Nat Commun：揭示HBV在肝细胞中的异常整合导致肝细胞癌机制

2021年11月30日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自英国弗朗西斯-克里克研究所和西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉大学的研究人员确定了乙型肝炎病毒（HBV）如何支持肝癌的生存和生长。相关研究结果于2021年11月25日发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“Aberrant integration of Hepatitis B virus DNA promotes major restructuring of human hepatocellular carcinoma genome architecture”。

世界上大约有2.4亿人感染了HBV。这种病毒已知会影响肝脏中的染色体，并可能导致肝细胞癌（HCC），即最常见的肝癌类型。这个过程涉及HBV的DNA被整合到肝细胞的染色体中。

在这项新的研究中，这些作者利用DNA测序方法的最新进展研究了296例肝细胞肿瘤，它们是泛癌全基因组分析（Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes）数据库的一部分。他们发现在51例肿瘤样本中，来自HBV的DNA已被整合到癌细胞的DNA中，而且这种整合事件总共发生148次。在23例肿瘤样本中，HBV DNA的整合对被它感染的肝细胞的DNA造成了大规模的改变，因此可能在癌症产生中发挥了很大的作用。

具体而言，这些作者利用多平台测序技术在HBV引起的人类肝细胞癌中识别并描述了一种显著的突变机制，通过这种机制，HBV DNA分子被插入到肿瘤基因组中，导致它的构造发生巨大变化，包括非同源染色体融合、双着丝粒染色体和兆碱基大小的端粒缺失。这种异常突变机制至少存在于8%的所有HCC肿瘤中，可以提供癌症克隆生存和生长所需的驱动重排，包括相关肿瘤抑制基因（比如TP53、ARID1A、RB1、RPS6KA3和IRF2）的丢失。这些事件大多在肝癌演变过程的早期发生。

为了了解HBV DNA插入点的特性，这些作者分析了148个整合事件（包括42个经典事件和106个非经典事件）的全基因组分布。他们发现HBV整合率有相当大的变化。相比于其他区域，在5p染色体的一个区域，有13个HBV插入，在TERT基因中有一个插入热点（TERT有11个HBV插入，其中9个位于该基因上游靠近启动子的区域）。这个癌基因以前已被确定为HBV插入的主要靶标，这是导致TERT病灶性扩增（focal amplification）和TERT启动子激活的原因。值得注意的是，他们发现TERT中72%（8/11）的事件代表了HBV的非经典插入。其他在基因边界内反复插入的癌症相关基因是KMT2B（n = 4，三个在编码外显子中）和CCNE1（n = 2，都是内含子），这两个基因都在19q染色体上。

为了进一步描述HBV在人类HCC中的整合模式，这些作者研究了HBV插入事件与基因组特征---包括染色质状态、复制时间和基因表达---之间的关联性。该分析显示，HBV插入事件在基因中明显富集（P=0.035），在基因间区域则有减少（P=0.035）。值得注意的是，所有HBV事件的61%（91/148）位于基因边界内。当将HBV插入事件分为与兆碱基大小的端粒缺失相关的HBV插入（n = 40）和没有端粒缺失的HBV插入（n = 108）时，他们观察到，虽然没有端粒缺失的HBV插入表现出典型HBV插入的预期模式，其特点是在较早复制的区域中富集，但导致端粒缺失的HBV插入在这些区域很少发生（分别为P = 0.013和P = 0.037）。这可能服从于不同的DNA修复机制驱动HBV DNA在S期的不同阶段的整合。这些数据强调了肝癌基因组中HBV整合模式的重要性。

HBV在HCC基因组中插入的分布及其与基因组结构特征的关联，图片来自Nature Communications, 2021, doi:10.1038/s41467-021-26805-8。

利用先进的计算机算法，这些作者估计了HBV遗传物质插入肝细胞中的时间。在某些情况下，这比癌症确诊早了几年，而在一例病例中，这比癌症确诊早了21年。

论文第一作者、圣地亚哥德孔波斯特拉大学博士生Eva álvarez说，“肝细胞癌每年造成70万人死亡。虽然不是所有的病例都与HBV有关，而且不是每个感染这种病毒的人都会患上癌症，但是揭示这种关系的更多信息有可能有助于找到新的治疗方法或监测感染这种病毒的人的方法，以确定那些有较高风险的人。”

论文共同作者、弗朗西斯-克里克研究所的Peter Van Loo说，“HBV是目前仅有的几种与癌症有关的病毒之一。如今已经很清楚这种病毒如何能够造成大规模的基因组损伤，从而对肿瘤产生产生很大的影响。这一领域的研究可以为癌症的形成和进化提供宝贵的新见解。”

这些作者将继续研究HBV和癌症之间的关系，包括研究感染了这种病毒的非癌症组织。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Eva G. álvarez et al. Aberrant integration of Hepatitis B virus DNA promotes major restructuring of human hepatocellular carcinoma genome architecture. Nature Communications, 2021, doi:10.1038/s41467-021-26805-8.