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研究成果的要點(diǎn) 通過全面的基因組分析，徹底闡明了難治癌癥消化系統(tǒng)的神經(jīng)內(nèi)分泌癌( NEC (頸部):NeuroEndocrine Carcinoma )的發(fā)病機(jī)制 由于消化系統(tǒng)NEC是稀有癌癥，在診斷時(shí)很少適合手術(shù)，所以很難得到研究試樣，到目前為止，其基因組異?；具€不清楚 以最初明確的消化器官NEC的發(fā)病機(jī)理為基礎(chǔ)，期待著開發(fā)中的分子靶向藥的藥物定位和新創(chuàng)藥的推進(jìn) 概要 大阪大學(xué)研究生院醫(yī)學(xué)系研究科/國(guó)立癌癥研究中心研究所的谷內(nèi)田真一教授(癌癥基因組信息學(xué)) /基因組醫(yī)科領(lǐng)域長(zhǎng)等的研究小組利用日美歐的樣本進(jìn)行了全基因組分析注1等最先進(jìn)的分析，以難治癌癥消化系統(tǒng)神經(jīng)內(nèi)分泌癌( NEC )為對(duì)象，解釋了其致癌機(jī)理(圖1 )。 圖1 :胰臟NEC與通常的胰臟癌的病理組織結(jié)構(gòu)完全不同。 針對(duì)因稀少難治性而至今尚不清楚的消化系統(tǒng)NEC，從日歐美獲取了樣本，通過全面性的基因組分析闡明了其發(fā)病機(jī)理。 NEC是增殖速度快、惡性度極高的癌癥，是稀少且難治的癌癥。 并且，由于診斷時(shí)很少適用手術(shù)，所以很難得到研究試樣，到目前為止，其基因組異?；具€不清楚。 神經(jīng)內(nèi)分泌癌橫跨內(nèi)臟器官發(fā)生，本研究將發(fā)病頻率特別高的消化系統(tǒng)的NEC作為研究對(duì)象。 另外，在2019年消化系統(tǒng)的WHO分類中，根據(jù)NEC和神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤( NeuroEndocrine Tumor:NET (網(wǎng)絡(luò)) )的病理圖像進(jìn)行了分類，通過這次的全面性基因組分析，證實(shí)了伴隨發(fā)病機(jī)制的基因異常存在差異 。作為NEC的一大特征，掌管向神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)分化的轉(zhuǎn)錄因子注2-- sox2 (山中因子之一)和ASCL1高表達(dá)。 進(jìn)一步明確了這些轉(zhuǎn)錄因子在NEC中的過量表達(dá)是由各基因啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化注3引起的。 一般來說，已知由于啟動(dòng)子區(qū)域的去甲基化，基因的表達(dá)增加，但已查明是與之相反的機(jī)制。 來自胰臟的NEC和來自胃和大腸等非胰臟消化器官的NEC的病理組織像類似，但通過這次的分析也明確了基因組異常有類似之處和不同之處。 再加上新發(fā)現(xiàn)，來自胰臟的NEC根據(jù)其基因組異常的不同，可以分為“Ductal-type (腺管型)”和“Acinar-type (腺房型)”。 這暗示了胰臟NEC的起源細(xì)胞中可能存在多種東西。 另外，還發(fā)現(xiàn)了病毒感染是消化道NEC致癌的主要原因之一(默克爾細(xì)胞聚合物病毒和人乳頭瘤病毒)。 今后，以此次明確的消化器官NEC發(fā)病機(jī)理為基礎(chǔ)，開發(fā)中的分子靶向藥的藥物定位和新創(chuàng)藥將備受期待。 本研究成果將于12月9日(周四)上午0時(shí)發(fā)表在美國(guó)癌癥學(xué)會(huì)雜志《Cancer Discovery，a journal of the American association for cancer research (影響因素: 39.40 )》上。 