肝母細(xì)胞瘤（HB）是最常見的兒童惡性肝臟腫瘤之一，80%~90%發(fā)生在5歲以內(nèi)。HB被認(rèn)為來(lái)源于肝前體細(xì)胞，在形態(tài)上與未成熟的肝細(xì)胞相似。目前，通過(guò)術(shù)前化療和手術(shù)切除，已成功挽救了許多患者的生命。對(duì)于該癌癥的早期患者，治療后的五年生存率已超過(guò)80%。但對(duì)于晚期患者，五年生存率低于60%。此外，醫(yī)學(xué)上對(duì)HB的臨床預(yù)測(cè)指標(biāo)并不完善，因此改善高度惡性HB患者的預(yù)后，對(duì)HB進(jìn)行惡性分級(jí)評(píng)估非常必要。?

近期，來(lái)自廣島大學(xué)生物醫(yī)學(xué)與健康科學(xué)研究所小兒外科的檜山英磯博士在Nature?Communications雜志上在線發(fā)表題為“Genetic and epigenetic basis of hepatoblastoma diversity”的文章。研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)從日本小兒肝臟腫瘤研究組（JPLT-2）獲得的數(shù)據(jù)對(duì)163例兒童肝臟腫瘤（154例HBs和9例肝細(xì)胞癌）進(jìn)行了綜合基因組分析。研究結(jié)果闡明了肝母細(xì)胞癌變過(guò)程中的分子機(jī)制，并通過(guò)全面的基因組、表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組分析確定了HB在分子水平上區(qū)分的亞型。

文章發(fā)表在Nature?Communications上

研究人員首先使用全基因組測(cè)序分析（WGS）、全外顯子組測(cè)序分析、PCR和sanger測(cè)序檢測(cè)外顯子中特殊的片段——CTNNB1。通過(guò)大量組學(xué)手段的分析，結(jié)合Karkinos軟件的分析，繪制出HB的種系突變譜圖（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，在所有腫瘤數(shù)據(jù)中CTNNB1基因大量缺失，說(shuō)明CTNNB1是最常突變的基因（77.6%）。此外，根據(jù)測(cè)序數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，HB的突變頻率與診斷年齡呈正相關(guān)（圖 1c）；HB的突變頻率顯著低于成人肝細(xì)胞癌（HCC）（圖 1b）?；赪GS數(shù)據(jù)的體細(xì)胞堿基替換模式分析（圖? 1d）顯示，最常見的堿基替換是C-to-T轉(zhuǎn)換（32%），其次是C-to-A轉(zhuǎn)換（21%）和T-to-C的轉(zhuǎn)換（20%）。

圖1.HB的突變譜圖。來(lái)源：Nature?Communications

隨后，研究人員通過(guò)Affymetrix 6.0 SNP陣列分析、GISTIC2.0分析和WGS分析，確定了HB的SV、SNP和染色體穩(wěn)定性（圖2）。Affymetrix 6.0 SNP陣列分析了112個(gè)HB體細(xì)胞拷貝數(shù)變化，以識(shí)別染色體臂水平的增加和丟失、區(qū)域性擴(kuò)增和缺失以及單親二體（UPD）（圖 2a）。陣列分析發(fā)現(xiàn)，4q35.1的缺失包含了IRF2基因（圖 2b）。IRF2基因被報(bào)道為HCC中p53相關(guān)的腫瘤抑制基因。SNP陣列上的等位基因特異性調(diào)用顯示，11p染色體中有39例（34.2%）UPD，其中包含H19/IGF2印記區(qū)域（圖 2c）。染色體的穩(wěn)定性分析顯示32例（29%）具有染色體不穩(wěn)定性（CIN）（圖 2d）。?

圖2.HB基因組的SV和基因組穩(wěn)定性。來(lái)源：Nature?Communications

隨后，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)RNA測(cè)序和共識(shí)聚類分析確定了三種腫瘤亞型和正常組織（圖3）。

“proliferative”：主要表達(dá)細(xì)胞周期相關(guān)基因（CCNB2、E2F1、MKI67、MYCN）和AFP，表明其具有細(xì)胞增殖的侵襲性。該亞型的腫瘤還具有經(jīng)典Wnt 靶向基因（LGR5、TBX3、BMP4、ASCL2、RNF43、DKK1、SP5、NOTUM和GPC3）的高表達(dá)，這些基因與CTNNB1的高頻率突變或缺失相關(guān)。

“mesenchymal”：腫瘤中上調(diào)的基因組以T細(xì)胞受體、基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs?）和顆粒酶（GZMs）為特征，表明細(xì)胞毒性免疫細(xì)胞（CTLs、NKT 和單核細(xì)胞) 的腫瘤內(nèi)浸潤(rùn)與ECM降解相關(guān)。

“hepatocyte”：腫瘤高表達(dá)與成熟肝細(xì)胞代謝功能相關(guān)的基因，；例如細(xì)胞色素P450（CYPs）、UDP葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（UGTs）和金屬硫蛋白家族基因（MTs）。?

圖3.HB中的基因表達(dá)亞型。來(lái)源：Nature?Communications?

