乳腺癌是發(fā)生在乳腺上皮組織的惡性腫瘤，它是威脅全球女性健康的嚴(yán)重的常見的惡性腫瘤之一，近年來的發(fā)病率與死亡率也逐漸升高。因此，尋找和發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的乳腺癌生物標(biāo)志物已經(jīng)成為目前研究的一個重要方向。小編這次為大家分享兩篇關(guān)于研究乳腺癌 DNA 甲基化標(biāo)志物的文章（IF > 10）， 利用多組學(xué)數(shù)據(jù)分別從兩個方向篩選甲基化標(biāo)志物的研究。

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易感基因 BRCA1 和 BCRA2 通過同源重組（Homologous Recombination，HR）對 DNA 進(jìn)行修復(fù)，當(dāng) BRCA1 和 BCRA2 發(fā)生致病性突變，導(dǎo)致同源重組缺陷（HR-deficient，HRD)，損傷的 DNA 難以得到修復(fù)，容易導(dǎo)致三陰性乳腺癌（TNBC）等惡性腫瘤的發(fā)生。40% - 70% 的 TNBC 腫瘤具有 HRD 表型，且 BRCA1/ BRCA2 突變的乳腺癌被認(rèn)為比非 HR 缺陷瘤更具免疫原性。有研究表明，增加免疫原性可以起始更好的免疫檢查點(diǎn)的連鎖反應(yīng)，但是這一機(jī)制仍不明確。瑞典隆德大學(xué)今年 7 月份在 Nat Commun（IF 12.121）上發(fā)表了《Comprehensive molecular comparison of BRCA1 hypermethylated and BRCA1 mutated triple negative breast cancers》， 通過全面比較 BRCA1 高甲基化和 BRCA1 突變的 TNBC 患者的分子生物學(xué)特征，以確定 BRCA1 甲基化水平在 TNBC 中的功能。

作者利用已經(jīng)報(bào)道的 237 例未分群的三陰性乳腺癌（TNBCs）患者（SCAN-B）以及 54 例 BRCA1 突變腫瘤患者的 WGS、RNA-seq、WGBS、 焦磷酸測序數(shù)據(jù)， 分析了早期 TNBC 中 BRCA1 啟動子高甲基化的頻率，和 BRCA1 功能缺失（體細(xì)胞 / 種系突變、BRCA1 缺失）的腫瘤表型及其與臨床病理變化、分子亞型和患者預(yù)后的關(guān)系。作者發(fā)現(xiàn)，在早期未分群的 TNBC 中，BRCA1 高甲基化的發(fā)生率是 BRCA1 功能缺失腫瘤的兩倍，并且在腫瘤高甲基化患者的外周血 DNA 中可以檢測到 BRCA1 啟動子甲基化的升高。此外，從突變、表觀遺傳學(xué)、轉(zhuǎn)錄和免疫浸潤表型分析中發(fā)現(xiàn)，BRCA1 高甲基化與 BRCA1 功能缺失患者的腫瘤表型幾乎相同。與非 BRCA1 失活的 TNBC 患者相比，輔助化療后 BRCA1 高甲基化和 BRCA1 功能缺失患者的預(yù)后更好， 說明 BRCA1 高甲基化很可能是早期 TNBC 發(fā)生的生物標(biāo)志物。

結(jié)果展示

圖 1. BRCA1 高甲基化，基因表達(dá)和 HRD 關(guān)聯(lián)分析。作者通過對 235 例 TNBC 患者 BRCA1 啟動子的焦磷酸測序結(jié)果和 237 例 TNBC 患者 BRCA1 mRNA 結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，高甲基化的 BRCA1 顯著抑制了 mRNA 的表達(dá)。HRD 關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，BRCA1 缺陷癌癥的典型特征是重排和微同源性缺失。且 WGS 結(jié)果表明，腫瘤細(xì)胞含量與 CpG 位點(diǎn)甲基化線性相關(guān)。這些結(jié)果顯示，BRCA1 高甲基化比 BRCA1 缺失病例的發(fā)生頻率高 2.3 倍，比 BRCA1 種系改變的發(fā)生頻率高 3 倍。同時，作者對致病性的 BRCA2 雙等位基因變異患者 PD35990a 進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其腫瘤是以 BRCA1 缺陷為特征的 BRCA1 高甲基化增加和 BRCA1 LOH（loss of heterozygosity）等特點(diǎn)。

圖 2. 外周血 BRCA1 甲基化、基因表達(dá)亞型和治療后的預(yù)后。通過對 TNBC 患者年齡以及外周血甲基化分析顯示，年輕患者（50 歲以下 TNBC 患者中 46.2%) 的 BRCA1 高甲基化頻率較高，說明 BRCA1 高甲基化可能是 TNBC 患者的潛在致病因素。接著，作者用 Cox 分析和 KM 分析統(tǒng)計(jì)了 BRCA1 高甲基化患者和非 BRCA1 患者的生存情況，發(fā)現(xiàn) BRCA1 高甲基化患者預(yù)后會更好。 說明 BRCA1 高甲基化患者預(yù)后改善的原因可能與 HRD 表型有關(guān)。