研究背景 消化系統(tǒng)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的新生物( NENs:Neuroendocrine neoplasms )是一種在免疫組織化學(xué)染色中，作為神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)標(biāo)志的突觸素和嗜鉻粒蛋白a呈陽(yáng)性的罕見疾病。 NENs會(huì)橫跨內(nèi)臟器官發(fā)病，但消化系統(tǒng)，特別是胰臟是主要的原發(fā)內(nèi)臟器官。 在2010年的WHO分類中，根據(jù)細(xì)胞增殖的程度和核分裂圖像數(shù)據(jù)的惡性程度分為G1、G2、G3。 但是，由于這G3中混合存在著預(yù)后比較好和預(yù)后極其不良的物質(zhì)，因此在2019年的WHO分類中，首先根據(jù)病理組織像將NENs分為神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤( NET )和神經(jīng)內(nèi)分泌癌( NEC )。 進(jìn)而修正為按照細(xì)胞增殖的程度和核裂變像數(shù)將NET分類為G1、G2、G3 (圖2 )。 另一方面，NEC根據(jù)病理組織像，分為Small-cell type (小細(xì)胞型)和Large-cell type (大細(xì)胞型)。 Small-cell type的組織圖像與小細(xì)胞肺癌類似。 由于NET通過手術(shù)根治的情況也很多，所以正在利用手術(shù)剩余檢測(cè)體進(jìn)行研究，至今為止已經(jīng)鑒定出了MEN1等多個(gè)原因基因。 另一方面，由于NEC極為罕見，在診斷時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，因此手術(shù)適應(yīng)患者很少，很難得到研究試樣，因此迄今為止還沒有進(jìn)行大規(guī)模的全面性基因組分析。
研究的內(nèi)容 本研究對(duì)消化系統(tǒng)的NET和NEC (共115個(gè)病例)進(jìn)行了全面的基因組分析(全基因組分析、全基因組分析、全轉(zhuǎn)錄組分析( RNA-seq )、甲基化分析和ATAC-seq分析注4 )，結(jié)果根據(jù)其發(fā)病機(jī)制完全不同，證實(shí)了兩者是不同的疾病。 來源于胰臟的NEC可以分為“Ductal-type”和“Acinar-type”，來源細(xì)胞可能不同
NEC按照內(nèi)臟器官分為胰臟來源和非胰臟消化器官來源進(jìn)行了分析。 病理組織學(xué)圖像相似，但基因組異常有相似之處和不同之處。 來源于胰臟的NEC中，TP53和RB1基因的異常是特征。 另外，來自胰臟的NEC發(fā)現(xiàn)，可以分為“Ductal-type”和“Acinar-type”。 前者具有KRAS基因的變異，胰腺的腺管細(xì)胞標(biāo)記基因( SPP1和CFTR )的表達(dá)上升。 后者沒有KRAS變異，胰腺腺泡細(xì)胞標(biāo)記的基因( PTF1A )高表達(dá)。 “Ductal-type”的NEC和“Acinar-type”的NEC的不同，可以認(rèn)為是胰臟中各自的起源細(xì)胞不同引起的。 “Ductal-type”由于在通常型胰腺癌中也具有高頻率的KRAS變異，因此起源細(xì)胞有可能是共通的，但由于在通常型胰腺癌中幾乎沒有發(fā)現(xiàn)CDKN2A和SMAD4基因的異常，所以認(rèn)為方向可能在早期分為普通型胰腺癌和Ductal-type NEC (圖3 )。 來源于胰臟的NEC和來源于非胰臟消化器官的NEC的基因組異常有不同之處