研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)146個(gè)腫瘤和11個(gè)非癌性肝組織使用Infinium HumanMethylation450 BeadChip （Illumina）分析。BeadChip和全基因組亞硫酸氫鹽測(cè)序（WGBS）顯示出臨床樣本中甲基化水平的良好相關(guān)性。從兩種已知 ICR的甲基化分析結(jié)果中可以得出，在肝母細(xì)胞癌發(fā)生過(guò)程中父本等位基因會(huì)被優(yōu)先選擇。IGF2啟動(dòng)子1（Pr1），被稱為成人肝臟特異性啟動(dòng)子，在胎兒肝臟（胎齡18周）中甲基化密集，但在兒童HB肝臟中以年齡依賴性方式逐漸低甲基化（圖 4）。相反，Pr2（胎兒組織啟動(dòng)子）在非癌性肝臟樣本中表現(xiàn)出甲基化逐漸增加，在成人肝組織中表現(xiàn)出甲基化密集。

圖4.HB中IGF2啟動(dòng)子的甲基化狀態(tài)。來(lái)源：Nature?Communications?

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)CHIP-seq技術(shù)，使用H3K27ac探針，基于甲基化水平將HB進(jìn)行分型（圖5）。亞型E1腫瘤具有TLCT/HCN-NOS和TERT啟動(dòng)子突變，E1中的超甲基化顯示富含GC的序列富集，這意味著富含CpG的增強(qiáng)子附近的超甲基化。E2/3亞型在H19/IGF2區(qū)域中表現(xiàn)出高頻率的拷貝數(shù)畸變，表明該亞型具有高有絲分裂活性的胚胎表型。亞型E4顯示出增強(qiáng)子甲基化的細(xì)微變化，可能是由于腫瘤含量低（“正常樣”）。E4中的低甲基化顯示出ETS因子識(shí)別基序的富集，與免疫細(xì)胞的腫瘤內(nèi)浸潤(rùn)一致。

圖5.HB中的增強(qiáng)子甲基化亞型和異常低甲基化。來(lái)源：Nature?Communications?

上述研究結(jié)果表明，HB表觀遺傳失調(diào)以及IGF2啟動(dòng)子的異常甲基化模式，可能支持HB細(xì)胞中“細(xì)胞起源”的假設(shè)（圖6）。?

圖6.兒童和成人肝臟惡性腫瘤的“起源細(xì)胞”假說(shuō)概述。來(lái)源：Nature?Communications?

在細(xì)胞從定形內(nèi)胚層向成肝細(xì)胞和肝細(xì)胞分化成熟的過(guò)程中，干細(xì)胞相關(guān)因子ASCL2和永生相關(guān)基因TERT的表達(dá)降低，自我更新能力下降。由于遺傳和表觀遺傳異常，源自成熟肝細(xì)胞的經(jīng)典HB表現(xiàn)出Wnt的高激活和IGF2的持續(xù)上調(diào)，而源自具有低TERT表達(dá)的成熟肝細(xì)胞的成人肝細(xì)胞癌（HCC）由于啟動(dòng)子突變表現(xiàn)出上調(diào)和病毒式整合。Wnt 激活（25%）主要是由于CTNNB1的突變。?

總結(jié)

雖然兒童肝腫瘤國(guó)際合作（CHIC）近期的評(píng)估表明HB臨床和表型多樣性，但尚未對(duì)其分子背景進(jìn)行分析。此前研究中包括的患者數(shù)量不足以確定個(gè)體間異質(zhì)性或僅應(yīng)用于單個(gè)分子特征。在該研究中，原發(fā)性兒童肝臟惡性腫瘤的綜合分子分析揭示了HB中基因組、表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組特征的明顯多樣性。全基因組和全外顯子組分析表明，HB的基因組畸變與診斷時(shí)的年齡密切相關(guān)?？截悢?shù)分析結(jié)果顯示，28.6% HB的染色體不穩(wěn)定。此外，研究團(tuán)隊(duì)基于這個(gè)龐大的HB樣本群確定了分子水平區(qū)分的HB亞型。HB系統(tǒng)的分子分析對(duì)于了解在肝母細(xì)胞癌發(fā)生過(guò)程中發(fā)生的表觀遺傳驅(qū)動(dòng)事件至關(guān)重要，可為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中的風(fēng)險(xiǎn)分層提供必要線索。?

參考文獻(xiàn)：

Nagae, G., Yamamoto, S., Fujita, M., Fujita, T., Nonaka, A., Umeda, T., ... & Hiyama, E. (2021). Genetic and epigenetic basis of hepatoblastoma diversity.?Nature Communications,?12(1), 1-16.

https://www.nature.com/articles/s41467-021-25430-9#Sec31

往期精品(點(diǎn)擊圖片直達(dá)文字對(duì)應(yīng)教程)

機(jī)器學(xué)習(xí)

后臺(tái)回復(fù)“生信寶典福利第一波”或點(diǎn)擊閱讀原文獲取教程合集

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Nature子刊 | 通过多组学手段系统解析儿童肝母细胞瘤分子特征，为临床诊断提供精确参考...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。