| Title | Somatic whole genome dynamics of precancer in Barrett’s esophagus reveals features associated with disease progression |
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| Online | https://www.nature.com/articles/s41467-022-29767-7 |
研究背景
Barrett's Esophagus（BE）在发生体细胞突变后，可能增加进展为食管腺癌 （ESAD） 的风险。在 ESAD 中经常检测到基因组特征，其中一些事件可以在 ESAD 诊断前数年检测到。因此，研究团队对 BE 进行了一项大规模的深度全基因组测序 （WGS） 研究，详细地解析BE进展为ESAD的基因组突变过程和复杂的结构变异特征。
研究方法
患者和样本：对在没有内窥镜治疗干预（例如 消融、粘膜切除术）的 BE 患者进行多区域、注释清晰、纯化的内窥镜活检。每个患者进行多个时间段取样分析，共有 80 名患者的 340 个病变样本和配对的 87 例正常对照样本。患者分为两组， 40 名从未进展为 ESAD 的稳定 BE 对照与 40 名进展为早期内窥镜检测到的新发癌症的病例进行比较。从取样上看，该研究的实验设计称得上是非常完美的。
WGS测序：使用的是 Illumina HiseqX 测序平台，双端测序，读长 150bp。除了WGS 测序，还用了 SNP 芯片数据，分析体细胞水平的染色体变异（拷贝数变异和cnLOH）。
数据处理：WGS数据先进行常规处理，如BWA比对到参考基因组 GRCh37，然后用 Picard 进行去重复以及GATK流程进行BQSR。体细胞SNV突变使用3个软件Mutect、Strelka、LoFreq，Indel 基于Strelka。且突变位点需要至少在2个算法中call到才会纳入后续分析，突变注释用SNPEff。拷贝数变异是基于 SNP芯片数据和WGS数据，分别用pASCAT和 TITAN、 JaBbA进行分析，同时评估样品的纯度和基因组倍性，结构变异基于Crest、Delly、BreakDancer，并使用 bedtools 进行注释。
高级分析：基于突变结果，进行突变负荷、突变特征、系统发育分析等
研究结果
样本分为两组：40 例进展为 ESAD（Cancer Outcome，CO）的 BE 病例和 40 例未进展为 ESAD（Non-Cancer Outcome，NCO）的 BE 病例。在 NCO 和 CO 中，癌前组织每次活检的全基因组数据都检测到了较高的体细胞 SNV + InDel突变，但CO组突变负荷显著较高（Fig2ab）。且CO的每一个患者的多个样本共享的突变更多（Fig2cd）。在突变特征分析的结果中，NCO 和 CO 组没有显示出差异（Fig2efg）。
ESAD的体细胞突变和癌前样本突变选择：研究团队基于以往多项研究结果，整理了 127 个 ESAD相关基因，其中 15 个基因 （11.8%） 在 CO 中发生显著更频繁的改变 （FDR < = 0.1），包括 TP53、APC、CDK12、ERBB2、PCDH17 和 GATA6，还有 3 个基因在 NCO 中发生更高的改变频率 （C6orf118、CDKN2A 和 AGBL4） （Fig3a）。CO 组每例患者的 ESAD 的突变基因数更高（Fig3b）。在 20 名 NCO 和 27 名 CO 患者的 24 个 ESAD 基因中发现了趋同进化的证据（来自单个患者的不同样本中同一基因的多个功能突变），其中 6 名 NCO 和 8 名 CO 患者在同一基因中具有 3 个或更多功能突变，这表明突变的选择大多与进展为 ESAD 无关（Fig3d-g）。这些数据反驳了正向选择的突变总是表明癌症促进过程的假设，并表明许多假定的癌症“驱动”基因可能被选择为不一定会导致癌症的特性。
CO 组中的选择性突变基因：基于SNV和InDel 突变基因所在的通路分析显示， “Presenilin action in Notch and WNT signaling pathway” 在 CO 中每个患者的突变明显更多（FigS4b），研究推断认为该通路中基因改变 （如 APC 、 JUN、 CREBBP 、 MYC 和 CTNNB1） 在 ESAD 进展中具有潜在作用。
基于拷贝数变异和结构变异 SV 分析，CO结构变异频率显著较高，且CO组观察到较高的 ESAD基因拷贝数扩增。
TP53 突变与ESAD进展：在 CO 组中检测到的 功能性 TP53 突变、纯合缺失 （HD） 或单拷贝丢失频率比NCO组高，与 NCO 相比，CO 更有可能具有 TP53 的双等位基因失活，并且突变的克隆在食管中扩散。在 75% （30/40） 的 CO 中检测到 TP53 −/−，而 NCO 中只有 2.5% （1/40）（Fig5b）。这表明 TP53 改变通常是进展为 ESAD 的患者的早期事件。
总结
该研究分析了 NCO 和 CO 患者之间的关键相似之处（如NCO 和 CO 中非常相似的突变特征、突变负荷和 ESAD 相关基因改变）和差异，这些相似之处和差异对 BE 患者的早期癌症检测和风险分层存在一定影响。进展为 ESAD 的 BE 个体的关键区别是 TP53 −/− 细胞群的克隆扩增和随后的复杂染色体结构事件，这可以在癌症诊断之前检测到，并且对进展为 ESAD 具有高度特异性。作者期望可以结合更多的特异性的、客观测量的改变，例如涉及甲基化 或免疫监视的改变可，以提供更加敏感和特异性的 ESAD 风险预测。