來自非胰臟消化器官的NEC中，以1.TP53和RB1基因的異常，或者2.TP53和CCNE1 or MYC基因的異常(1.和2 .是互斥的)為特征，而且明確了結(jié)構(gòu)多態(tài)性注5較多。 來自非胰臟消化器官的NEC中，還發(fā)現(xiàn)了Notch基因家族的異常。 實(shí)際上，使用來自大腸粘膜的有機(jī)化合物注6，驗(yàn)證了對(duì)Notch信號(hào)的抑制能夠誘導(dǎo)神經(jīng)內(nèi)分泌標(biāo)記的神經(jīng)內(nèi)分泌標(biāo)記物突觸素陽(yáng)性細(xì)胞(圖4 )。 5年生存率方面，來源于胰臟的NEC與來源于非胰臟消化器官的NEC相比，預(yù)后明顯不良。 另外，明確了胃NEC和大腸NEC各自的一例是由病毒感染引起的癌癥發(fā)生(胃NEC :默克爾細(xì)胞聚合物病毒、大腸NEC :人乳頭瘤病毒)。 這種病毒致癌的情況下，沒有發(fā)現(xiàn)TP53和RB1基因的異常。
 圖4 :來自非胰臟消化器官的NEC中，使用來自大腸的有機(jī)化合物驗(yàn)證了Notch基因家族的異常特征 上段: H&E (蘇木精-伊紅)染色像，下段:茶色顯示突觸素陽(yáng)性細(xì)胞 消化系統(tǒng)NEC不是脫甲基化，而是通過甲基化高表達(dá)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄因子( SOX2等) NEC的一大特征是，掌管分化為神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的轉(zhuǎn)錄因子SOX2和ASCL1高表達(dá)，他發(fā)現(xiàn)這是由各基因啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化引起的。 一般來說，由于啟動(dòng)子區(qū)域的去甲基化，基因的表達(dá)會(huì)增加，但最近也報(bào)告了這種相反的現(xiàn)象。 并且，ATAC-seq分析表明，在SOX2表達(dá)較高的NEC中，SOX2周邊為開放染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，即基因的轉(zhuǎn)錄得到了促進(jìn)。 圖5 :胰腺NET的發(fā)病機(jī)制 在胰腺的NET中，發(fā)現(xiàn)了染色體水平缺失和全基因組重復(fù)等異常 本研究成果對(duì)社會(huì)的影響(本研究成果的意義) 本研究成果表明了稀有、難治癌癥消化系統(tǒng)NEC的發(fā)病發(fā)展機(jī)制在全基因組水平上。 NEC具有與來自相同內(nèi)臟器官的通常型癌癥(腺癌和扁平上皮癌)不同的基因組異常，現(xiàn)有的分子靶向藥物等藥物的基因異常很少，從現(xiàn)狀來看也是難治性癌癥。 但是，通過詳細(xì)分析復(fù)雜多樣的病情，基于致癌機(jī)制定義新的亞組，開發(fā)中的分子靶向藥物的藥物定位和新創(chuàng)藥有望得到推進(jìn)。 發(fā)表論文 本研究成果將于2021年12月9日(周四)凌晨0點(diǎn)(日本時(shí)間)〔12月8日(周三)上午10點(diǎn)(美國(guó)東部時(shí)間)〕刊登在美國(guó)科學(xué)雜志《Cancer Discovery》(在線)上。 論文情報(bào)標(biāo)題“胃腸系統(tǒng)神經(jīng)內(nèi)分泌癌的綜合基因組圖譜” 用語(yǔ)說明 注1 :全基因組分析 應(yīng)使用新一代測(cè)序儀，解讀個(gè)人(約30億堿基對(duì))和癌癥的全部基因組信息，鑒定堿基序列的差異和變化。 不僅可以檢測(cè)編碼蛋白質(zhì)的1%到2%范圍的外顯子，還可以檢測(cè)控制基因表達(dá)的基因組區(qū)域的變異和各種結(jié)構(gòu)異常(大的基因組序列異常)。 注2 :轉(zhuǎn)錄因子 是一種控制基因轉(zhuǎn)錄(將DNA信息轉(zhuǎn)錄到RNA的過程)的蛋白質(zhì)組，與DNA特異性結(jié)合。 促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的過程，或者相反抑制，有助于細(xì)胞分化的命運(yùn)決定等。 