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易基因：精准医学 | 无功能胰腺神经内分泌肿瘤表观遗传特征的临床意义

时间：2020-08-25 23:07:24

易基因：精准医学|无功能胰腺神经内分泌肿瘤表观遗传特征的临床意义

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介绍

胰腺神经内分泌肿瘤(PanNETs)是一种相对罕见的肿瘤，近年来其发病率有所上升。功能性PanNETs由于症状和相关并发症在现在的早期就会被发现，而无功能性PanNETs(NF-PanNETs)往往存在多年才被发现。原发性NF-PanNETs的最佳治疗方案目前仍存在争议，临床治疗难点在于肿瘤转移的潜在危害和手术并发症间的权衡。众所周知，转移的风险与肿瘤大小有关。因此，目前的治疗指南建议手术切除直径>2 cm的NF-PanNETs，并可选地密切监测NF-PanNETs<2 cm的患者，临床上迫切地需要能够更好地预测原发性PanNETs的术前生物标记物。

了解这种疾病的分子机制对于提高诊断精准度和后续治疗方式的选择至关重要。基因测序表明，NF-PanNETs的DNA突变主要包括表观遗传调节基因的突变，如多发性内分泌肿瘤1型(MEN1)、 α地中海贫血/智力低下综合征X连锁(ATRX)和死亡结构域相关蛋白(DAXX)。

DNA或组蛋白的化学修饰(如组蛋白乙酰化和DNA甲基化)调节全基因组的转录，从而直接控制细胞增殖和组织分化，而破坏这些表观遗传机制可导致肿瘤的发生。最近的研究已经充分地证明了，在NF-PanNETs中，全基因组DNA甲基化或组蛋白修饰信号与固有的细胞状态和肿瘤细胞起源有关。作者提供了关于NF-PanNETs表观遗传学特征的最新文献综述，主要涉及细胞起源、遗传学以及全基因组DNA甲基化和组蛋白修饰分析，强调了科学研究向临床治疗转化落地的机会。

胰腺内分泌部发育过程中的细胞分化

胰腺是内胚层衍生的器官。胰腺外分泌和内分泌是由普通祖细胞通过基因转录调控和细胞外信号(如Notch和WNT信号)的有组织模式发育而来的。虽然对胰腺内分泌发育的许多研究对象都来自小鼠，但其中的一些关键概念可能与人类相同。胰腺和胰腺-十二指肠homeobox-1(PDX1)是胰腺早期发育所必需的转录因子。多能干细胞分化为外分泌细胞，以及内分泌α、β、δ、ε和胰腺多肽细胞系。这些单独的内分泌细胞系均来源于Neurogenin 3(NEUROG3)的前体细胞。神经细胞分化因子1(NEUROD1)和Aristaless Related Homeobox (ARX)是产生胰高血糖素的α细胞所必需的，而NK2 Homeobox 2(NKX2.2)和Paired Box 4(Pax4)则能诱导β细胞系产生胰岛素。这些转录调节因子基因表达的改变可以导致α细胞到β细胞的转分化，这说明表观遗传调控的细胞分化程序具有可塑性。有研究证实bZIP转录因子MAFA和MAFB在α细胞和β细胞的功能成熟过程中起着重要作用。根据这一细胞谱系发展模式，胰高血糖素瘤被认为起源于α细胞，胰岛素瘤起源于β细胞。目前，与NF-PanNETs相关的内分泌细胞谱系尚不清楚。

NF-PanNETs表观遗传特性的遗传基础

有研究发现在散发性NF-PanNETs患者体细胞中存在MEN1和ATRX/DAXX基因突变，而MEN1、ATRX和DAXX是肿瘤抑制基因，这表明它们的功能缺失在大多数NF-PanNETs发生中起着关键作用。

MEN1基因(位于染色体11q13)在多发性内分泌腺瘤综合征1型患者中发生突变，它编码的Menin蛋白通过连接转录因子和染色质修饰酶参与转录调控。在含有H3K4me3(基因转录活性标志)甲基转移酶复合物的MLL1/2和KMT2A/B中，Menin作为支架蛋白的作用早已被广泛研究。Menin缺失是NF-PanNET发展过程中的早期事件。然而，由MEN1缺失导致PanNet肿瘤发生的确切机制尚不清楚。有研究表明，MEN1的沉默并不会导致所有染色质的改变，只是核心转录调控通路的微妙变化。

