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大家好呀~今天要給大家分享的是一篇發表在Nature Communications（IF: 14.919）上題為“Mapping molecular subtype specific alterations in breast cancer brain metastases identifies clinically relevant vulnerabilities[1]”的文章，這項研究對45例原發性乳腺癌和39例腦轉移乳腺癌樣本進行了測序，廢話不多說，讓我們一起來看看這篇文章的具體內容吧~
繪制乳腺癌腦轉移分子亞型特異改變識別臨床相關脆弱性
背景
乳腺癌腦轉移概述
乳腺癌是女性發病率最高的惡性腫瘤，根據雌激素受體(ER)、孕激素受體(PR)、人表皮生長因子受體2(HER2)表達情況，乳腺癌可分為3種不同的分子亞型：三陰型(TNBC)，HER2陽性、激素受體陰性型(HER2+型)，雌激素受體陽性型(ER+型)。乳腺癌腦轉移(BCBM) 是一種常見且侵襲性的轉移擴散形式，晚期乳腺癌腦轉移的比例為10%~15%，發生率僅次于肺癌。一項納入206 913 例乳腺癌患者的回顧性研究發現， HER2陽性乳腺癌患者腦轉移的發生率最高（1.0%）[2]。目前，局部治療仍然是BCBM的主要治療手段，包括手術、立體定向放射外科治療（stereotactic radiosurgery，SRS） 和 全 腦 放 射 治 療 （whole-brain radiotherapy，WBRT）等。BCBM 的系統治療主要取決于乳腺癌的分子亞型，即雌激素受體、孕激素受體和HER2的表達狀態。盡管乳腺癌的系統治療取得了諸多進展，BCBM 的系統治療仍然非常棘手[3]。
基因組疤痕評分
HRD評分是基因組疤痕的評估利器。同源重組修復缺陷（HRD）指的就是當DNA出現雙鏈斷裂時，細胞失去了通過同源重組的方式對斷裂進行修復的能力。HRD可致“基因組疤痕”現象(genomic scars)，包括基因組雜合性缺失（LOH)、端粒等位基因不平衡(ntAI)、大片段遷移(LST)等。基因組疤痕評分就是綜合LOH、LST、ntAI這三個指標進行基因組不穩定性評分，具體數值通過對細胞內單核苷酸多態性位點（SNP）進行檢測和計算得出。
數據組成
本研究分別對45例原發性乳腺癌和39例腦轉移乳腺癌進行了RNA和DNA測序，RNA測序樣本包括有13 個 ER+/HER2-（本文中將其命名為 luminal）（29%）、16 個 HER2+（ER+/-）（35.5%）和 16 個 TNBC（35.5%）。此外，本研究還對其他幾個已發表文獻中的數據集進行了分析，分別是Brastianos et al. WXS BCBM隊列，Rinaldi et al. 靶向測序隊列，Siegel et al. RNA-Seq隊列以及GSE1401764、GSE1401864和 GSE14018微陣列數據集。
結果
1. 亞型特異性 BCBM 轉錄組特征
研究人員首先對BCBM亞型與其配對的原發性乳腺癌樣本進行轉錄組層面的差異分析，鑒定出了在這些亞型中共有的差異表達基因（106個上調基因和379個下調基因），富集結果發現這些基因主要富集在腦腫瘤微環境相關的通路中，比如GFAP等（圖2a-b）。接著研究人員又基于這些差異基因對不同亞型的原發性乳腺癌和腦轉移乳腺癌進行無監督聚類分析，圖中結果可以發現原發性乳腺癌和BCBM樣本之間分離明顯。此外，研究人員還進行了GSEA分析，發現BCBM中ER+/??HER2-亞型特異性下調的基因主要富集在NOTCH、AKT 和 p53 信號通路。
