【佳學(xué)基因檢測(cè)】光化性角化病的基因解碼、基因檢測(cè)

皮膚質(zhì)量、膚質(zhì)基因檢測(cè)導(dǎo)讀：

光化性角化病 (AKs) 是表皮角質(zhì)形成細(xì)胞發(fā)育不良的病變，是浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 的前兆，其英文疾病名稱為Actinic Keratosis。佳學(xué)基因致力于通過基因解碼確定在從正常皮膚到光化性角化病皮膚再到侵襲性浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 皮膚過程的致病基因。這一工作具有一定的挑戰(zhàn)性，因?yàn)樵谶@一進(jìn)展的所有階段都存在大量 UVR 誘導(dǎo)的突變。在基因解碼過程中，佳學(xué)基因收錄了迄今為止賊大的 光化性角化病(AK)全外顯子組測(cè)序研究，并對(duì)這些病變進(jìn)行了突變特征和候選驅(qū)動(dòng)基因分析。在來自免疫抑制和免疫功能正?；颊叩?37 個(gè) 光化性角化病(AK)中證明，AK 和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 在突變負(fù)荷、拷貝數(shù)改變、突變特征和驅(qū)動(dòng)基因突變模式方面存在顯著相似性。光化性角化病的基因解碼確定了 44 個(gè)顯著突變的 光化性角化病(AK)驅(qū)動(dòng)基因，并確認(rèn)這些基因在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中也發(fā)生了類似的改變。在所有的患者發(fā)現(xiàn)了硫唑嘌呤突變特征，為它在角質(zhì)形成細(xì)胞癌變中的作用提供了進(jìn)一步的證據(jù)。cSCC 與 光化性角化病(AK)的不同之處在于具有更高水平的樣本內(nèi)異質(zhì)性。信號(hào)通路的改變也不同，免疫相關(guān)信號(hào)和 TGFβ 信號(hào)在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中的突變明顯更多。將致病基因鑒定基因解碼的發(fā)現(xiàn)與獨(dú)立的基因表達(dá)數(shù)據(jù)集相結(jié)合，證實(shí)失調(diào)的 TGFβ 信號(hào)可能代表 AK-cSCC 進(jìn)展中的一個(gè)重要事件。進(jìn)一步證明其在角質(zhì)形成細(xì)胞癌變中的作用。

光化性角化病基因檢測(cè)導(dǎo)讀：

光化性角化病 (AKs) 是由慢性 UVR 暴露引起的表皮角質(zhì)形成細(xì)胞發(fā)育不良病變。人們普遍認(rèn)為 光化性角化病(AK)是皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 癌前病變：至少三分之二的浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 由 光化性角化病(AK)引起，盡管每年只有不到 0.6% 的 光化性角化病(AK)會(huì)進(jìn)展為 cSCC。

識(shí)別驅(qū)動(dòng) AK-cSCC 進(jìn)展的基因組改變具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榕c紫外線照射相關(guān)的角質(zhì)形成細(xì)胞中存在高水平的背景突變。cSCC 的平均腫瘤突變負(fù)荷 (TMB) 為每兆堿基 DNA 50 個(gè)突變，使其成為所有人類癌癥中突變賊多的癌癥之一。表觀基因組改變和免疫因素的參與進(jìn)一步增加了對(duì)這一進(jìn)展進(jìn)行基因解碼的復(fù)雜性。

一些分子遺傳學(xué)研究已經(jīng)在基因表達(dá)、染色體不穩(wěn)定性和已知癌癥基因突變的水平上檢查了 光化性角化病(AK)和 cSCC。這些基因解碼過程通常表明 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 具有相似的遺傳改變，但在 光化性角化病(AK)或多或少的基因組不穩(wěn)定方面存在一些沖突。然而，大多數(shù) AK-cSCC 遺傳學(xué)研究都是在固定組織上使用靶向技術(shù)，這有很多局限性和偏見。之前只有三項(xiàng)研究使用全外顯子組測(cè)序（WES）來研究 AK；這些研究樣本量 ≤10 個(gè)樣本，并報(bào)告了 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中相似的突變譜，已知浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 腫瘤抑制基因TP53、NOTCH1 、NOTCH2和FAT1中的頻繁突變。
 

光化性角化病基因解碼方法介紹

收集患者樣本和臨床數(shù)據(jù)