注3 :啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化 DNA上有控制基因表達(dá)的區(qū)域(啟動(dòng)子)，一般來說，如果該區(qū)域發(fā)生甲基化( DNA中堿基的碳原子被甲基化修飾的化學(xué)反應(yīng))，則基因的表達(dá)關(guān)閉，脫甲基化則開啟。 注4:ATAC-seq分析 針對(duì)可傳遞-可訪問的色度序列。 通過在基因組范圍內(nèi)選擇性檢測(cè)·測(cè)序開放染色質(zhì)(沒有核酸酶的區(qū)域)結(jié)構(gòu)，從而可以在整個(gè)基因組中進(jìn)行詳細(xì)分析的實(shí)驗(yàn)方法。 注5 :結(jié)構(gòu)多態(tài)性 一般是50個(gè)堿基以上大小的基因異常。 結(jié)構(gòu)多態(tài)性根據(jù)異常的種類分為缺失、插入、重復(fù)、倒位、易位等，但也存在顯示各自混合存在的復(fù)雜模式的結(jié)構(gòu)多態(tài)性。 注6 :有機(jī)化合物 培養(yǎng)為形成在生物體內(nèi)細(xì)胞中看到的立體三維結(jié)構(gòu)的細(xì)胞。 注7 :全基因組重復(fù) 是基因組整體加倍的現(xiàn)象，可以在生物進(jìn)化的過程中看到。 近年來，研究表明，在癌癥基因組的進(jìn)化中也可以觀察到。 咨詢方式 有關(guān)研究的事情 大阪大學(xué)研究生院醫(yī)學(xué)系研究科宣傳室 06-6879-3387傳真: 06-6879-3399 電子郵件: medproffice.med.osaka -美國(guó)航空公司 東京大學(xué)醫(yī)科學(xué)研究所國(guó)際學(xué)術(shù)聯(lián)合室(宣傳) 090-9832-9760 電子郵件: Koho IMS.u-Tokyo.AC.JP 富山大學(xué)總務(wù)部總務(wù)科宣傳基金室 076-445-6028傳真: 076-445-6063 電子郵件:日本東京航空 和歌山縣立醫(yī)科大學(xué)事務(wù)局宣傳室 073-441-0710傳真: 073-441-0713 電子郵件: kouhouwakayama-med.AC.JP 香川大學(xué)醫(yī)學(xué)部總務(wù)科宣傳法規(guī)國(guó)際系 087-891-2008傳真087-891-2016 電子郵件: kou Hou-m kagawa-u.AC.JP 慶應(yīng)義塾大學(xué)信濃町校園總務(wù)課 03-5363-3611傳真: 03-5363-3612 電子郵件: Med-Koho Adst.Keio.AC.JP 國(guó)立研究開發(fā)法人國(guó)立癌癥研究中心策劃戰(zhàn)略局宣傳企劃室 03-3542-2511 (代表)傳真: 03-3542-2545 電子郵件: NCC -管理員NCC.GO.JP 有關(guān)AMED事業(yè)的事情 國(guó)立研究開發(fā)法人日本醫(yī)療研究開發(fā)機(jī)構(gòu)( AMED ) 創(chuàng)藥事業(yè)部醫(yī)藥品研究開發(fā)課新一代癌癥醫(yī)療創(chuàng)制研究事業(yè)( P-CREATE ) 03-6870-2311 電子郵件: canceramed.go.j 作者姓名 日本石油公司1，2，3 *，日本石油公司4，美國(guó)石油公司5，6，日本石油公司1，美國(guó)石油公司1，日本石油公司7，海洋石油公司7，海洋石油公司 Mihoko Saito-Adachi4，Masami Suzuki1，Erina Takai1，Natsuko Hama4，Ryota Higuchi8，Seiko Hirono9，Satoshi Shiba4，Mamoru Kato10 雅虎陣列4，Hirofumi Rokutan4，Taiki Hashimoto11，水鉆Mitsu Naga 12，米蒂羅Kand A13，海德諾坦1，So Takata1，Ayakaka 迷你Oshima 14，Wenzel M. Hackeng15，Tomoyuki Okumura16，Keiichi Okano14，Masakazu Yamamoto8，Hiroki Yamaue9，Chig USA Mori zano 魔獸世界19，Toshiro Sato7，Tohru Kiyono20，羅德維JK a.a.Bro Sens 15，Laura d.Wood 5，6，Ralph.h Ruban 5，6，Tat Suhu * * *責(zé)任作者、筆頭作者(同等貢獻(xiàn)) 所屬部門 1 .