多国肠化生基因组学图谱揭示驱动基因、克隆造血与菌群互作促进胃癌进展

《Cancer Discovery》：Mutational signatures in IM. A, Mutational signatures identified in 20 pa... Open Access

本研究通过多国大样本深度测序，首次系统性描绘了肠上皮化生（IM）的基因组景观，发现了与高危人群和不良预后相关的驱动基因（如ARID1A）、KRAS/MAPK通路激活以及特定的SBS17突变特征。研究创新性地揭示了克隆造血（CH）是IM进展为胃癌的新型风险因素，其可能通过介导宿主-微生物黏膜免疫（如与PIGR截短突变、口腔来源细菌定植增加相关）来促进癌变。这项工作为胃癌的早期检测和干预提供了新的转化机遇。

　　

引言：胃癌的癌前哨点

胃癌是全球第五大常见恶性肿瘤和第四大癌症死亡原因，其中肠型胃癌是最主要的亚型。其发生通常遵循Correa级联反应的多步骤过程：从正常胃黏膜开始，进展为慢性萎缩性胃炎、肠上皮化生（IM）、异型增生，最终发展为胃癌。IM被视为关键的癌前病变，IM患者发生后续胃癌的风险显著增加。幽门螺杆菌（Hp）感染是IM和胃癌最主要的危险因素。此外，环境、宿主遗传（如ALDH2多态性）和生活方式因素（如吸烟、饮酒）也参与其中。近年来，克隆造血（CH）——一种造血干细胞获得体细胞突变导致血细胞克隆扩增的年龄相关现象——被发现在多种实体瘤的发生发展中起作用，但其在IM和胃癌进展中的角色尚不明确。本研究旨在通过大规模、多国IM样本的基因组学分析，系统解析其驱动事件、突变特征，并探索CH等非上皮因素在胃癌发生中的作用。

数据收集与幽门螺杆菌的地理分布模式

研究对来自新加坡、韩国、中国香港、美国、日本和中国台湾的1,582份IM样本进行了覆盖277个人类和6个Hp基因的高深度靶向测序，平均测序深度达1,108×，并整合了之前收集的样本。此外，还对部分样本进行了全基因组测序（WGS）、DNA甲基化组测序（EM-seq）和微生物组分析。研究证实了测序评估的Hp感染状态与组织学评估高度一致。在胃癌高危地区（如韩国、日本）的IM样本中，高丰度Hp感染更为常见。系统发育分析显示，来自高危地区（日本/韩国）和中等风险地区（新加坡）的Hp菌株在进化上显著分离，这种分离与cagA基因N端的三个非同义编码变异（E106D, R109K, N228H）显著相关。通过AlphaFold 3建模和免疫共沉淀实验证实，来自高危地区的CagA变体（E106/R109/N228）与宿主蛋白ASPP2的结合力更强，而东南亚地区常见的变体（E106D/R109K/N228H）结合力减弱。这提示Hp的遗传多样性可能通过影响CagA与ASPP2等肿瘤抑制蛋白的相互作用，在启动Correa级联和导致地区性胃癌风险差异中扮演角色。

跨地域IM样本的驱动基因图谱

通过对1,095份胃窦IM样本的分析，研究利用IntOGen流程鉴定出47个显著突变的驱动基因，包括SOX9、ARID1A、ARID2、FBXW7等已知基因，以及25个先前未报道的新基因，如SMAD3、MAP2K1、ATM等。与独立队列和公共数据库（如TCGA）的比较验证了这些发现的可靠性。IM样本平均每个有23个体细胞突变，高危地区（日本/韩国）样本的突变率显著高于中等风险地区（中国人群）。驱动基因的突变模式存在地理差异：SOX9截短突变在中国人群中更常见，而ARID1A、ARID2、ERBB3等基因的突变在高危人群中更普遍。值得注意的是，ARID1A的截短突变与IM样本进展为或合并早期胃肿瘤（EGN）显著相关。ARID1A是染色质重塑复合物SWI/SNF的核心亚基，其缺失可能通过促进转录重编程和上皮可塑性，使IM易于发生癌变。研究还强调，高深度靶向测序对于在IM中准确检测低频体细胞突变至关重要，标准深度的全外显子组测序（WES）会遗漏绝大部分突变。

KRAS/MAPK基因改变在IM中普遍存在

研究发现多个IM驱动基因涉及RAS-RAF-MEK-ERK信号通路，如KRAS、BRAF、MAP2K1（激活突变）以及MAP2K4、MAP3K1、NF1（失活突变）。对104个同时进行靶向DNA测序和bulk RNA测序的IM样本分析显示，携带KRAS/MAPK驱动突变的样本中，KRAS和ERK信号通路基因显著富集。单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析进一步揭示，KRAS-ERK通路信号在胃干细胞和肠干细胞、肠增殖细胞中最为活跃，且处于细胞周期S/G₂-M期的这些细胞通路活性更高。这提示KRAS-ERK通路激活可能驱动静止的IM干细胞进入活跃细胞周期，从而促进肠上皮细胞谱系和IM的发展。此外，IM器官oid的转录组分析证实了其肠化特征，并且来自严重IM患者的器官oid表现出更强的KRAS-ERK通路活性。有趣的是，一种同时靶向MEK/ERK和STAT信号的双重抑制剂吡维铵（pyrvinium）能选择性抑制IM器官oid的活力和克隆形成能力，但对正常胃器官oid影响较小，这为靶向该通路干预IM进展提供了潜在的治疗思路。

SBS17是一种IM相关的突变特征

通过对20对IM-正常组织的WGS数据进行突变特征分析，鉴定出四个主要的单碱基替换（SBS）特征：SBS1（时钟样）、SBS5/40（时钟样）、SBS17（病因未知）和SBS18（氧化应激）。其中，SBS17是唯一一个在IM和胃癌中出现，但在正常胃组织中未报道的特征，提示其可能反映了IM和胃癌特有的突变过程。SBS17相关突变的变异等位基因频率（VAF）通常较低，符合其在IM早期引起亚克隆突变事件的特性。有趣的是，SBS17突变在DNA复制晚期区域富集程度（14.5倍）远高于其他SBS特征。这提示SBS17可能与氧化磷酸化（OXPHOS）导致的细胞核苷酸库损伤有关，因为受损的核苷酸（如8-氧代脱氧鸟苷，8-oxo-dG）倾向于掺入晚期复制的DNA，导致SBS17特有的T>G突变。功能实验证实，IM器官oid的OXPHOS通路活性和耗氧率（OCR）均高于正常器官oid，且8-oxo-dG水平更高。用二氯乙酸（DCA）处理正常器官oid增强OXPHOS后，可增加活性氧（ROS）和DNA损伤。在流行病学关联上，SBS1、SBS5/40和SBS18与年龄正相关，而SBS17与年龄无显著相关，但与吸烟状态显著正相关。这些发现表明SBS17可能反映了由氧化应激和吸烟等外源性暴露驱动的、IM特异的突变过程，而非单纯的内源性年龄累积。

晚期复制IM突变与胃癌发展中的DNA低甲基化重合

对14名患者的配对正常、异型增生和早期胃癌样本进行全基因组DNA甲基化测序（EM-seq）分析，发现具有染色体不稳定性（CIN）或微卫星不稳定性（MSI）的胃癌/异型增生样本存在广泛的基因组低甲基化。这些低甲基化区域与DNA复制晚期区域有强相关性。进一步分析发现，IM体