《自然》重磅：哈佛科学家首次揭示，雌激素是导致乳腺癌关键致癌基因拷贝数扩增的直接“黑手”！

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许多癌症中都存在关键致癌基因的拷贝数局部扩增（Focal amplification），比如肺癌中的MET扩增，乳腺癌中的HER2扩增等等，但对于扩增发生的源头，科学界此前却知之甚少，更没有把拷贝数扩增与“外因”联系到一起。

今天发表在《自然》上的一项最新研究，就在这方面刷新了奇点糕的认知：哈佛大学研究团队对乳腺癌基因组的分析显示，雌激素处理可直接诱导雌激素受体所在区域的DNA双链断裂，使细胞通过染色体间重排的方式修复断裂，这就会成为导致HER2、CCND1等关键致癌基因拷贝数局部扩增的起始事件[1]！

该研究不仅找到了关键致癌基因扩增的全新机制，还揭示雌激素可以直接参与乳腺癌的发生发展，刷新了科学界对雌激素致癌作用的认知，哈佛科学家们更是大胆推测，“1/3的乳腺癌可能由雌激素的这一作用导致”。

论文首页截图

哈佛科学家们的研究第一步，是对既往发表研究中的780例乳腺癌全基因组数据进行再分析，来明确乳腺癌中最易发生拷贝数扩增的基因和扩增的具体模式，被筛选出来的基因包括HER2、CCND1及ZNF703、ZNF217、MYC等。

基因拷贝数扩增的模式则以局部扩增（区别于整条染色体重复）为主，扩增区域也是易发生染色体间重排（本研究将其称为易位/translocation）的热点区域，如同时存在HER2、CCND1扩增的25例乳腺癌中，就有16例可观察到染色体11q和17q的易位。

发生拷贝数局部扩增的主要基因

研究者们对扩增子（amplicon）形态分析后认为，可观察到的染色体易位并不能用此前发现的机制，如断裂-融合-桥循环（BFB）和染色体碎裂（chromothripsis）来解释，而更有可能是按照先发生易位、再出现扩增的顺序进行。

举个例子来说，HER2基因和CCND1基因分别位于染色体17q和11q片段上，而这些区域恰好是染色体易位的高发区，因此这两个基因就往往会先参与易位、再同时扩增，类似的基因对还有很多。

纳入分析的780例乳腺癌中，244例（31%）存在“先易位、后扩增”，包括50%存在拷贝数局部扩增的肿瘤，大多为HER2阳性和Luminal B型肿瘤。研究者们将这种扩增模式命名为“易位-桥”扩增（TB amplification），并通过重建特定患者的基因变异，证实“易位-桥”扩增可使关键致癌基因对同时扩增。

“先易位、后扩增”的比例分布及“易位-桥”扩增的模式示意图

进一步结合乳腺癌细胞的表观遗传特征数据分析时，研究者们惊讶地发现，上述基因扩增的热点位置，竟然与癌细胞经雌激素处理后，雌激素受体α（ERα）在染色质上的结合位点高度重合。

既往有研究显示，雌激素诱导的ERα结合，会加速临近位置的DNA双链断裂[2]。研究者们就此大胆假设：雌激素是否直接导致了染色体脆性（Fraglity），进而诱发“易位-桥”扩增的发生呢？

借助基于CRISPR/Cas9的高通量全基因组易位测序（HTGTS）技术，研究者们对雌激素处理后的乳腺癌细胞进行分析，发现HTGTS识别到的染色体易位断点显著增加，且断点大多接近雌激素应答基因。

例如作为雌激素的重要靶基因，RARA基因附近就在雌激素处理后多发DNA双链断裂，而HER2基因恰好就在该区域内；而细胞修复这一双链断裂最常用的方法，则是把CCND1基因所在的染色体片段（标志为SHANK2基因）易位过来，这就符合了“先易位、后扩增”的模式。

雌激素诱导先易位-后扩增的简要示意图

换句话说，雌激素可以直接诱导参与癌症发生发展的致癌基因拷贝数扩增，而既往科学界只了解雌激素能促进癌细胞增殖、预防细胞凋亡，这无疑是刷新认知的发现。通过对泛癌种样本（38种癌症、2600例样本）的分析，研究者们还指出“易位-桥”扩增绝非罕见，但在不同癌症中的发生机制和意义仍需探索。

参考文献：

[1]Lee J J-K, Jung Y L, Cheong T-C, et al. ERα-associated translocations underlie oncogene amplifications in breast cancer[J]. Nature, 2023.

[2]Stork C T, Bocek M, Crossley M P, et al. Co-transcriptional R-loops are the main cause of estrogen-induced DNA damage[J]. Elife, 2016, 5: e17548.

本文作者丨谭硕