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(gè)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(gè)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(shí)，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(gè)顯著的 CpGs 且都與 BRCA1 相關(guān)。對 32 個(gè) CpGs 的聚類分析發(fā)現(xiàn)在 235 個(gè) 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(gè) 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(gè) CpG 位點(diǎn)中，450 個(gè) 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(gè)以前沒有報(bào)道過的位于 18 個(gè)基因組區(qū)域的 CpGs 位點(diǎn)。其余 405 個(gè) CpGs 位點(diǎn)位于 70 個(gè)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(gè) 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(gè) CpGs 位點(diǎn)可能會通過調(diào)節(jié) 21 個(gè)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(gè)基因中有 5 個(gè) 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(gè) 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(gè) CpGs 位于 MAPT 中，與乳腺癌轉(zhuǎn)移有關(guān)。

（https://doi: 10.1093/jnci/djz109）