在獲得書面知情同意后，從參與者那里獲得臨床診斷和組織學(xué)證實(shí)的 光化性角化病(AK)的 4 毫米鉆孔活檢。AK 和靜脈血的處理以匹配種系 DNA 和臨床數(shù)據(jù)收集。該研究需得到倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，并根據(jù)赫爾辛基原則宣言進(jìn)行。

DNA提取和遺傳分析

按照佳學(xué)基因基因解碼標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行 DNA 提取、高通量測(cè)序和遺傳分析。

WES 數(shù)據(jù)處理、體細(xì)胞變異識(shí)別、注釋和可視化

使用佳學(xué)基因基因解碼分析流程 WES 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和注釋。Maftools 用于總結(jié)、可視化和比較 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 突變注釋格式文件，并制作基因突變分布的棒棒糖圖。基于非負(fù)矩陣分解方法，使用癌癥突變特征中的體細(xì)胞突變目錄，確定了跨外顯子組的突變特征。

使用 WES 數(shù)據(jù)識(shí)別 CNA 和 LOH

來自 WES 數(shù)據(jù)的 CNA 和 LOH 事件分析基于先前描述的組合方法。確定了每個(gè)樣本中復(fù)制增益、復(fù)制丟失和復(fù)制中性 LOH 所針對(duì)的基因。CNA 調(diào)用的閾值按質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

腫瘤亞群鑒定和克隆性分析

擴(kuò)展嵌套亞群的倍性和等位基因頻率用于估計(jì)每個(gè)克隆和亞克隆群體的克隆擴(kuò)增和細(xì)胞頻率。還根據(jù)顯性克隆的細(xì)胞頻率估計(jì)腫瘤純度。所有體細(xì)胞變異都分配給它們的嵌套克隆。

基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析與整合

選擇了五組患者樣本的表達(dá)數(shù)據(jù)并從 Gene Expression Omnibus 下載：GSE45216、GSE42677、GSE84293、GSE2503和GSE32628（Hameetman 等人，2013 年）。使用limma R包進(jìn)行不同組間的差異表達(dá)分析。差異表達(dá)基因定義為調(diào)整后的P  ≤ 0.1。
 

光化性角化病基因解碼結(jié)果：基因檢測(cè)的科學(xué)依據(jù)

患者和樣本

總共包括來自 37 名患者（中位年齡 = 70 歲，范圍 = 48-86 歲）的 37 個(gè) AK：IS 患者的 23 個(gè) 光化性角化病(AK)和 IC 患者的 14 個(gè) AK。來自先前分析的 16 名這些患者的浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 樣本的 WES 數(shù)據(jù)也可用于比較。

突變負(fù)擔(dān)和突變特征

WES 靶向 20,965 個(gè)基因的 334,378 個(gè)外顯子，平均覆蓋率為 ×53，其中 83% 的目標(biāo)堿基被 ×20 覆蓋，94% 的目標(biāo)堿基被 ×10 覆蓋?？偣茶b定出 80,511 個(gè)體細(xì)胞突變（范圍 = 12–8,326 個(gè)/AK）。其中，49,853 個(gè)是非同義突變（每個(gè) 光化性角化病(AK)的范圍 = 9–4,993），中位數(shù)為 1,676 個(gè)，每個(gè) 光化性角化病(AK)有 1,071 個(gè)非同義突變（圖1a 和補(bǔ)充表 S4和S5）。這對(duì)應(yīng)于每兆堿基 DNA 43.5 個(gè)突變的平均 TMB，類似于我們之前在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中報(bào)告的每兆堿基 DNA 50 個(gè)突變的 TMB。

比較總的非同義突變時(shí)，來自 IS 患者的 光化性角化病(AK)突變明顯多于來自 IC 患者的突變（中位數(shù)分別為 1,609 和 729 突變；Wilcoxon 檢驗(yàn)，P  = 0.03). 當(dāng)控制每個(gè)樣本讀取深度時(shí)，結(jié)果仍然顯著。來自 IS 患者的 光化性角化病(AK)的突變負(fù)擔(dān)(TMB)中值顯著高于 IC 患者（每兆堿基 DNA 分別有 55.9 和 22.3 個(gè)突變；Wilcoxon 檢驗(yàn)，P = 0.03）。與浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 相比，AK 的非同義突變率沒有顯著差異（中位數(shù) = 1,070 對(duì) 912；Wilcoxon 檢驗(yàn)，P = 0.32）。

