了解口腔癌的遗传基础

简介

咀嚼烟草是印度人，特别是印度男性的一个重要死因。这在一定程度上归因于他们对这种致癌物独特且不经意的有害使用方式。与许多国家/地区不同，印度人会一起咀嚼烟草和熟石灰（氢氧化钙）。这造成了毁灭性的双重打击：熟石灰的碱性破坏颊黏膜细胞的上皮层，使烟草中的致癌物能够进入内层，并在内层引起DNA突变。

这种危险的组合导致了一种特殊的口腔癌，即龈颊鳞状细胞癌（gingivobuccal oral squamous cell cancer, OSCC-GB），它会影响口腔内除舌头以外的区域。OSCC-GB在印度男性中造成了约23%的癌症相关死亡，几乎比西方国家高3倍。¹不幸的是，大部分患者检测到这种癌症时，该疾病已经发展到了晚期。

与世界其他地区相比，OSCC-GB在印度的患病率非常高，这是Partha Majumder博士和他的同事选择研究这一疾病的一个重要原因。2009年，Majumder博士在印度建立了国家生物医学基因组学研究所（NIBMG），他现在是该研究所的杰出教授。从那时起，他就一直致力于研究OSCC-GB的遗传基础。Majumder博士和他的团队利用Illumina平台鉴定出了可能影响该疾病进程的体细胞变异、生殖系变异和生物学通路的紊乱。Majumder博士希望在将来这些发现能够用于开发更好的OSCC-GB疗法。

iCommunity采访了Majumder博士，了解了他在NIBMG的工作、他在OSCC-GB中发现的新型生物标记以及新一代测序（NGS）如何帮助科学家探索癌症基因组学领域的重要问题。

Partha Majumder博士是NIBMG的创始人和杰出教授。

Q：NIBMG是怎样成立的，它的使命是什么？

Partha Majumder（PM）：2009年，印度政府决定建立几个重点研究机构，并咨询了专家的意见。我建议建立一个专注于加速基因组学研究来促进健康的机构。印度政府批准了这个建议，让我来建立这个研究所并担任创始所长。我们在2010年聘请了第一批教职员工。所长有任期限制，我的任期已经结束。我现在是NIBMG的杰出教授。

NIBMG的使命很简单。健康和疾病具有很强的遗传基础，我们的目标是了解遗传关联，促进健康，减少疾病。我们想要利用基因组学的力量来促进健康。

Q：为什么研究疾病的遗传学机制很重要？

PM：为了控制疾病，我们需要在它们首次出现时就进行治疗。如果不能消除疾病，我们希望至少可以在疾病早期阻止它们的发展。为此，我们需要先了解哪些生物学通路受到了干扰并导致了疾病。我们研究了这些通路涉及的基因突变。如果我们能了解这些遗传基础，特别是癌症的遗传基础，我们就有可能开发出作用于这些生物学通路的分子来治疗疾病。

"我们发现了与口腔癌淋巴结转移高度相关的遗传变异，包括mito-G2/M和NHEJ通路的突变、同源重组DNA修复基因的复发性缺失，以及TP53和CASP8的热点体细胞突变。"

Q：您对癌症基因组学研究的兴趣因何而起？

PM：我在德克萨斯大学健康科学中心做博士后时，MD安德森癌症中心就在我们大楼的街对面。那时，这所癌症中心的科学家们正试图解决一些非常有趣的问题，例如鉴定与癌症有关的基因。我开始研究癌症，一些更深层次的问题逐渐浮现在我的脑海中。这些问题与肿瘤组织的异质性有关，另外还涉及虽然癌症是遗传病，但它并不总是家族性疾病这一现象。很明显，癌症中存在体细胞突变和生殖系突变。

但当时的技术（例如桑格测序）无法研究肿瘤异质性和体细胞突变。我不得不暂时搁置这些问题。直到NGS出现后，这些问题才能得到解答。癌症基因组学也因此忽然成了一个非常有趣而且充满活力的领域。

Q：您为什么开始深入研究OSCC-GB？

PM：在国际癌症基因组联盟项目还处于设想阶段时，我们收到了加入该全球联盟的邀请。我们想要为该联盟贡献自己的力量，但癌症的种类非常多，我们不可能全部都研究。因此，我们决定研究在印度普遍存在的癌症。印度患病率高的癌症有两种，其中一种就是OSCC-GB，这是男性群体中最常见的口腔癌。另一种是宫颈癌，是女性群体中最常见的癌症。

印度政府无法对两种癌症类型的基因组学研究都提供资助，而且OSCC-GB的临床表现与西方国家常见的口腔癌明显不同，因此，我们决定研究OSCC-GB。在西方国家，口腔癌主要影响舌头。而在印度，口腔癌会影响除舌头以外的整个口腔。

