乳腺癌的分子病理特征

导读：形态学上相似或不相似的不同亚型乳腺癌在分子水平上有何异同呢？下面就以美国TCGA项目乳腺癌的研究给大家做一个梳理。

乳腺癌是一种严重威胁女性健康的常见恶性肿瘤，近年来发病率呈逐年上升趋势。在乳腺癌的研究方面，让我们看看其他国家的小伙伴们都做了些什么。在CBioPortal上有这么几个大手笔的研究（其实样本量也就是just so so，就是数据类型多了些）：Breast cancer patient xenografts(British Columbia, Nature 2014) ; Breast Invasive Carcinoma(British Columbia, Nature 2012) ; Breast Invasive Carcinoma(Broad ,Nature 2012); Breast Invasive Carcinoma(Sanger, Nature2012); Breast Invasive Carcinoma(TCGA, Cell 2015) ; Breast Invasive Carcinoma(TCGA,Nature 2012) ; Breast Invasive Carcinoma (TCGA ,Provisional)。每个研究中样本量和所检测的数据类型如下：

那这些大研究中都包含些什么样的数据呢？下面就来看一下大家熟知的TCGA计划，就进行了多水平的研究，包括突变，拷贝数变异，m RNA表达，mi RNA的表达，甲基化，蛋白表达等几个层面的研究。那这些数据都是利用何种检测手段获得的呢？以2012年发表在Nature上的Comprehensive molecular portraits of human breast tumors（The CancerGenome Atlas Network）为例，共利用了6种技术平台：1)Gene expression DNA microarrays; 2) DNA methylationarrays; 3) microRNA sequencing; 4) Affymetrix SNP arrays; 5) exome sequencing; and 6) Reverse Phase Protein Arrays。通过研究我们得以一窥乳腺癌的全貌。

此研究包含了825位病人，其中来自463位病人的466例标本进行了5个平台的检测，包括：Agilent mRNA expression microarrays；Illumina Infinium DNA methylation chips；Affymetrix 6.0 SNP arrays；microRNA sequencing；whole exome sequencing；Reverse Phase Protein Array。得到如下结果：

Significantly mutated genes in breast cancer

在510例样本中发现了30626 somatic mutation，其中包括28319 point mutation，4 dinucleotide，2302 indel（范围从1~53个bp）。所涉及的基因囊括了之前研究报道乳腺癌相关基因PIK3CA,PTEN, AKT1, TP53, GATA3, CDH1, RB1, MLL3, MAP3K1,CDKN1B, 及一些新发现的SMGs（Significantly Mutated Genes）基因TBX3, RUNX1, CBFB, AFF2, PIK3R1, PTPN22,PTPRD, NF1, SF3B1, CCND3。检测到的这些基因中的突变与多种心血管疾病及血液肿瘤相关。从图总可以看出Luminal A型包含的突变较多。

Gene expression analyses (mRNA andmiRNA)

利用3662个基因的表达量差异将525例肿瘤组织及22癌旁组织通分为12个级别，且与PAM50分级一致性很好。

DNA methylation

在802例乳腺癌标本中，利用574个探针将样本分为五个DNA methylation groups。在Luminal B中呈现高甲基化水平，在Base-like type中呈现低甲基化水平，在Her-2（+）中呈现适中水平的甲基化。在甲基化区域上还是集中在传统的CpG岛区域。

DNA copy number

在773例肿瘤标本中，确认了之前研究报道的拷贝数变异区域，其中PIK3CA, HER1/EGFR, FOXA1, HER2/ERBB2主要为amplification；MLL3, PTEN, RB1,MAP2K4主要为deletions.

从图中可以看到Luminal A, Luminal B类型中拷贝数变异较HER2(+)及Basal-like类型略多。且deletion（蓝色）较amplification（红色）多。

以上是从分子水平来区分不同亚型的乳腺癌，那换一个角度我们可以得到什么样的结果呢？

Luminal/ER+

Luminal/ER+型在基因表达谱，突变谱及拷贝数改变方面异质性很大，病人的预后也不尽相同。

1. ESR1, GATA3, FOXA1,XBP1 ,MYB mRNA 及蛋白高表达

2. 大量重要基因包含点突变

3. PIK3CA高频突变

4. PIK3CA-mutated luminal A型中没有检测到PI3K通路激活典型的标志，如pAKT, pS6 及p4EBP1 。这些基因在basal-like and HER2E mRNA subtypes中高表达，并与INPP4B PTEN确实高度相关。

5. Luminal/ER+中包含一种MAP3K1 MAP2K4基因高频突变的亚型。

6. 在(RTK)–PI(3)K通路中，Luminal/ER+型中通常有PIK3CA突变，在basal-like型中PTEN缺失常见。

7. Luminal/ER+中P53通路情况在lumina A 型及lumina B型中表现不同，lumina A型中TP53突变频率为12%，lumina B型中TP53突变频率为29%。在Lumina B 型中通常包含ATM确实及MDM2扩增。在Lumina A 型中通常包含GADD45A及 CDKN1A高表达。以上表明在lumina A中TP53通路较lumina B中活跃。