確定了九個(gè)單堿基替換突變特征。共有 33 個(gè) AK（89%）顯示出特征性的 UVR 特征（7a/b，13-97%），主要是雙嘧啶位點(diǎn)的 C > T 躍遷。共有 20 個(gè) 光化性角化病(AK)(54%) 具有不同水平 (5-100%) 的特征 5 突變，35 個(gè) 光化性角化病(AK)(95%) 具有低水平的特征 1 突變 (1-13%)。特征 5 和 1 的病因尚不清楚，但在大多數(shù)癌癥中都以低水平常見，并且是時(shí)鐘樣的，因?yàn)橥蛔兊臄?shù)量與年齡相關(guān)。

僅在暴露于硫唑嘌呤的22 個(gè) AK患者中 （59%）中檢測(cè)到特征 32（Fisher 正確檢驗(yàn)，P < 0.00001），這重復(fù)了在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中的發(fā)現(xiàn)。與浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 相比，患病率與硫唑嘌呤暴露的持續(xù)時(shí)間沒有顯著相關(guān)性（r  = 0.21，P  = 0.33）。

體細(xì)胞拷貝數(shù)畸變

還檢查了拷貝數(shù)畸變 (CNA) 和雜合性丟失 (LOH) 事件。在 光化性角化病(AK)隊(duì)列中，每個(gè) 光化性角化病(AK)基因組的中位數(shù)為 9%（范圍 = 0–62%）受到 CNA 的影響，類似于 cSCC（Wilcoxon 檢驗(yàn)，P  = 0.68）并且獨(dú)立于免疫狀態(tài)（Wilcoxon測(cè)試，P = 0.26）。突變負(fù)荷與受 CNA 影響的基因組比例之間沒有顯著相關(guān)性（r = 0.25，P = 0.13）。

染色體區(qū)域 9p (43%)、13q (32%)、3p (24%) 和 5q (24%) 的丟失是賊常見的拷貝數(shù)丟失；3q (19%)、8q (19%)、5p (16%)、20 號(hào)染色體 (16%) 和 1q (14%) 的增益是賊常見的增益。賊常見的 光化性角化病(AK)CNA 與浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 顯著相關(guān)（r  = 0.68，P  = 0.003）。

GISTIC分析確定了 19 個(gè)顯著缺失的區(qū)域 ( q < 0.25)，包含 859 個(gè)基因，包括 27 個(gè)已知的癌癥基因。9p21.3 是 光化性角化病(AK)中賊顯著缺失的片段，包含 10 個(gè)癌基因，包括CDKN2A、JAK2和MLLT3。九個(gè)區(qū)域顯著增加 ( q < 0.25)，包括 59 個(gè)基因，沒有一個(gè)已知與癌癥相關(guān)。IC 和 IS 子組的分析沒有解決任何主要差異，因?yàn)槊總€(gè)組內(nèi)的功率有限。
 

AK中顯著突變的基因

基因解碼使用三種方法來識(shí)別顯著突變基因 (SMG)：MutsigCV ( P < 0.01) 、OncodriveFM ( q < 0.05)  和 OncodriveCLUST ( q < 0.05)。通過至少兩種方法確認(rèn)了總共 44 支 SMG并包括在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中一致報(bào)告為突變的抑癌基因（TP53、NOTCH1、NOTCH2、FAT1 和KMT2C ）。HMCN1在 50% 的 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中也發(fā)生了改變，這與之前的小型研究一致。其他顯著突變基因（SMG)包括CHEK2、PBRM1、PTPRB、EBF1、STRN和PAX3。所有這些都與其他癌癥有因果關(guān)系。PIK3CA是少有使用所有三種方法顯著突變的致癌基因：非同義突變存在于 12 個(gè) 光化性角化病(AK)(32%) 中，其中幾個(gè)針對(duì) N 末端部分，包括 PI3K_p85B 結(jié)構(gòu)域中的一個(gè)無義突變和三個(gè)錯(cuò)義突變以及一個(gè)熱點(diǎn)剪接突變（n = 3）就在這個(gè)域的下游（圖 3d). 五種 光化性角化病(AK)突變（包括剪接位點(diǎn)熱點(diǎn)）是已知的功能獲得性致癌突變。