ATRX(位于染色体Xq21.1)和DAXX(位于染色体6p21)突变在大约三分之一的散发性NF-PanNETs患者中被发现。这些蛋白功能丧失如何促进NF-PanNet发育的确切机制尚不清楚。但ATRX和DAXX能够形成组蛋白复合体，将组蛋白变体H3.3沉积到以H3K9me3为特征的重复异染色质(如着丝粒周围和端粒区域)附近。ATRX/DAXX失活突变的存在与ALT的存在密切相关，ALT是一种端粒酶不依赖的端粒维持机制，当ATRX/DAXX复合体功能丧失时，ALT成为替代生物标志物，并且是癌细胞永生化的原因。通过促进G4-DNA结构的复制，ATRX保护细胞免受基因组不稳定性的影响。因此，ATRX的缺失增加了染色体的不稳定性和突变几率。由于ATRX和DAXX也存在于启动子中，因此ATRX/DAXX缺失导致的全转录组调控中断可能是导致NFPanNET肿瘤发生的原因。突显细胞环境重要性的是，在所有神经内分泌肿瘤中，ATRX/DAXX突变和ALT几乎只在PanNet中被发现。ATRX/DAXX蛋白的缺失不是起始基因组改变所引起的，而是发生在原发NF-PANet发展的后期(图1)。这些观察结果符合ALT的存在和肿瘤大小的增加以及原发PanNETs 中ATRX/DAXX蛋白丢失之间的正相关关系。此外，丙氨酸氨基转移酶(ALT)和DAXX/ATRX蛋白缺失是预测疾病复发或发展的一个重要生物标志物。

图1

NF-PanNETs的表观遗传特征

与许多其他肿瘤类型相比，散发性NF-PanNETs的DNA突变数量相对较少。然而，由于反复发生的突变主要在涉及表观遗传过程中的基因，几个研究小组最近将重点放在NF-PanNETs的DNA和组蛋白修饰信号上，在包括NF-PanNETs在内的一系列NET中进行了H3K27ac染色质免疫沉淀和测序。分级聚类揭示了两种主要的NF-Pannet增强子亚型：β细胞样瘤和α细胞样瘤。此外，还发现了混合性和特征性阴性肿瘤。研究还发现转录因子PDX1和ARX是区分这些肿瘤亚型重要生物标记物。有趣的是，ALT主要与α细胞样亚型有关。由于PanNETs缺乏活性的NEUROG3和PAX4位点，且末端分化基因(如MAFA和FFAR1)的增强子活性较低，作者认为表达NFPanNETs的ARX和PDX1分别部分类似于成熟的α和β细胞，而不是祖细胞。在一项对83例散发性和MEN1相关的NF-PanNETs的回顾性研究中，PDX1的免疫组织化学缺失与术后肝转移增加相关；同样，最近的一项研究发现PDX1甲基化与较差的预后相关。

还有研究发现，ATRX/DAXX和MEN1突变的PanNETs表现出与α细胞相关的DNA甲基化和基因表达特征，并且ARX蛋白高水平表达，而PDX1由于PDX1启动子甲基化而被抑制。这个所谓的A-D-M突变亚群(或MAD+)与没有这种突变特征的PanNET相比，无复发存活率降低了。在之后的研究中，根据系统表观遗传学分析中与α细胞和β细胞的亲缘关系PanNet被分为三个亚组。这些亚组包括一个以MEN1基因突变为特征的α细胞亚群，一个几乎没有遗传改变的β细胞亚群，以及一个中间亚群，在67%的肿瘤中有ATRX/DAXX和MEN1突变，并有更频繁的拷贝数变异。在β细胞样亚组中没有ATRX/DAXX和MEN1突变，这与功能性原发性胰岛素瘤没有这些基因突变，而是YY1或其他表观遗传修饰基因的突变的报道是一致的(图1)。大多数拷贝数变异发生在ATRX/DAXX和MEN1突变高发的亚组中。这些亚组没有表现出整体的DNA甲基化水平差异，但可以根据包括MGMT、PDX1和Caspase 8(CASP8)在内的基因位点甲基化水平的差异进行分类。

总结

NF-PanNETs是一类临床表现多变的异质性神经内分泌肿瘤，临床治疗上常常需要临床团队在肿瘤转移的不确定性与手术切除相关的发病率间进行权衡。因此，迫切需要寻找新得预后生物标记物来取代目前的放射学指标。目前，关于NF-PanNETs的表观遗传学基础研究已经识别出了基于组蛋白修饰和DNA甲基化模式的肿瘤亚群。回顾性分析表明，这些分子标记就具有在术前预测预后的价值。研究强调，显示与疾病进展和不良预后相关的生物标志物的NF-PanNETs更多地表现为α细胞特征，如替代的端粒延长(ALT)，失活的ATRX或DAXX基因突变/拷贝数变异。相反，具有β细胞特性的NF-PanNETs往往缺乏这些生物标志物。ALT、转录因子蛋白表达，甚至是DNA甲基化可以用于在内镜超声引导下的肿瘤活检评估。在不久的将来，术前对肿瘤细胞起源和表观遗传学特征进行前瞻性研究很可能被常规应用到临床治疗中。

参考文献：/10.1002/path.5834

原文解读：