系统筛选基底样乳腺癌驱动基因

加拿大西奈山医院AI-Zahrani等，利用一种可在小鼠体内同时关闭和激活基因的CRISPR筛选平台CRISPR-KOALA，在基底样乳腺癌中，从3752个候选基因中筛选出了90个乳腺癌驱动基因，提供了一种理解肿瘤非整倍体的新视角，肿瘤细胞选择的并非多一条或少一条染色体本身，而是藏在这些染色体区域中的特定驱动基因。（Nature. 2026年7月8日在线版）

非整倍体指细胞拥有异常数量的染色体或染色体片段，通常由染色体不稳定性产生，表现为大范围拷贝数改变。90%的实体瘤存在非整倍体，平均约50%的基因组受拷贝数改变影响。一个典型肿瘤细胞中，可能有成百上千个基因同时增加或减少。一条染色体臂扩增时，上面数百个基因可能一起增加，一条染色体臂缺失时，大量基因同时减少。到底哪一个或哪几个基因改变，为肿瘤细胞带来生长刺激，其他基因是否参与肿瘤演化，仅靠测序数据难以回答。

研究者聚焦基底样乳腺癌，这类肿瘤侵袭性强，也是拷贝数改变最丰富的乳腺癌亚型之一。超过80%的基底样乳腺癌存在TP53功能缺失，35%存在PTEN缺失，30%存在RB1缺失，还有常见MYC、EGFR、CCNE1扩增等。

基底样乳腺癌患者样本分析显示，基底样乳腺癌反复出现4号染色体、5q、12q、14q和15q缺失，及6p、9p、10p和12p扩增。30%~40%的患者在主要肿瘤克隆中携带这些改变，另约40%的患者在部分亚克隆中出现相应改变。4q缺失和9p扩增虽较少成为主克隆事件，却在75%的患者中以亚克隆形式存在。这些模式不像完全随机的染色体事故，提示某些染色体改变可能在肿瘤演化过程中反复带来选择优势。

为在整条染色体臂中找到关键基因，研究者建立了CRISPR-KOALA平台，即CRISPR基因敲除与激活联合筛选系统。传统CRISPR敲除适合寻找肿瘤抑制基因，若关闭某个基因后肿瘤生长加速，则该基因可能原本在抑制癌变。但对于扩增区域，需要明确哪个基因表达升高后促进肿瘤，需要同时引入CRISPR激活，在不切断DNA的情况下提高目标基因表达。

研究者共构建了9套染色体区域文库，覆盖基底样乳腺癌最常见的10种染色体臂改变。敲除文库包含2751个基因，每个基因至少配置4条向导RNA。激活文库包含1044个基因，每个基因至少配置8条向导RNA。

实验过程使用了471只小鼠，最终对1478个小鼠乳腺癌肿瘤进行了测序。这些文库被导入两种携带Trp53缺失的小鼠乳腺癌模型中，整个实验覆盖3752个基因，约相当于哺乳动物蛋白编码基因组的1/5，最终对1478个小鼠肿瘤进行测序，追踪哪些基因在肿瘤中被反复富集。

结果发现，除一个特定模型的10p文库外，几乎所有染色体臂文库均显著加速肿瘤发生，提示基底样乳腺癌中反复出现的染色体缺失和扩增区域，确含能推动肿瘤的基因。通过筛选最终识别出90个高可信度驱动基因，占全部受检基因的2.4%。其中包括4q区域的FBXW7和METTL14、5q区域的CSNK1A1、12q区域的UBE2N、14q区域的TRAF3和SAV1，及15q区域的SPRED1和INO80。扩增区域出现了6p上的MRPS18B、9p上的PLGRKT、10p上的ITIH2，以及12p上的TAS2R10和TAS2R14。

每条染色体臂通常不是由几十个作用相近的基因共同驱动，而是存在明显的层级结构，往往只有一两个强效驱动基因，周围分布着若干效应较弱的基因。在3752个受检基因中，84个已被OncoKB收录为共识癌症基因，其中9个在筛选中被选中，富集程度达随机预期的4.47倍。90个驱动基因中，81个此前并未被认定为癌症基因，绝大多数功能此前未知。这些基因调控MAPK、HIPPO、WNT等不同信号通路，反映了基底样乳腺癌的高度异质性。提示现有肿瘤驱动基因目录可能仍遗漏了大量依赖组织环境和遗传背景才显现作用的基因。

研究者删除5q文库中最强的命中基因CSNK1A1，进行再次筛选。发现每只小鼠的肿瘤数量明显减少，已形成的肿瘤无显著延迟。APC和TCF7成为主要命中基因，未发现大量新的候选基因。提示染色体臂内可能存在多个促癌因素，少数主导基因承担大部分选择优势。操纵这些已鉴定的单个致癌驱动基因（激活或抑制），可在Trp53突变背景下克服对整条染色体臂拷贝数改变的依赖，提示非整倍体促癌的核心不在剂量效应，在于关键少数关键基因的改变。

该研究揭示，基因功能高度依赖环境。如CSNK1A1、INO80、METTL14和UBE2N在常规细胞培养筛选中常被归为核心必需基因，细胞缺失这些基因后难以存活。据培养皿实验推断，不太可能成为丢失后促进肿瘤的抑癌基因。但在免疫系统完整、组织结构存在的小鼠乳腺中，敲除这些基因明显加速肿瘤生成。研究者在人乳腺上皮细胞模型中进行平行筛选时，APC、FBXW7、SPRED1和PLGRKT等基因可被再次识别，而CSNK1A1、INO80、METTL14和UBE2N表现却与小鼠原位肿瘤不同。细胞在二维培养皿中的生存需求不等同于其在组织、免疫和微环境共同作用下的功能，只依赖体外筛选，可能系统性漏掉一部分组织特异性驱动基因。

位于9p染色体的PLGRKT被鉴定为强效致癌基因。它的促肿瘤活性与高度耐受应激的线粒体及增强的活性氧清除能力相关。PLGRKT传统认为是一种纤溶酶原受体，参与纤溶酶生成和细胞外基质降解。该研究显示，在带有Pik3ca热点突变的小鼠中，激活Plgrkt后，出生仅6天的小鼠出现多个皮肤鳞癌，对照小鼠在200天内未形成肿瘤。接受Plgrkt激活的雌性小鼠中，50%从出生后14天开始出现多个乳腺肿瘤，对照组未出现。

该研究从根本上改变了我们对非整倍体促癌的理解，对基底样乳腺癌，这90个驱动基因给精准靶向治疗提供了候选，尤其PLGRKT的线粒体应激耐受机制。该研究提示，肿瘤细胞利用染色体臂的增加或缺失，改变少数关键基因剂量，不同染色体改变提供不同驱动基因，形成不同信号通路和代谢状态等。不过，CRISPR激活产生的基因表达量未必完全等同于患者肿瘤中的低水平扩增，高通量CRISPR仍可能存在脱靶效应，当前实验主要测试单基因扰动，尚不能充分模拟多个弱效基因之间的上位性作用。90个候选基因中，仍有大量基因需要独立模型验证。小鼠乳腺中的结果也不能直接外推到其他组织或所有乳腺癌患者。

（编译 王彬）