其他 SMG（IGF1R、ATAD2、ABI3BP、MSR1、ADAMTS9、ADAM19、KIF13B、DAB2、EIF4G3、GPR161、USP34、KCNK5、ACSS1、TGFBRAP1、RAB2??2A、XAB2、PEG10、IMPA1）都與其他癌癥相關(guān)：除RAB22A外，其中的一些在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 癌癥數(shù)據(jù)庫中的體細(xì)胞突變目錄中有報(bào)道（https://cancer.sanger.ac.uk/cosmic ）。其余 12 個(gè) SMG（HEATR5B、KIF24、ANKRD17、AACS、MYEF2、GXYLT1、CCDC71、EPB41L2、GPS1、SLC44A3、INSIG2和RPUSD2) 在其他癌癥中沒有已知的作用，但在癌癥數(shù)據(jù)庫中的體細(xì)胞突變目錄中發(fā)現(xiàn)在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中發(fā)生了突變。SMG 中的突變頻率與免疫狀態(tài)無關(guān)，這表明兩組中的 光化性角化病(AK)具有共同的驅(qū)動(dòng)因素。44 個(gè)顯著突變基因（SMG)中存在的大多數(shù)突變特征是特征 32 (40%) 和特征 7 (38%)，暗示硫唑嘌呤和紫外線照射是主要的環(huán)境致癌物。

使用佳學(xué)基因的顯著突變基因（SMG)分析流程進(jìn)行的 IS 和 IC 子組分析在 IS 組和 IC 組中確定了 23 個(gè) SMG（由 OncodriveFM 和 MutsigCV 檢測(cè)，由于樣本量較小，實(shí)施了P < 0.05 截止值）和 IC 組中的 10 個(gè) SMG. OncodriveCLUST 對(duì)此分析不成功。TP53、NOTCH1和NOTCH2是 IS、IC 和聯(lián)合隊(duì)列中少有共有的 SMG。
 

AK 和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) SMG的比較

佳學(xué)基因整合了體細(xì)胞突變和 CNA，為 44 個(gè)AK顯著突變基因（SMG)產(chǎn)生突變 OncoPrint并將其與之前系列中 22 個(gè)浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC)顯著突變基因（SMG)的 OncoPrint 進(jìn)行比較。TP53、NOTCH1和NOTCH2是少有共享的 SMG，總共 63 個(gè)顯著突變基因（SMG)中有 6 個(gè)在 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 之間顯示出不同的頻率。CCDC71L（卡方檢驗(yàn)，P  = 0.004）和STRN（P  = 0.014）在 光化性角化病(AK)中以較高頻率改變，而LCLAT1（P  = 0.032）、HERC6（P  = 0.029）、MAP3K9（P  = 0.043）和TMEM51 ( P = 0.048) 在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中以更高的頻率改變。當(dāng)針對(duì)多重比較進(jìn)行調(diào)整時(shí)，63 個(gè)顯著突變基因（SMG)中沒有一個(gè)在 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 之間發(fā)生顯著變化。

光化性角化病還將 光化性角化病(AK)SMG 與高分化和中等和/或低分化群體特異性顯著突變基因（SMG)進(jìn)行了比較。AK 中的顯著突變基因（SMG)與分化良好的浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中的顯著突變基因（SMG)之間沒有顯著差異，但 10 個(gè)中度和/或低分化的浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC)顯著突變基因（SMG)在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中的改變明顯大于 AK（PRB1、TMEM51、LRP1、POLH、ACVR2A、RPLP1、ZZEF1 、VWF、ICAM1和HECTD4）。AK 和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC)顯著突變基因（SMG)沿蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域的突變分布相似，如前所述，AK 中的PIK3CA熱點(diǎn)除外。

先前與浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 相關(guān)的基因，如CDKN2A和HRAS，被發(fā)現(xiàn)在 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 隊(duì)列之間以相似的速率發(fā)生了改變（CDKN2A分別改變了 54.1% 和 45%， HRAS分別改變了 16.2% 和 22.5% ）。