眾所周知，基因一般不會獨立發揮作用，而是會與其他基因一起相互作用。于是，研究人員進行了WGCNA分析，在luminal (ER+/??HER2-) 中鑒定了8個基因共表達模塊（n =197個基因），在HER2+中鑒定了9個模塊（n=231個基因），在TNBC 亞型中鑒定了4個模塊（n = 229個基因），所有這些在原發性腫瘤和 BCBM中都存在（圖3a-c）。總體而言，研究人員觀察到與luminal和HER2+亞型相比，TNBC的基因網絡的差異較小（圖3d-f），他們推測這種現象可能是由于 TNBC 腫瘤本身存在的異質性。
為了驗證這些模塊是乳腺癌腦轉移特異性的而不是腫瘤發生轉移的共有特征，研究人員又分析了其他幾個乳腺癌數據集，這些數據集中注釋了多個轉移部位，包括腦、骨、肺、肝等其他部位。通過比較大腦中每個基因模塊與其他所有轉移部位的ssGSEA評分，研究人員發現約79%的基因模塊在BCBM中比其他部位腫瘤顯著富集（圖4a-b）這些模塊的通路富集分析體現了每種臨床亞型的一些已知特征，但研究人員也觀察到了以前未報道的一些通路的改變（圖4c）。
2. 同源重組缺陷在腦轉移中富集
前面的研究是基于RNA層面的探究，研究人員接下來為了確定BCBM中的DNA改變是否會影響類似的途徑，對由18個BCBM和匹配的原發性腫瘤和正常組織組成的BCBM WXS隊列和另外一個獨立的BCBM WXS隊列（N=21例）進行了分析，配對病例樣本之間的體細胞拷貝數改變（SCNA）分析揭示了其中共有的和特異性的擴增和缺失特征（圖5a-b）。BCBM中的拷貝數變化主要包括ERBB2、MYC、AURKA中的擴增， NF1、PTEN等腫瘤抑制基因的缺失，以及TP53、PIK3CA 和 BRCA2 中的 SNV（圖5c-d）。在 BCBM 腫瘤中觀察到的基因組不穩定性，特別是缺失的普遍性，與 DNA 修復途徑功能的可能缺陷一致。
接下來研究人員對BCBM（N = 39 名患者）中檢測到的乳腺癌突變特征（Breast A-K）進行了描述，發現與匹配的原發性乳腺腫瘤相比，Breast A (MMR1)、Breast K (HRD) 和Breast F的突變特征在 BCBM 中顯著富集，而Breast J（與衰老相關）在 BCBM 中相對較少（圖6a-b）。為了進一步確定 BCBM 腫瘤中 HRD 的增加，研究人員還計算了組合基因組疤痕評分，與匹配的原發性乳腺腫瘤相比，BCBM的綜合“基因組疤痕”評分顯著增加（圖6c-d）。同時，為了確定 HRD 是否在 BCBM 轉錄組中具有重要功能，研究人員又計算了完整 BCBM RNA-Seq 隊列中每個腫瘤的 GSVA HR 途徑評分。與基因組結果一致，在BCBM中檢測到高HR通路評分（圖6e），但并沒有觀察到與這些途徑的富集和以無腦轉移生存期 (BMFS) 或總生存期 (OS) 為標志的疾病潛伏期的關聯性。
3. HRD在 BCBM中具有功能相關性
在這里，研究人員為進一步探究了HRD在luminal亞型BCBM中的作用，對患者來源的腫瘤外植體（PDTE）和患者來源的類器官培養物的轉移性腫瘤樣本進行了突變特征分析（圖7a），發現在三個BCBM 模型中具有不同的突變特征（圖7b）。通過用PARP 抑制劑 (PARPi) 對 PDTE 進行 72 小時處理，然后進行IHC染色，發現PARPi 在患者來源的 BCBM 腫瘤外植體 (PDTE) 中表現出顯著的抗腫瘤活性（圖7c）。此外，研究人員還進行了其他一系列的研究實驗，證明了解特定突變特征與 BRCA1/2/PALPB2 野生型腫瘤中 RAD51 表達的相對貢獻可能對預測luminal型BCBM 中對 PARPi 的反應具有重要意義(圖7d-g)。
總結
這項研究全面分析了原發性乳腺癌和乳腺癌腦轉移腫瘤樣本中的基因組、轉錄組和臨床特征，并揭示了乳腺癌腦轉移的特異性轉錄組特征，發現了在基因組和轉錄組水平上明顯的功能相關HRD，表明乳腺癌腦轉移中的基因組不穩定性，這具有潛在的轉化意義。作者通過結合不同分子分型與突變特征分析來對乳腺癌腦轉移這一特殊類型腫瘤進行研究，將自己的數據與公共數據相結合，再加以實驗驗證，充分證實了研究結果的可靠性。
參考文獻
