-2214-z

[2] Martincorena I, Raine K, Gerstung M, et al. Universal Patterns of Selection in Cancer and Somatic Tissues[J]. Cell, 2017, 171(5): 1823-1823.

[3] Alexandrov, L. B. et al. The repertoire of mutational signatures in human cancer[J]. Nature,  2020, 578(7793): 94–101.

[4] https://www.nature.com/articles/d41586-020-01081-6

 

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