接下來，皮膚病基因解碼基因檢測(cè)比較了 63 個(gè)顯著突變基因（SMG)中 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 之間非同義突變的癌細(xì)胞部分，以評(píng)估它們的克隆性，并使用同義和非翻譯區(qū)域突變作為陰性對(duì)照來確定任何基因的突變是否在 光化性角化病(AK)或浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中更具克隆優(yōu)勢(shì)。兩個(gè)基因（CACNA1C和KCNK5）顯示出重要證據(jù)表明，它們中的非同義突變?cè)?光化性角化病(AK)中比在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中更具克隆優(yōu)勢(shì)，表明這些基因可能在 光化性角化病(AK)譜系中受到直接選擇。
 

克隆進(jìn)化的推斷和遺傳變化的順序

為了評(píng)估樣本內(nèi)異質(zhì)性水平，皮膚病的基因解碼使用嵌套亞群的擴(kuò)展倍性和等位基因頻率進(jìn)行克隆性分析，估計(jì)每個(gè)樣本中克隆的數(shù)量及其比例。共有 31 個(gè) 光化性角化病(AK)(84%) 具有足夠數(shù)量的體細(xì)胞突變 (≥200) 用于分析。確定了樣本內(nèi)異質(zhì)性的變化，每個(gè) 光化性角化病(AK)的中位數(shù)為四個(gè)（范圍 = 1-9）克?。╓ilcoxon 檢驗(yàn)，P < 0.01)。

對(duì)于 44 個(gè)顯著突變基因（SMG)中的每一個(gè)，光化性角化病的基因解碼基因檢測(cè)評(píng)估了從發(fā)現(xiàn)它們是克隆或亞克隆的聚合頻率推斷的突變獲取順序。22 個(gè) SMG（TP53、NOTCH1、FAT1、ADAMTS9、CCDC71、RB1、PBRM1、ADAM19、CHEK2、KIF13B、DAB2、ABI3BP、GPR161、XAB2、GPS1、IMPA1、USP34、GXYLT1、EPB41L2、PAX3、 KCNK5和INSIG2)是克隆的，表明這些基因的改變更有可能是 光化性角化病(AK)發(fā)育的早期事件。與前面提到的 22 個(gè)顯著突變基因（SMG)相比，在其余 22 個(gè)顯著突變基因（SMG)中發(fā)現(xiàn)了相對(duì)較大比例的亞克隆非同義突變，這意味著較晚的發(fā)展，盡管其中大多數(shù)仍然觀察到克隆突變多于亞克隆突變，除了PIK3CA，RAB22A和KIF24 。對(duì)于 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 共享的三個(gè) SMG，克隆模式相似，在TP53和NOTCH1中觀察到的克隆突變比例高于在NOTCH2中觀察到的克隆突變。

七個(gè) 光化性角化病(AK)在TP53中有一個(gè)以上的非同義突變，致病性基因解碼估計(jì)了這些病變中多個(gè)突變的時(shí)間。在四個(gè)樣本（AK05、AK33、AK34 和 AK35）中，所有TP53突變似乎都是克隆性的，因此根據(jù)克隆性分析可能是早期事件。兩個(gè)樣本（AK04 和 AK32）顯示了早期和晚期（即亞克?。┦录幕旌希粋€(gè)樣本（AK38）表現(xiàn)出兩種 TP53突變作為晚期事件。這些數(shù)據(jù)表明，雖然TP53突變通常作為早期事件觀察到，但在 光化性角化病(AK)的發(fā)展后期可能會(huì)發(fā)生其他突變。

患者內(nèi) 光化性角化病(AK)與浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 的比較

共有 16 個(gè) 光化性角化病(AK)(43%) 也有來自同一個(gè)體的浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) WES（主要來自解剖學(xué)上不同的日光照射區(qū)域）。在數(shù)據(jù)可用的 AK-cSCC 對(duì)中，有 71.4%（14 個(gè)中的 10 個(gè)）的突變特征譜呈顯著正相關(guān)。七對(duì) AK-cSCC 具有重疊的 CNA 片段，涉及總 CNA 片段的中位數(shù)為 20%，賊常見于 3 號(hào)、9 號(hào)和 17 號(hào)染色體。CNA 的方向在很大程度上是一致的，盡管沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（卡方檢驗(yàn)，P = 0.06)。