大阪大學(xué)研究生院醫(yī)學(xué)系研究科癌癥基因組信息學(xué) 2 .大阪大學(xué)先導(dǎo)的跨學(xué)科研究機(jī)構(gòu)生命醫(yī)科學(xué)融合前沿研究部門 3 .國(guó)立癌癥研究中心研究所基因組醫(yī)科學(xué)領(lǐng)域 4 .國(guó)立癌癥研究中心研究所癌癥基因組學(xué)領(lǐng)域 5.Sol Goldman Pancreatic Cancer research center，pathology，Johns Hopkins Medical institutions，Baltimore，Maryland 6.Sol Goldman龐加萊Cancer研究中心，產(chǎn)業(yè)發(fā)展，Johns Hopkins醫(yī)學(xué)研究所，Maryland，USA 7 .慶應(yīng)義塾大學(xué)醫(yī)學(xué)部坂口光洋紀(jì)念講座(有機(jī)化合物醫(yī)學(xué)) 8 .東京女子醫(yī)科大學(xué)消化器官普通外科 9 .和歌山縣立醫(yī)科大學(xué)外科學(xué)第2講座 10 .國(guó)立癌癥研究中心研究所生物信息學(xué)領(lǐng)域 11 .國(guó)立癌癥研究中心中央醫(yī)院病理診斷科 12 .國(guó)立癌癥研究中心東醫(yī)院肝膽胰內(nèi)科 13 .名古屋大學(xué)研究生院醫(yī)學(xué)系研究科綜合醫(yī)學(xué)專業(yè)病態(tài)外科學(xué) 14 .香川大學(xué)醫(yī)學(xué)部消化器官外科學(xué) 15 .部件、通用醫(yī)學(xué)中心通信、通信、通信、通信、網(wǎng)絡(luò) 16 .富山大學(xué)學(xué)術(shù)研究部醫(yī)學(xué)系消化系統(tǒng)腫瘤綜合外科 17 .國(guó)立癌癥研究中心中央醫(yī)院肝膽胰內(nèi)科 18 .廣島大學(xué)醫(yī)院病理診斷科 19 .東北大學(xué)研究生院醫(yī)學(xué)系研究科病態(tài)病理學(xué)領(lǐng)域 20 .國(guó)立癌癥研究中心尖端醫(yī)療開發(fā)中心HPV相關(guān)癌癥防治項(xiàng)目 21 .東京大學(xué)醫(yī)科學(xué)研究所基因組醫(yī)科學(xué)領(lǐng)域 DOI 10.1158/2159-8290 .光盤- 21-0669 另外，本研究是作為AMED新一代癌癥醫(yī)療創(chuàng)制研究事業(yè)(研究開發(fā)課題名稱:通過綜合基因組分析闡明消化系統(tǒng)神經(jīng)內(nèi)分泌癌的真實(shí)情況)等的一環(huán)進(jìn)行的。 谷內(nèi)田真一教授的評(píng)論 因?yàn)楸炯膊∈窍∮邪┌Y，所以我想很多人連疾病的名字都不知道。 為了進(jìn)行全基因組分析等全面分析，研究試料，特別是新鮮冷凍樣品的收集非常辛苦，美國(guó)和荷蘭也提供了樣品。 近年來，隨著癌癥基因組醫(yī)療的開始，本疾病在“癌癥基因面板檢查”中出乎意料地被檢出很多。 也就是說，可以看出在臨床實(shí)踐中，主治醫(yī)生在治療上存在困難。 我們將進(jìn)一步發(fā)展本研究，促進(jìn)本疾病的早期發(fā)現(xiàn)和可以給患者送藥的研究。 |
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