《SCIENCE ADVANCES》：Evidence that extra copies of chromosome 1q play a role in the early phases of pancreatic neoplasia
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为解决胰腺导管腺癌（PDAC）中除已知致癌基因外是否还存在其他可靶向的驱动基因，以及早期病变中染色体变异的作用机制问题，研究人员基于全基因组测序（WGS）与荧光原位杂交（FISH）技术，系统分析了535例PDAC及267例癌前病变的染色体拷贝数变异。研究发现，1q染色体增益是PDAC及其高级别癌前病变中最常见的染色体改变，并定位到两个关键区域（1q23.2与1q42.13），其中包含γ-分泌酶复合体亚基编码基因NCSTN和PSEN2。这些基因的额外拷贝在高级别胰腺上皮内瘤变（HG PanINs）中高频出现（49%），提示其可能在胰腺肿瘤发生早期起驱动作用，为开发针对γ-分泌酶的联合靶向疗法提供了新线索。
胰腺导管腺癌（Pancreatic Ductal Adenocarcinoma，PDAC）是一种恶性程度极高的肿瘤，患者五年生存率仅约13%。目前已知的PDAC驱动基因主要包括KRAS、CDKN2A、TP53和SMAD4等，其中仅KRAS为可靶向的致癌基因。然而，针对KRAS的单药治疗往往因耐药性问题而疗效有限。理论上，通过联合靶向多个致癌通路可提高治疗效果、延缓耐药，但在PDAC中除KRAS外，尚未发现其他在大部分患者中高频激活且可成药的致癌基因。这促使研究人员思考：在PDAC的发生发展过程中，是否还存在其他通过拷贝数增加而被激活的致癌基因？尤其在肿瘤早期阶段，哪些遗传改变可能为干预提供新靶点？
为此，研究团队对535例PDAC和267例胰腺癌前病变（包括低级别与高级别胰腺上皮内瘤变（PanINs）、导管内乳头状黏液性肿瘤（IPMNs）、黏液性囊性肿瘤（MCNs）以及良性浆液性囊腺瘤（SCAs））进行了全基因组测序（Whole-Genome Sequencing, WGS），以无偏倚地筛查拷贝数增加事件。同时，他们利用荧光原位杂交（Fluorescence In Situ Hybridization, FISH）技术对33例PDAC组织切片进行单细胞水平验证，以确认WGS发现的染色体增益在肿瘤细胞中的分布与绝对拷贝数。
研究主要采用了以下关键技术方法：首先，从约翰斯·霍普金斯医院等机构获取了患者手术切除的胰腺组织样本（包括新鲜冷冻和福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）样本），并经过病理学家评估分级。通过显微切割或宏观切割获取高纯度肿瘤细胞区域，提取DNA。其次，利用高效分子条形码文库构建技术进行全基因组测序文库制备，并在NovaSeq 6000平台上进行双端测序。使用ichorCNA和QDNAseq两种生物信息学算法对测序数据进行分析，识别染色体臂水平的拷贝数增益与丢失。此外，设计并进行了针对KRAS、GNAS、CDKN2A、TP53、SMAD4等基因的靶向深度测序，以检测点突变。最后，使用商业化的FISH探针（针对1q25/ABL2、1p36/TP73、19q13/EHD2、19p13/D19S221）对FFPE切片进行杂交，由两名分析人员盲法评分，统计每个细胞核中的荧光信号数，以评估染色体绝对拷贝数。
研究结果
1. PDAC中的拷贝数改变
通过WGS分析535例PDAC，发现最常见的染色体臂增益是8q（46.7%）和1q（39.8%），最常见的丢失是18q（74.2%）、17p（69.9%）和9p（60.4%），这与已知的驱动基因SMAD4、TP53和CDKN2A的位置相符。使用另一种算法QDNAseq分析得到了相似的结果，证实了1q增益的普遍性。
2. 荧光原位杂交验证
为了确认WGS结果并评估1q增益在肿瘤细胞中的分布，研究团队对33例PDAC进行了FISH分析。结果显示，所有15例WGS检测到1q增益的病例，其肿瘤细胞核中确实存在1q的额外拷贝（平均信号数2.9-4.9）。有趣的是，在18例WGS未检测到1q增益的病例中，有11例通过FISH在大多数肿瘤细胞核中发现了至少三个1q信号，这提示全基因组加倍事件在PDAC中常见，而WGS在检测相对拷贝数变化时可能漏检此类绝对增益。对1p、19p、19q的FISH分析进一步支持了PDAC中普遍存在全基因组加倍的现象。