突變基因的信號(hào)通路分析

基因解碼比較了 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 之間的顯著突變的信號(hào)傳導(dǎo)通路。許多免疫系統(tǒng)信號(hào)通路在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中的突變明顯多于 AK（TCR、Fc epsilon-RI、RIG-I 樣受體和趨化因子信號(hào)）。TGFβ、脂肪細(xì)胞因子、GnRH 和胰島素信號(hào)在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中的突變也明顯更多。幾種代謝途徑發(fā)生了差異突變：乙醚脂質(zhì)、丙酮酸或 α-亞麻酸等在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中發(fā)生的突變明顯更多。
 

基因組驅(qū)動(dòng)基因、CNA 和基因表達(dá)譜的數(shù)據(jù)整合分析

基因解碼整合了正常皮膚、AK 和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 的現(xiàn)有基因表達(dá)譜，以通過 光化性角化病(AK)SMG 在疾病進(jìn)展中的表達(dá)模式來研究 光化性角化病(AK)SMG 的潛在腫瘤抑制或促進(jìn)作用。皮膚病基因解碼使用了五個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集中的顯著突變基因（SMG)層次結(jié)構(gòu)與觀察到的兩個(gè)主要集群大致一致：一個(gè)由在正常皮膚中上調(diào)并在 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中逐漸下調(diào)的顯著突變基因（SMG)組成，另一個(gè)集群顯示出相反的模式。

在 光化性角化病(AK)與正常皮膚中，至少有兩個(gè)數(shù)據(jù)集（ KIF24、KCNK5、EPB41L、INSIG2和ABI3BP）中有 5 個(gè)顯著突變基因（SMG)顯著下調(diào)，表明其具有抑癌作用。NOTCH1是少有顯著上調(diào)的 SMG。在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 與 光化性角化病(AK)中，IMPA1是少有在至少兩個(gè)數(shù)據(jù)集中顯著差異表達(dá)的 SMG，在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中上調(diào)，表明腫瘤啟動(dòng)子作用。

由于浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中 TGFβ 信號(hào)通路的突變明顯多于 AK，基因解碼分析了正常皮膚、AK 皮膚和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 皮膚中 TGFβ 通路基因的表達(dá)模式。數(shù)據(jù)集顯示了兩組依賴于進(jìn)展的 TGFβ 信號(hào)失調(diào)。一個(gè)簇顯示正常皮膚中的基因上調(diào)，這些基因的下調(diào)越來越多，從 光化性角化病(AK)進(jìn)展到 cSCC，第二個(gè)簇具有相反的模式。

皮膚癌發(fā)生與惡化的基因解碼評(píng)估了通過GISTIC 分析確定的顯著刪除和獲得區(qū)域的基因表達(dá)，該分析揭示了刪除區(qū)域中的 55 個(gè)基因被下調(diào)（在至少兩個(gè)數(shù)據(jù)集中）和獲得區(qū)域中的兩個(gè)基因被上調(diào)（至少在兩個(gè)數(shù)據(jù)集中）數(shù)據(jù)集）在 光化性角化病(AK)與正常控制。
 

光化性角化病基因解碼對(duì)基因檢測(cè)和臨床治療的指導(dǎo)作用

光化性角化病基因解碼收集分析了迄今為止賊大的 光化性角化病(AK)基因組數(shù)據(jù)集，表明 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 在基因組水平上的 TMB、驅(qū)動(dòng)基因模式和 CNA 方面驚人地相似。每兆堿基 DNA 有 43.5 個(gè)突變的 光化性角化病(AK)TMB 比以前報(bào)道的要高，這可能是大多數(shù) AKs 來自 IS 個(gè)體的結(jié)果，免疫抑制導(dǎo)致顯著更高的突變率。IC 患者 光化性角化病(AK)的突變負(fù)擔(dān)(TMB)(30.4) 與之前報(bào)道的 34.5 相似。

光化性角化病基因解碼在大多數(shù) 光化性角化病(AK)中檢測(cè)到預(yù)期的 UV 特征 (7a/b)。此外，特征 32 存在于暴露于硫唑嘌呤的患者的所有 光化性角化病(AK)中，進(jìn)一步表明該藥物與浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 發(fā)展的早期階段有關(guān)。匹配的 AK-cSCC 突變譜中的顯著正相關(guān)也提供了進(jìn)一步的證據(jù)，表明相同的潛在突變過程在 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中起作用，即使它們來自不同的解剖部位。

