Cell：炎性肠病中体细胞突变图谱学术资讯

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炎性肠病（Inflammatory bowel disease，IBD）是一种让患者不断衰弱的疾病，其主要特征为反复出现的肠道炎症。IBD主要分为两种亚型，为克罗恩病（Crohn’s disease，CD）和溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）。CD和UC的炎性病变位置、连续性以及炎症性质各异。UC仅影响大肠，从结肠远端向近端连续扩散，而CD可以影响小肠和大肠，为不连续的炎性斑块。IBD患者发生胃肠道肿瘤的风险比普通人群高1.7倍。肿瘤发生风险与IBD持续时间、疾病程度有关。IBD患者的肿瘤往往发生在生命早期。

体细胞突变促进肿瘤发生已经得到深入的研究。而且目前已经发现正常的皮肤、食道和子宫内膜上皮细胞中含有携带驱动基因突变的克隆。但是肿瘤之外的疾病中体细胞突变还未得到广泛研究。其中慢性肝脏疾病的相关研究最多。与健康肝脏相比，肝硬化会增加细胞基因突变负荷（Nature | 首次系统性揭示非癌肝组织中的体细胞突变图谱）。而结肠上皮细胞由数百万个结肠隐窝组成，沿隐窝排列的上皮细胞由单个干细胞分裂分化而来。活跃的IBD疾病可以破坏此种结构。结肠上皮细胞这样的结构特点非常适合研究体细胞突变。

近日，来自英国剑桥Wellcome Trust Sanger 研究所Carl Alexander Anderson团队在Cell发表了题为Somatic Evolution in Non-neoplastic IBD Affected Colon的文章。该研究从46例处于活跃期和既往活跃的不同疾病程度的IBD患者中分离了446个结肠隐窝，并对其进行全基因组测序，通过与健康样品对比，分析结肠隐窝突变负荷、克隆结构、诱变剂暴露以及驱动基因突变谱。

此前该课题组已有研究报道发现中年人中约有1%的正常结直肠隐窝携带驱动基因突变（Nature | 正常结直肠上皮细胞体细胞突变图谱）。本研究的健康样本全基因组测序数据来自于这篇文章中的数据。

作者首先利用激光显微切割技术从28例UC患者和18例CD患者肠镜活检样品中分离出446个结肠隐窝。并将样本分为活跃期、静息期样本。对446个结肠隐窝进行全基因组测序。与健康样本对比发现，受IBD影响的区域中突变率增加了2.3倍。组内对比发现，IBD患者组内的突变负荷差异更大。分析没有发现UC和CD患者的突变负荷有明显差异。

接下来作者对比了IBD和非IBD隐窝中染色体结构变异情况。在两组样本中染色体结构变异负荷都较小。在IBD组样本中会出现携带大量拷贝数变异（copy number variants CNV）和反转录转座（retrotranspositions）。CNV和逆转座的负荷与IBD持续的时间相关。

IBD和非IBD隐窝中染色体结构变异情况
结肠隐窝可以发生隐窝裂变（crypt fission）而分裂。隐窝裂变在正常结肠中相对罕见，每个隐窝发生裂变的平均时长为27年。与非IBD样本相比，IBD隐窝样本中，可以发现与隐窝裂变相关的克隆扩增。炎症相关的结直肠癌通常富含癌前病变。癌前病变中TP53突变负荷较高，也会观察到非整倍型突变和KRAS突变。在IBD受影响的非异常增生的样本中，很少观察到TP53，KRAS或APC突变出现。作者指出，IBD发生的区域通常不会受到单个主要克隆的支配，而是由几个突变克隆拼凑而成，并且克隆长得比非IBD样本大。
以IBD为特征的这样一种活跃和缓解的炎症周期会创造有利于突变克隆扩增的黏膜微环境，会提高细胞分裂和隐窝裂变的速率，也会表现出对炎症产生的细胞毒性作用抵抗力增强。为了鉴定这种微环境对于突变的选择性，作者重点分析了IBD隐窝样本中热点突变的情况。
作者发现IBD隐窝与正常隐窝突变选择的模式不同。再评估了IBD隐窝中非同义突变与同义突变的比率后，发现ARID1A，FBXW7，PIGR和ZC3H12A四个基因在IBD结肠中处于阳性选择状态。其中ARID1A和FBXW7是公认的抑癌基因，在散发和炎症相关的肠道肿瘤中存在相似的突变频率。但是没有观察到AXIN2或STAG2显著的选择信号，而先前的研究发现二者处于阳性选择状态。但是在正常结肠隐窝中没有发现PIGR或ZC3H12A突变体存在阳性选择状态。在UC和CD之间没有发现这些基因存在突变复合差异，表明二者存在相似的选择压力。PIGR和ZC3H12A突变并没有在肿瘤中的相关报道，而是在免疫调节中有研究报道。这也说明了在IBD中阳性选择的不同模式。接下来作者在IL-17和TLR途径中观察到截短突变的富集，并且不受上述阳性选择基因驱动。这也表明随着样本量的增加，会在IBD样本中发现IL-17和TLR信号相关的其他阳性选择基因。

本研究模式图
该研究表明IBD罹患肿瘤的风险增加是由于体细胞具有更高的突变率，以及携带驱动突变的克隆扩增到隐窝范围之外的机会增加以及黏膜炎症阳性选择环境所致。体细胞中碱基替换以及插入缺失和染色体结构突变等概率等都有所提高。最近的研究对正常组织中体细胞进化有了更深入的了解。这篇文章让我们对于体细胞进化能否促进肿瘤之外的复杂疾病，即IBD有了初步的了解。肿瘤基因组的大规模分析已经开始揭示跨组织共通的肿瘤进化规律，相关工作扩展到慢性炎症等疾病去解析与疾病相关的选择模式也很重要。目前，如IBD、银屑病、哮喘以及其他影响上皮细胞的疾病很受关注。

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