Clinical and molecular characteristics of estrogen receptor-positive ultralow risk breast cancer tumors identified by the 70-gene signature
由70基因特征鉴定的雌激素受体阳性超低风险乳腺癌肿瘤的临床和分子特征
发表期刊：Int J Cancer
发表日期： 2022 Feb 18
doi:10.1002/ijc.33969
期刊相关信息
一、背景
雌激素受体（ER）阳性的乳腺癌患者具有稳定的长期致命疾病风险，远处转移复发可发生在初诊后的几个月到几十年之间。X光检查能够发现早期乳腺癌，并降低了疾病的死亡率，但也会引入可能从未引起临床注意的肿瘤的过度诊断。将分子风险预测工具添加到标准的临床乳腺癌标志物中，可能会改善风险评估，并减少转移性疾病低风险患者的过度治疗。
70-基因特征（MammaPrint）最初是为了识别初诊后5年内早期复发风险高或低的乳腺癌患者，以确定哪些患者需要辅助治疗。该特征是在55岁以下的淋巴结阴性患者中开发的，但在淋巴结阳性和年龄较大的患者中，以及在初诊后25年内，该特征也具有预后作用。该特征中包括的基因以及在高危患者肿瘤样本中上调的基因已被证明与细胞周期、侵袭和转移以及血管生成有关。临床试验已经证实，其他临床风险高但根据 70-基因特征归类为低风险的 ER 阳性患者可能不能从辅助化疗中受益，这种分子风险预测工具在几个乳腺癌治疗指南中实施。因为乳腺癌的长期风险在很大程度上尚未得到探索，因此，重要的是要了解超低风险乳腺癌肿瘤的潜在特征。
二、材料与方法
1.数据来源
图1 斯德哥尔摩他莫昔芬随机试验（STO-3）的受试者流程图
2.实验流程
1）免疫组化（IHC）、微阵列基因表达谱分析
2）70-基因特征风险分类：70-基因特征（MammaPrint）被用来将原发肿瘤分为 "高风险"、"低风险 "或 "超低风险"
3）分子亚型划分：根据PAM50分类法，将肿瘤归入五个分子亚型之一：腔内A型、腔内B型、富含HER2型、基底型或正常型
4）多基因模块表达分数：分析了19个多基因模块的表达分数，这些模块是生物过程或途径激活的代理标志，与临床结果相关
5）差异表达的基因：在单基因水平上，对超低风险肿瘤与所有其他低风险或高风险的ER阳性肿瘤相比差异表达的基因进行了探索性分析
6）基因组富集分析：利用27个Hallmark基因集，进行基因集富集分析（GSEA），以确定与其他低风险或高风险的ER阳性肿瘤相比，哪些基因集在超低风险肿瘤中差异表达的基因明显富集
7）超低风险肿瘤中差异表达基因的注释：通过使用MsigDB Hallmark基因集（v6.2），以及来自基因本体论（GO）生物过程的基因集（C5集合v6.2）对差异表达基因进行分类；Hallmark集合包含50个基因集，将其分为27个较大的基因集；编码组蛋白或同源框的基因通过它们的基因名来识别
8）统计学分析：鉴于所有的超低风险肿瘤都是ER阳性，本研究只包括ER阳性的患者
三、实验结果
01 - 样本特征
在STO-3试验中，共有652名患者的70-基因特征风险分类可供分析。70-基因特征将15%（n = 98）的肿瘤列为超低风险。鉴于所有超低风险的肿瘤都是由免疫组化确定的ER阳性，所以分析只集中在538名ER阳性的乳腺癌肿瘤患者身上。表1列出了超低风险肿瘤、所有其他ER阳性肿瘤（低风险或高风险）以及ER阳性的腔镜A和B分子亚型肿瘤（低风险或高风险）的患者和肿瘤特征。值得注意的是，大多数（87/98，89%）的超低风险肿瘤是腔道A分子亚型。另一方面，只有26%（87/336）的腔道A分子亚型肿瘤被归类为超低风险。此外，4个超低风险肿瘤属于腔镜B亚型，7个正常型，没有HER2富集型或基底型分子亚型。
表 1 STO-3试验中ER阳性患者的主要患者和肿瘤特征