8. 在RB1 通路中，lumina型中通常能检测到RB1基因及蛋白的表达，在lumina A型中较高。在lumina型中通常出现cyclin D1扩增及高表达，特别是在lumina B 中。

9. 在lumina型中，RB1及TP53通路的持续活化可能是lumina A预后较好的原因。

   
   

   

HER2-based classifications and summary analysis

1. HER2（+）型乳腺癌中并不完全属于HER2E m RNA亚型，HER2E m RNA亚型的乳腺癌也并不完全属于临床上的HER2（+）型乳腺癌。

2. 只有大约50%的临床上HER2（+）型乳腺癌属于HER2E m RNA亚型，其余属于lumina m RNA亚型。

3. 通过基因表达数据可以把HER2（+）型乳腺癌分为两个比较主要的类型。在HER2E-mRNAsubtype/HER2+ 类型中FGFR4, EGFR, HER2基因高表达，HER2扩增。而在luminal-mRNA-subtype/HER2+类型中GATA3, BCL2,ESR1基因高表达。

4. somatic mutation的数据也可以明显区分临床上HER2（+）型乳腺癌是包含两种亚型的。在HER2E或ER-negative的肿瘤中多包含TP53突变；而GATA3突变只出现在limina 或ER（+）的肿瘤中。

5. 此外揭示了一些HER2（+）类型乳腺癌的潜在治疗靶点：PIK3CA突变，PTEN PIK3R1突变，PTEN及INPP4B缺失；HER家族其他基因的突变（EGFR,HER3）；FGFRs, EGFR, CDK4 及cyclin D1的拷贝数变异。

在临床上HER2（+）的乳腺癌，基因表达谱一部分属于HER2E-mRNA-subtype，一部分属于luminal-mRNA-subtype。

Basal-like summary analysis

1. basal-like亚型一般被认为为三阴性乳腺癌（TNBCs），是由于basal-like亚型典型的特点为ER- PR- HER2-。但只有75%的TNBCs为basal-like亚型。本研究中共包含81例basal-like亚型样本，76例TNBCs样本，其中65例TNBCs属于basal-like亚型。

2. basal-like亚型中 TP53成呈高频突变（80%），此外RB1，BRCA1功能的缺失也是basal-like亚型的特点。

3. basal-like亚型与浆液性卵巢癌在分子表型上类似。表现为：1）BRCA1失活；2）RB1缺失cyclin E1扩增；3）AKT3高表达；4）MYC扩增及高表达；5）TP53高频突变。TP53 RB1 BRCA1缺失，MYC扩增，显示basal-like与浆液性卵巢癌可能有共同的驱动事件。

4. 除BRCA1 BRCA2之外 basal-like亚型没有常见的点突变可以作为用药靶点。在basal-like亚型中BRCA1 BRCA2突变（包含germline，somatic mutation）频率可达到20%。也就是约1/5的basal-like亚型患者可以从PARP抑制剂及铂类化疗药物获益。

5. 除突变外，PTEN INPP4B缺失可以作为潜在的靶点。PTEN INPP4B缺失的细胞系均对PI(3)K 通路抑制剂敏感。

6. 在basal-like亚型中，PI(3)K 及RAS–RAF–MEK通路上多个基因呈现扩增，包括PIK3CA (49%), KRAS (32%), BRAF (30%) and EGFR(23%)。在可能的药物靶点上，FGFR1, FGFR2, IGFR1, KIT, MET，PDGFR 基因呈现扩增状态。

从图中看出basal-like与Ovarian 在基因拷贝数水平上确实很像。

纵观整个研究，在大样本量中进行了多平台的研究，得到了DNA拷贝数、突变、甲基化水平的数据。RNA表达谱的数据及蛋白表达的数据。并总结了不同亚型的乳腺癌的分子的特点。但心中不禁有些许疑问：整个研究中没有分子分型与预后的数据？样本中的种族分布如何？且在拷贝数检测时为什么采用SNP Array？得到了部分答案：利用SNP Array可以检测出LOH及三倍体的情况。呵呵，这是完全以CNV探针为probe的Array没有办法解决的。至于样本中的种族分布，没有查到相关数据。但在TCGA 项目中2015年发表在cell上的一个包含样本1105个样本的浸润性乳腺癌的研究中，有相关种族分布的数据：其中725例为白种人；129例为黑种人；57例为亚裔；其余为种族不明。国外研究中所得到的数据对于中国乳腺癌的研究又有多少帮助呢？在同种肿瘤中，突变的频率在不同种族人群中很大差异，已有报道。最广知的肺癌中，亚裔人群中EGFR的突变频率可达到50%，比白种人（20%）要高出许多。所以针对亚洲人群的大样本综合性研究就显得非常急需。