Q：印度的OSCC-GB发病率比世界其他地区高多少？

PM：印度的OSCC-GB发病率比西方国家高2.5至3倍。该疾病的患病率在印度不同的地理区域也有很大的差异。这是因为印度人独特的烟草咀嚼习惯在印度不同地区的流行程度也不同。在某些地区，人们会一起咀嚼烟草和熟石灰。熟石灰是氢氧化钙，它是一种强碱（pH 12.5–12.8），能使细胞膜和其他蛋白变性。因此，它会破坏上皮层，为烟草中的尼古丁提供进入细胞的直接通道，也许这种方法能为使用者带来更强的尼古丁“刺激”或满足感。不幸的是，氢氧化钙也会损伤DNA。它与烟草中的致癌物一起，让DNA突变迅速累积，增加了诱发癌症的可能性。

通常检测到OSCC-GB时，该疾病已经发展到了晚期。最初，有人会看到白色斑点，这表明口腔内有小的擦伤。但人们通常会继续咀嚼烟草，使得擦伤加剧。它会变成口腔内的溃疡并开始扩张。烟草是如此令人上瘾，它让人们不在乎口腔内的大溃疡带来的疼痛。直到疼痛发展到令人无法忍受的地步，他们才会被迫就医。而通常到了这个时候，他们口中的溃疡已经发展成了恶性溃疡。

"NovaSeq 6000系统的速度很快，能支持大量样本的高通量测序研究。我们对Illumina NGS系统非常满意。"

Q：OSCC-GB如何治疗？

PM：手术是治疗口腔癌的唯一方法。在一轮化疗减小肿瘤体积后，进行手术切除肿瘤。之后通常会再进行放疗或化疗。

Q：是什么促使您寻找与OSCC-GB淋巴结转移相关的变异？

PM：我们对OSCC-GB中的淋巴结转移感兴趣是因为在相同阶段、相同程度、相同类型的癌症患者中，只有一部分患者会发生淋巴结转移。我们认为这个现象背后可能具有遗传基础。因此，我们开始检测是否存在促进转移的体细胞突变。我们发现了与口腔癌淋巴结转移高度相关的遗传变异，包括mito-G2/M和NHEJ通路的突变、同源重组DNA修复基因的复发性缺失，以及TP53和CASP8的热点体细胞突变。²

Q：您有发现其他促进OSCC-GB淋巴结转移的生物学通路的变化和紊乱吗？

PM：我们认为，我们需要在这些研究中了解影响通路工作的遗传机制。我们定位了生殖系和体细胞的基因变异，然后再将这些基因定位到生物学通路中。通过这种方法，我们鉴定了多个生殖系变异，包括BRCA2和FAT1基因中罕见的非沉默生殖系突变和染色体不稳定性。¹

Q：肿瘤学家对这些数据有何反响？

PM：我们发现了多个导致口腔癌的基因变异，而我们团队中就有好几位肿瘤学家，他们对此感到非常兴奋。我们发现的导致OSCC-GB和淋巴结转移的生物学通路非常重要。这为口腔癌的治疗打开了新的思路。希望我们将来能鉴定出影响这些通路并阻止OSCC-GB转移的分子。

"……我们正在使用Infinium MethylationEPIC芯片来研究启动子的甲基化改变并与RNA-Seq数据结果进行比较。"

Q：为什么选择Illumina NGS系统来进行测序？

PM：我们的第一个NGS系统是Roche 454系统。当我们需要更长的测序读长时，我们开始使用HiSeq 2000，并且发现该系统的测序成本更低。在那之后，每一代的NGS系统我们都有购买，从HiSeq 2000系统到HiSeq 2500系统，再到现在的NovaSeq 6000系统。它们是进行全基因组或全外显子组研究，并确定单个细胞或细胞群中的细胞异质性或突变异质性是否会导致疾病的理想选择。我们也会使用它们来开展RNA-Seq。

Illumina NGS系统一直在不断地改进，而且所有系统都非常简便易用。NovaSeq 6000系统的速度很快，能支持大量样本的高通量测序研究。我们对Illumina NGS系统非常满意。

Q：其他正在进行的OSCC-GB研究有哪些？

PM：未来工作的重点是整合研究，我们已经着手进行了。我们正在寻找表观基因组的改变以及它们与OSCC-GB的突变数据和RNA-Seq数据的关系。我们的目标是鉴定可以归因于这些变化的通路和紊乱，并在未来更好地分析其主要的影响因素。

具体而言，我们正在使用Infinium MethylationEPIC芯片来研究启动子的甲基化改变并与RNA-Seq数据结果进行比较。我们已经获得了大量的RNA-Seq和EPIC芯片数据。

有了候选基因或候选基因组区域后，我们将进行更多的靶向定位，最终进入诊断模式，并开始使用基因panel或靶向测序。

深入了解本文提及的系统和产品：

NovaSeq 6000系统

Infinium MethylationEPIC芯片