与其他组相比，超低风险肿瘤明显地更倾向于肿瘤大小较小（pT ≤ 20 mm），除了在腔镜A肿瘤和较低肿瘤等级的比较中。此外，超低风险肿瘤与其他ER阳性肿瘤的免疫组化标志物不同，其PR阳性、HER2阴性和Ki-67低的可能性明显更高。但是所有的超低风险肿瘤都是1-2级和HER2阴性的，而且HER2状态并不能使超低风险肿瘤与腔道A或B分子亚型肿瘤有明显的区别。
02 - 超低风险乳腺癌肿瘤的多基因模块表达分数
为了进一步了解超低风险肿瘤的分子特征，作者将超低风险肿瘤中19个多基因模块（与不同生物途径/过程和临床结果相关的代理标志）的表达分数与所有其他ER阳性肿瘤（低风险或高风险）以及ER阳性的腔镜A和B分子亚型肿瘤（低风险或高风险）进行比较。八个多基因模块在超低风险肿瘤中显示出明显不同的表达分数（图2）。在超低风险肿瘤中，增殖标志物AURKA、AKT/mTOR途径、HER2/ERBB2信号、IGF1途径、PTEN缺失和免疫反应模块IMMUNE1和IMMUNE2的表达分数较低，而PIK3CA突变相关模块的表达分数较高（图2）。此外，与所有其他非腔道分子亚型的ER阳性肿瘤相比，超低风险肿瘤显示ESR1模块的表达分数明显较高。此外，与所有其他ER阳性肿瘤和腔道B分子亚型肿瘤相比，超低风险肿瘤的通路相关基因模块MYC和E2F3的表达分值较低。区分超低风险肿瘤和腔道B分子亚型肿瘤的其他多基因模块包括与细胞凋亡相关的CASP3的较低表达分值，以及分别与它的通路、肿瘤侵袭/转移和基质环境相关的MAPK、STROMA1和STROMA2的较高表达分值。
图2 超低风险乳腺癌肿瘤的多基因模块表达分数
03 - 超低风险乳腺癌肿瘤中差异表达的基因
为了进一步了解超低风险肿瘤的分子特征，作者在单基因水平上进行了分析，以确定与所有其他低风险或高风险的ER阳性肿瘤相比，超低风险肿瘤中差异表达的基因。总的来说，与所有其他低风险或高风险的ER阳性肿瘤相比，706个基因在超低风险肿瘤中的表达有明显差异。其中，454个基因在超低风险肿瘤中的表达水平较低，252个基因的表达水平较高。
为了进一步了解与超低风险定义相关的生物学功能，706个差异表达的基因被归类为不同的癌症相关的Hallmark基因集。图3显示了按Hallmark基因类别排序的差异表达基因子集的热图，以及按临床和分子特征排序的患者。热图中的基因表达模式在超低风险和高风险肿瘤之间明显不同，而被归类为低风险的肿瘤则表现出更加异质的基因表达模式（图3）。与之前多基因模块的结果一致，超低风险肿瘤显示出与PI3K/Akt/mTOR途径和免疫反应相关的基因表达水平较低（图3）。此外，超低风险肿瘤通常表达较低水平的编码组蛋白、MYC信号、活性氧、细胞周期、DNA修复和细胞凋亡的基因（图3）。编码同源框蛋白、上皮结构、KRAS信号和上皮向间质转化（EMT）的基因在超低风险肿瘤中的表达水平更高。参与不同代谢过程、蛋白质分泌、雌激素反应或P53途径的基因在超低风险肿瘤中的表达水平有高有低。
图3 超低风险乳腺癌肿瘤的差异表达基因
进一步的基因组富集分析（GSEA）显示基因组的富集程度与之前的分析一致。基因组MYC信号、细胞周期、DNA修复、未折叠蛋白反应、PI3K/Akt/mTOR途径、免疫反应和细胞凋亡在超低风险肿瘤中下调，而EMT上调。此外，GSEA还显示代谢过程和P53途径的基因组在超低风险肿瘤中下调，而成肌作用和雌激素反应上调。
四、结论
研究表明，一种超低风险表型的特征在于临床使用的乳腺癌标志物（肿瘤大小，肿瘤分级，PR状态，HER2状态和Ki-67状态）和分子特征。与其他ER阳性肿瘤相比，超低风险肿瘤与致命性乳腺癌的长期风险最小相关，具有独特的临床，生物学和分子特征，包括通常被认为是低风险疾病的腔内A分子亚型肿瘤。更好地了解转移性疾病长期风险非常低的乳腺癌肿瘤的特征对于提高我们对致命性与非致命性疾病的预测非常重要。
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