范可尼贫血DNA修复途径缺陷与癌症

撰文 | 十一月

范可尼贫血（Fanconi anaemia，FA）是典型的基因组不稳定综合征，是由DNA链内交联修复缺陷导致染色体断裂引起的【1】。范可尼贫血DNA修复途径简称FA途径，可以抵抗内源性以及外源性的致癌物【2】。FA修复途径出现问题的患者患头颈部、食道和肛门生殖器鳞状细胞癌的可能性是正常人的数百至数千倍。但是FA途径与癌症之间形成的具体机制还尚不清楚。

近日，美国洛克菲勒大学Agata Smogorzewska研究组在Nature上发表了文章Genomic signature of Fanconi anaemia DNA repair pathway deficiency in cancer，通过对FA鳞状细胞癌患者的基因组和外显子组进行测序，发现FA修复途径的缺陷会导致基因组存在大量的结构变异，且FA途径的缺失会导致上皮-间质转变和增强角质细胞固有的炎症信号，这将有助于FA鳞状细胞癌具有明显的侵袭性。

DNA链间交联（DNA interstrand crosslinks，ICLs）是DNA链共价连接的异常， 阻碍复制和转录的进行。FA修复途径包括22个FANC蛋白，比如BRCA1和BRCA2等。为了确定DNA链间交联修复缺陷背景下肿瘤形成的机制，并获得用于早期癌症检测的生物标记物，作者们对来自50位患者的55个独立的FA鳞状细胞癌以及3位腺癌患者的样本进行基因组以及外显子测序。

测序结果显示，发生的鳞状细胞癌的中位数年龄是31岁，中位数生存期是17个月。先前有研究表明烟草和饮酒或者是人乳头瘤病毒HPV可能会会与FA鳞状细胞癌发生相关【3】。因此，通过测序作者们想对FA鳞状细胞癌中HPV以及TP53的状态进行评估和总结，发现在患者中鳞状细胞癌的发生与HPV的感染相关性不高，主要与TP53的突变相关。

通过使用全基因组测序的数据，作者们建立了鳞状细胞癌中体细胞结构变异的分布景观，该结果显示FA修复途径缺陷的肿瘤显示出更高的体细胞结构突变负担。进一步地，作者们对基因组变化的功能后果进行评估，发现FANC家族多个基因的体细胞缺失与高度复制不稳定的肿瘤子集相关。鼻窦鳞状细胞癌中体细胞拷贝数变化可能的是由于内源性和外源性醛类引起的FA修复途径功能过载引起的，最显著的是乙醇代谢的副产物乙醛以及烟草烟雾中的甲醛和丙烯醛。为了确定外源性DNA交联剂是否与体细胞拷贝数变化相关，作者们对具有吸烟史的鼻窦鳞状细胞癌的患者进行分层。作者们发现吸烟者局部体细胞拷贝数变化中位数高于不吸烟者，而且这一差异随着吸烟史的增加而增加。在肿瘤发生的早期阶段，这部分肿瘤中大量的醛暴露会产生广泛的DNA内部交联损伤，从而导致FA DNA修复途径的功能过载。在TP53突变的情况下，会导致较高的体细胞复制拷贝数变异率，进一步促进癌变。

为了检测FA途径缺陷与TP53肿瘤抑制因子缺失的结合是否可以重现FA鳞状细胞癌中所出现突变负担以及对于鳞状细胞癌发展的促进，作者们构建了FA鳞状细胞癌小鼠中同种异体移植模型。作者们分别使用Fanca+/+ Trp53-/-和Fanca-/-Trp53 -/-新生角质形成细胞，并通过过表达Ccnd1以及HRASG12V实现永生化和转化，然后进行周期性皮内移植。作者们发现，与Fanca+/+角质形成细胞相比，Fanca-/-角质形成细胞的肿瘤生长明显加快，体细胞变异的负担中位数也更高。这些都复刻了FA鳞状细胞癌的表型，可以作为对FA鳞状细胞癌研究的良好模型。

图1 工作模型

总的来说，作者们的工作证明了范可尼贫血DNA修复途径的缺失会增加体细胞复制拷贝数增加，且鼻咽癌的发生与内源性以及外源性醛类暴露有关，比如吸烟会增加基因组拷贝数不稳定性，从而导致FA DNA修复通路负担过重，促进肿瘤的进展。另外，作者们建立了能够模拟FA鳞状细胞癌的小鼠模型，为进一步理解鳞状细胞癌发病机理以及提高防治水平提供了新的模型。

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05253-4

制版人：十一

参考文献

1. Auerbach, A. D. & Wolman, S. R. Susceptibility of Fanconi’s anaemia fibroblasts to chromosome damage by carcinogens.Nature261, 494–496 (1976).

2. Garaycoechea, J. I. et al. Alcohol and endogenous aldehydes damage chromosomes and mutate stem cells.Nature553, 171–177 (2018).

3. Johnson, D. E. et al. Head and neck squamous cell carcinoma.Nat. Rev. Dis. Primers6, 92 (2020).