【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(rùn)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(guò)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(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 皮膚過(guò)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(guò)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(lái)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(guò)程通常表明 光化性角化病(AK)和浸潤(rùn)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(jiàn)。之前只有三項(xiàng)研究使用全外顯子組測(cè)序（WES）來(lái)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(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中相似的突變譜，已知浸潤(rùn)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(shū)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(rùn)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?；诜秦?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(lái)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(lái)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(lái)自先前分析的 16 名這些患者的浸潤(rùn)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(rùn)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(lái)自 IS 患者的 光化性角化病(AK)突變明顯多于來(lái)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(lái)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(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 相比，AK 的非同義突變率沒(méi)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(jiàn)，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(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中的發(fā)現(xiàn)。與浸潤(rùn)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(méi)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(méi)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(jiàn)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(jiàn)的增益。賊常見(jiàn)的 光化性角化病(AK)CNA 與浸潤(rùn)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(méi)有一個(gè)已知與癌癥相關(guān)。IC 和 IS 子組的分析沒(méi)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(lái)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(guò)至少兩種方法確認(rèn)了總共 44 支 SMG并包括在浸潤(rùn)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(rùn)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(wú)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(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 癌癥數(shù)據(jù)庫(kù)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(méi)有已知的作用，但在癌癥數(shù)據(jù)庫(kù)中的體細(xì)胞突變目錄中發(fā)現(xiàn)在浸潤(rùn)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(wú)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(méi)有一個(gè)在 光化性角化病(AK)和浸潤(rùn)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(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中的顯著突變基因（SMG)之間沒(méi)有顯著差異，但 10 個(gè)中度和/或低分化的浸潤(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC)顯著突變基因（SMG)在浸潤(rùn)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(lái)，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(rùn)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(lái)確定任何基因的突變是否在 光化性角化病(AK)或浸潤(rùn)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(rùn)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）克隆（Wilcoxon 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(rùn)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?，一個(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(rùn)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(lái)自同一個(gè)體的浸潤(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) WES（主要來(lái)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(jiàn)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(méi)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 的現(xiàn)有基因表達(dá)譜，以通過(guò) 光化性角化病(AK)SMG 在疾病進(jìn)展中的表達(dá)模式來(lái)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(lái)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(guò)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?？刂?。
 

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(rùn)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(lái)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(rùn)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(guò)程在 光化性角化病(AK)和浸潤(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 中起作用，即使它們來(lái)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?rùn)性皮膚鱗狀細(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(yáng)光下在低水平和強(qiáng)陽(yáng)性選擇下發(fā)生突變-暴露的皮膚。然而，CDKN2A在正常皮膚中沒(méi)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(rùn)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(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 相比，AK 中的缺失頻率沒(méi)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(rùn)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(rùn)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(jiàn)。

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(méi)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(jiàn)。在光化性角化病基因解碼的浸潤(rùn)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(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) SMG，但預(yù)測(cè)只有三個(gè)浸潤(rùn)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(rùn)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(jiàn)。盡管如此，激活RAS突變似乎仍然在浸潤(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 腫瘤子集的浸潤(rùn)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(guò)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(rùn)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(rùn)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(jiàn)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(rùn)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(lái)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(guò)其在干細(xì)胞中的受體失活而失調(diào)是浸潤(rùn)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(rùn)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(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 的過(guò)渡過(guò)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(rùn)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(rùn)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(rùn)性皮膚鱗狀細(xì)胞癌 (cSCC) 和轉(zhuǎn)移過(guò)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(rùn)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(rùn)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(rùn)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(lái) 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)。