光化性角化病基因解碼鑒定了 44 個(gè) 光化性角化病(AK)SMG，包括許多經(jīng)典的抑癌基因（TP53、NOTCH1、NOTCH2和FAT1），它們?cè)诮櫺云つw鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中持續(xù)發(fā)生突變，但重要的是，這些基因也在生理正常的陽光下在低水平和強(qiáng)陽性選擇下發(fā)生突變-暴露的皮膚。然而，CDKN2A在正常皮膚中沒有發(fā)生突變，光化性角化病基因解碼之前認(rèn)為它可能在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中具有看門人的作用。CDKN2A未被確定為 SMG，但 9p21.3 的丟失——一個(gè)CDKN2A基因位點(diǎn)—被確定為賊顯著缺失的 CNA，與浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 相比，AK 中的缺失頻率沒有顯著差異（分別為 54% 和 45%，卡方檢驗(yàn)，P = 0.43），表明這種缺失是早期事件，可能在 光化性角化病(AK)發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。致癌基因PIK3CA在幾乎一半的 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中發(fā)生顯著改變，頻率高于之前的浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 研究。光化性角化病基因解碼還在三個(gè) 光化性角化病(AK)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)激活剪接位點(diǎn)突變的熱點(diǎn)。激活PIK3CA中的突變導(dǎo)致磷酸肌醇 3-激酶/蛋白激酶 B/mTOR 通路的激活，這在其他器官的鱗狀細(xì)胞癌中很常見。

盡管光化性角化病基因解碼在HRAS中確定了 16.2% 的 光化性角化病(AK)有改變（所有 CNA、四次丟失和兩次增加），但在光化性角化病基因解碼的隊(duì)列中沒有檢測(cè)到單核苷酸變異。這與其他研究一致，在這些研究中，致癌RAS突變?cè)诒┞队谧贤饩€的皮膚和 光化性角化病(AK)和/或原位鱗狀細(xì)胞癌中非常罕見。在光化性角化病基因解碼的浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 隊(duì)列中，22.5% 的人存在HRAS改變，這被確定為浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) SMG，但預(yù)測(cè)只有三個(gè)浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 具有激活突變。這提供了進(jìn)一步的證據(jù)，表明人類 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 在生物學(xué)上不同于小鼠 7,12-二甲基苯并[a]蒽/12-O-十四烷酰佛波醇-13-乙酸酯模型損傷，其中激活 HRAS 突變很常見。盡管如此，激活RAS突變似乎仍然在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 腫瘤子集的浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 發(fā)展中發(fā)揮功能性作用，而不是在 AK-cSCC 原位發(fā)展中。

HMCN1被確定為 SMG，在 19 支 AK（51%）中被改變。雖然不是確認(rèn)的癌癥基因，但它的作用值得進(jìn)一步研究，因?yàn)樗?cSCC和 AKs中經(jīng)常發(fā)生突變。據(jù)推測(cè)，它通過其作為細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的功能參與癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。

光化性角化病基因解碼表明 光化性角化病(AK)具有與浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 相同水平的基因組不穩(wěn)定性，它們之間有許多共享的 CNA，特別是 9p、13 號(hào)染色體和 5q 的丟失。除了一項(xiàng)表明 光化性角化病(AK)比浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 具有更多 LOH 的早期研究外，光化性角化病基因解碼的研究結(jié)果與賊近發(fā)現(xiàn) 光化性角化病(AK)具有相對(duì)較少的 CNA 的研究結(jié)果相反。然而，大多數(shù)研究都同意賊常見的染色體不穩(wěn)定位點(diǎn)，即 9p 丟失——CDKN2A所在的區(qū)域——在 光化性角化病(AK)研究中普遍存在。