圖 3. BRCA1 高甲基化和 BRCA1 缺失的 TNBC 患者的遺傳表型比較。分別對 BRCA1 高甲基化和 BRCA1 缺失的 TNBC 患者的基因組拷貝數(shù)改變頻率、驅(qū)動基因拷貝數(shù)擴(kuò)增頻率、驅(qū)動基因突變（插入、缺失、替換）的頻率，兩組樣本的取代、indels 和重排總數(shù)以及包括兩種 BRCA1/BRCA2 相關(guān)標(biāo)記（RS3 和 RS5) 的六種重排標(biāo)記和層次聚類、主成分分析進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn) BRCA1 高甲基化和 BRCA1 缺失的 TNBC 患者分子生物學(xué)特征接近。

圖 4 . BRCA1 高甲基化和 BRCA1 缺失的 TNBC 的 DNA 甲基化和轉(zhuǎn)錄特征。25 例 BRCA1 缺失和 57 例高甲基化 SCAN- B 病例的甲基化數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，差異甲基化分析確定了 32 個顯著的 CpGs 且都與 BRCA1 相關(guān)。對 32 個 CpGs 的聚類分析發(fā)現(xiàn)在 235 個 TNBC 患者中，BRCA1 高甲基化和非甲基化的 TNBC 有明顯差異。轉(zhuǎn)錄組無監(jiān)督聚類和主成分分析顯示，BRCA1 高甲基化和 BRCA1 缺失的 TNBC 患者的基因表達(dá)無明顯改變。

圖 5. BRCA1 高甲基化和 BRCA1 缺失的免疫細(xì)胞浸潤表型。在免疫組化實(shí)驗(yàn)中評估 53 例 BRCA1 高甲基化和 25 例 BRCA1 缺失患者的 PD-L1 評分，結(jié)果顯示無顯著差異。

（https://doi.org/10.1038/s41467-020-17537-2）

DNA 甲基化在乳腺癌的發(fā)展過程中起著關(guān)鍵作用。之前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，白細(xì)胞中的 DNA 甲基化修飾可以作為一種很有前景的乳腺癌生物標(biāo)記物。然而，以前的研究普遍被低統(tǒng)計(jì)效力和潛在的偏差限制。今年 3 月份牛津大學(xué)在 J Natl Cancer Inst（IF 11.577）上發(fā)表了一篇《Genetically Predicted Levels of DNA Methylation Biomarkers and Breast Cancer Risk: Data From 228951 Women of European Descent》， 建立了一種新的機(jī)器學(xué)習(xí)方法可以識別乳腺癌中的甲基化標(biāo)志物。

研究思路

分析結(jié)果如下：

作者首先使用來自 Framingham（FHS）心臟研究中心的 1595 例患者 450K 芯片的 DNA 甲基化數(shù)據(jù)集中的多個 SNP 數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)計(jì)模型來預(yù)測白細(xì)胞 DNA 甲基化標(biāo)志物的水平，再使用來自 Women’s Health Initiative（WHI）的 883 患者的數(shù)據(jù)進(jìn)一步對預(yù)測模型進(jìn)行了驗(yàn)證。接著，將模型應(yīng)用于 122977 例乳腺癌患者和 105974 例對照的 GWAS 數(shù)據(jù)集中，以評估所預(yù)測的 CpGs 位點(diǎn)的 DNA 甲基化水平是否與患乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在所檢測的 62938 個 CpG 位點(diǎn)中，450 個 CpGs 位點(diǎn)與乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著相關(guān)，其中包括 45 個以前沒有報(bào)道過的位于 18 個基因組區(qū)域的 CpGs 位點(diǎn)。其余 405 個 CpGs 位點(diǎn)位于 70 個被 GWAS 鑒定為乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)變體的上下游 500Kb 區(qū)域內(nèi)，另外 11 個 CpGs 位點(diǎn)獨(dú)立于被 GWAS 鑒定的變異體外。 通過對 SNP 數(shù)據(jù)、DNA 甲基化和基因表達(dá)數(shù)據(jù)的綜合分析，發(fā)現(xiàn) 38 個 CpGs 位點(diǎn)可能會通過調(diào)節(jié) 21 個基因的表達(dá)來影響患乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)。 其中，GSTM4、SLC22A5 和 IMP3 3 個基因中有 5 個 CpGs 均位于 GWAS 中與乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)不相關(guān)的基因組區(qū)域。GSTM4 過表達(dá)有助于維持細(xì)胞色素 c 的降低狀態(tài)，從而增加乳腺癌細(xì)胞對甲氨蝶呤的抵抗。有報(bào)道稱，SLC22A5 突變可增強(qiáng)乳腺組織的癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。在 BRCA 突變的浸潤性乳腺癌中發(fā)現(xiàn)了 IMP3 的表達(dá)增加。CD160 與細(xì)胞抗癌活性有關(guān)，有三個 CpGs 位于 CD160 中，通過下調(diào) CD160 的表達(dá)，增加患乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)。另外有 3 個 CpGs 位于 MAPT 中，與乳腺癌轉(zhuǎn)移有關(guān)。

（https://doi: 10.1093/jnci/djz109）