3. PDAC前体病变中的拷贝数改变
对癌前病变的分析揭示了更具启发性的模式。在低级别PanINs（LG PanINs）中，1q增益罕见（仅6%）。然而，在高级别PanINs（HG PanINs）中，1q增益变得非常普遍（49%），且常不伴有其他已知驱动染色体（如8q、9p、17p、18q）的改变。在低级别IPMNs（LG IPMNs）中，1q增益也较为常见（33%），而高级别IPMNs（HG IPMNs）中则为36%。相反，在良性肿瘤（如MCNs和SCAs）或正常组织中未发现1q增益。这表明1q增益是胰腺肿瘤进展早期，特别是在高级别癌前病变阶段的一个高频事件。
4. 1q上候选驱动基因区域的定位
并非所有1q增益都涉及整个染色体臂。在73例（34%）仅获得1q部分区域的PDAC中，分析发现两个高频增益的焦点区域：一个位于1q23.2（159,100,001–160,500,000），另一个位于1q42.13（227,000,001–230,700,000）。超过90%的伴有1q增益的PDAC至少增益了其中一个区域。在癌前病变中也观察到了类似的区域偏好。
5. 1q上候选致癌基因的识别
对上述两个关键区域内的基因进行分析，并结合癌症基因组图谱（TCGA）中基因表达与拷贝数的相关性，研究人员锁定了两个基因：位于1q23.2的NCSTN和位于1q42.13的PSEN2。这两个基因均编码γ-分泌酶（γ-secretase）复合体的亚基。在伴有1q增益的PDAC中，98%的病例至少额外获得了NCSTN或PSEN2中的一个拷贝。
6. 1q增益与PDAC前体病变中常见基因突变的关系
通过对138例癌前病变进行靶向深度测序，发现所有病变均存在KRAS或GNAS突变。然而，在38例伴有1q增益的病变中，76%并未检测到CDKN2A、TP53或SMAD4的突变。这表明1q增益可能发生在这些经典肿瘤抑制基因失活之前。
研究结论与讨论
本研究通过对大量胰腺肿瘤及其癌前病变进行系统基因组学分析，得出以下核心结论：第一，染色体1q增益是胰腺导管腺癌及其高级别癌前病变中最常见的染色体改变事件之一。第二，这种增益往往发生在已知的PDAC驱动基因（如CDKN2A、TP53、SMAD4）发生突变或染色体丢失之前，提示其可能在肿瘤发生的早期阶段发挥驱动作用。第三，通过精细定位，研究将1q的驱动效应归因于两个特定的亚区域，其中包含编码γ-分泌酶复合体关键亚基的基因NCSTN和PSEN2。第四，这些基因的表达水平与1q拷贝数增加显著相关。
论文在讨论部分指出，尽管本研究提供了强有力的遗传学关联证据，表明1q增益及随后的γ-分泌酶基因拷贝数增加是胰腺肿瘤发生中的一个早期、高频事件，但仍存在一些未解之谜和研究的局限性。首先，研究缺乏功能实验证据直接证明NCSTN或PSEN2的过表达能驱动胰腺上皮细胞的转化。不过，先前在乳腺癌、肾癌和黑色素瘤中的研究已表明，通过CRISPR工程工具逆转1q三体能显著抑制肿瘤细胞生长，这间接支持了1q上存在驱动基因的假设。其次，关于γ-分泌酶在胰腺癌中的具体作用底物尚不明确。尽管在乳腺癌中，Notch信号通路被认为是其主要作用目标，但在PDAC中Notch突变并不常见。另一种可能的底物是E-钙黏蛋白（E-cadherin），它是一种重要的肿瘤抑制蛋白，也是γ-分泌酶的已知底物；其降解可能促进细胞迁移，这与高级别PanINs的侵袭性表型相符。第三，FISH数据显示，通过全基因组加倍导致的1q绝对增益在PDAC中可能比WGS检测到的相对增益更为普遍，这引发了关于四倍体背景下1q基因剂量增加是否仍能赋予细胞生长优势，以及全基因组加倍与不平衡1q增益发生先后顺序的问题。
这项研究的发现具有重要的潜在临床意义。γ-分泌酶因其在阿尔茨海默病中的作用而被广泛研究，目前已开发出多种抑制剂或调节剂。其中，药物nirogacestat已被批准用于治疗侵袭性硬纤维瘤，而硬纤维瘤的一个突出核型特征正是1q增益。这提示，针对γ-分泌酶的药物可能对同样具有1q增益的PDAC患者有效。考虑到KRAS突变在PDAC中几乎普遍存在，将γ-分泌酶抑制剂与KRAS抑制剂联合使用，可能成为一种有前景的组合靶向治疗策略，有望克服单药治疗的耐药性，为改善这种致命性疾病的治疗结局带来新的希望。该研究论文已发表在《科学进展》（SCIENCE ADVANCES）期刊上。