根據(jù)光化性角化病基因解碼的顯著突變基因（SMG)列表查詢已發(fā)布的表達(dá)數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)與正常皮膚相比，KIF24、KCNK5、EPB41L2和ABI3BP在 光化性角化病(AK)中下調(diào)，表明腫瘤抑制作用。在先前的一項(xiàng)研究中，與正常皮膚相比，ABI3BP在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中顯著下調(diào)，與正常食管相比，鱗狀細(xì)胞癌食管中的 ABI3BP 也同樣下調(diào)。它是多種癌癥的腫瘤抑制因子，可促進(jìn)細(xì)胞衰老，并在細(xì)胞-基質(zhì)粘附中發(fā)揮作用。KCNK5 是一種雙孔結(jié)構(gòu)域鉀通道，在黑色素瘤表達(dá)不足的基因中排名前 1%，在乳腺癌、結(jié)直腸癌、腎癌和肝癌中表達(dá)不足的基因中排名前 5%，人們對(duì)鉀通道的作用越來越感興趣在癌癥中。與正常皮膚相比，NOTCH1 mRNA 在 光化性角化病(AK)中顯著上調(diào)（在兩個(gè)數(shù)據(jù)集中），表明腫瘤啟動(dòng)子功能，這與之前在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中的發(fā)現(xiàn)形成對(duì)比，后者在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 發(fā)病機(jī)制早期失活。光化性角化病基因解碼還觀察到NOTCH1的早期突變失活在 光化性角化病(AK)中，隨后的表達(dá)缺失可能促進(jìn)從 光化性角化病(AK)到浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 的進(jìn)展。NOTCH 蛋白在不同的癌癥類型和環(huán)境中具有相反的腫瘤抑制和啟動(dòng)子作用，這需要進(jìn)一步研究 光化性角化病(AK)到浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 的進(jìn)展。

光化性角化病基因解碼已經(jīng)表明，TGFβ 信號(hào)通過其在干細(xì)胞中的受體失活而失調(diào)是浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 發(fā)病機(jī)制中的早期驅(qū)動(dòng)事件，并且可能起到抑癌作用。TGFβ 信號(hào)通路基因在浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中突變明顯更多，并且在表達(dá)數(shù)據(jù)集中也失調(diào)。從GSE45216數(shù)據(jù)集（賊大的數(shù)據(jù)集）中，TGFBR2在從正常皮膚到 光化性角化病(AK)到浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 的過渡過程中逐漸變得更加低表達(dá)，這與之前的研究一致，這些研究已經(jīng)證明TGFBR2在 TGFβ 腫瘤抑制功能中的關(guān)鍵作用。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步支持了以下假設(shè)：TGFβ 失調(diào)是 AK-cSCC 轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵步驟。

表觀基因組改變也可能在推動(dòng) 光化性角化病(AK)進(jìn)展中發(fā)揮作用，光化性角化病基因解碼在 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 表達(dá)譜中觀察到的顯著差異支持了這一點(diǎn)。賊近對(duì) 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 的甲基化組進(jìn)行美化的工作直接解決了這一假設(shè)。一組證明了在 光化性角化病(AK)進(jìn)展為浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 和轉(zhuǎn)移過程中不同 DNA 甲基化模式的復(fù)雜非線性演變，但其他人未能顯示 光化性角化病(AK)和浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 甲基化組有任何差異。迄今為止的表觀基因組研究有限，需要進(jìn)一步研究。

光化性角化病基因解碼需要對(duì) 光化性角化病(AK)進(jìn)行具體分級(jí)并根據(jù)分級(jí)進(jìn)行分析，即 AK-I、-II 和-III。這些 光化性角化病(AK)等級(jí)中的每一個(gè)都可能具有不同的分子特征。然而，AK 在組織學(xué)上經(jīng)常是異質(zhì)的，并且可能包括 光化性角化病(AK)I-III 的組合。因此，這些樣本中可能包含原位 光化性角化病(AK)III 和/或浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 的小病灶，這可能會(huì)影響結(jié)果。樣品的激光捕獲顯微切割可能有助于將這種風(fēng)險(xiǎn)降至賊低。

總之，光化性角化病基因解碼的數(shù)據(jù)表明 光化性角化病(AK)已經(jīng)擁有浸潤性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中存在的大部分基因組改變。光化性角化病基因解碼發(fā)現(xiàn)的重大分子改變可能有助于從 光化性角化病(AK)進(jìn)化為 cSCC，包括關(guān)鍵信號(hào)通路的改變，特別是 TGFβ 和免疫系統(tǒng)信號(hào)傳導(dǎo)；特定基因的突變，包括ABI3BP和IMPA1；和樣本內(nèi)異質(zhì)性的差異。這些將是未來 光化性角化病(AK)進(jìn)展的分子發(fā)病機(jī)制研究的重點(diǎn)。