乳腺癌的分子病理特征

1、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 Colu

2、mbia, Nature 2012) ; BreastInvasive Carcinoma(Broad ,Nature 2012); Breast InvasiveCarcinoma(Sanger, Nature2012); Breast InvasiveCarcinoma(TCGA, Cell 2015) ; Breast InvasiveCarcinoma(TCGA,Nature 2012) ; Breast InvasiveCarcinoma (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TC

3、GA 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 breasttumors （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)Affy

4、metrix 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 methylationchips ；Affymetrix 6.0 SNP arrays；microRNA sequencing；whole exome sequencing； Reverse

5、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 153 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 （SignificantlyMutated Gen

6、es）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。Geneexpression 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

7、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

8、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。ESR1,GATA3, FOXA1,XBP1 ,MYB mRNA及蛋白高表达大量重要基因包含点突变PIK3CA 高频突变PIK3CA-mutatedluminal 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 HER2EmRNA subtypes中高表达，并与INPP4B PTE

9、N确实高度相关。Luminal/ER+中包含一种MAP3K1 MAP2K4基因高频突变的亚型。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。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%，luminaB 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

10、中活跃。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。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-basedclassifications and summary analysisHER2（+）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。只有大约 50% 的临床上 HER2（ +）型乳腺癌属于 HER2E m RNA

11、亚型，其余属于 lumina m RNA 亚型。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。 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。此外揭示

12、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 analysisbasal-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

13、- 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。 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。 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。 T

14、P53 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。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 BRCA1BRCA2 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。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。在basal-like亚型中，PI(3)K

15、及RASRAF 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SNPArray 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