Nature Genetics | 揭秘乳腺癌耐药性“幕后黑手”：APOBEC3如何推动肿瘤逃生？

生物探索 · 公众号 · 生物 · 2025-05-23 16:35

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对这3880份样本进行SigMA分析后，研究人员发现，与APOBEC3相关的突变特征是乳腺癌中最普遍的主导突变过程（dominant mutational process）。更重要的是，这种APOBEC3主导特征在转移性乳腺癌样本中比在原发性肿瘤样本中更常见。例如，在激素受体阳性（HR+）/HER2阴性（HR+/HER2-）乳腺癌中，APOBEC3主导特征在原发性样本中占15.7%，而在转移性样本中则高达28.7%。这意味着，肿瘤在转移和进展过程中，APOBEC3的活动可能更加活跃。

研究人员进一步分析了基因组不稳定性（genomic instability）的指标，比如肿瘤突变负荷（tumor mutational burden, TMB）和基因组改变分数（fraction of genome altered, FGA）。他们发现在APOBEC3主导的HR+转移性乳腺癌中，FGA显著高于同类型的原发性肿瘤。而在APOBEC3主导的HR+和三阴性乳腺癌（TNBC）中，TMB中位数显著更高。尤其是在TMB高（每兆碱基突变数≥10）的HR+/HER2-和HR-/HER2+（即HER2阳性）肿瘤中，APOBEC3主导特征在大多数样本中都是最突出的突变过程。这强烈暗示APOBEC3突变活动与肿瘤更高的基因组不稳定性和突变负荷有关。

有趣的是，研究还发现APOBEC3突变特征在浸润性小叶乳腺癌（invasive lobular breast cancers, ILC）中比浸润性导管癌（invasive ductal carcinoma, IDC）更常见，无论样本是原发性还是转移性。例如，在所有样本中，约33.1%的ILC表现出APOBEC3主导突变特征，而IDC中这一比例约为20.6%。这表明APOBEC3的活动可能在不同乳腺癌组织亚型中存在差异。

这些初步的基因组“指纹”证据让APOBEC3成为了驱动乳腺癌进展和耐药性的一个主要“嫌疑犯”。

分子层面的“疑犯画像”：APOBEC3酶如何执行“破坏”任务

既然突变特征指向了APOBEC3，那么是APOBEC3家族中的哪个成员在起作用？APOBEC3家族有11个成员，但先前的研究表明，APOBEC3A（A3A）和APOBEC3B（A3B）是导致大多数APOBEC3相关突变的主要驱动者。

为了证实这一点，研究人员检测了APOBEC3酶在乳腺癌组织中的表达。他们对130份肿瘤样本进行了免疫组织化学（immunohistochemistry, IHC）染色，使用了针对A3A的特异性抗体和可检测A3A/A3B/A3G的抗体。结果显示，在20份具有APOBEC3主导突变特征的样本中，有17份样本使用A3A/B/G抗体检测到弱到强的蛋白表达，8份样本使用A3A特异性抗体检测到蛋白表达。虽然检测到的蛋白表达水平与突变特征暴露程度相关性并不算特别强（可能是因为酶的表达具有周期性或短暂性，而突变特征是累积效应），但这确实提供了APOBEC3酶在这些肿瘤中存在的直接证据。

为了更直接地验证A3A或A3B是否能在乳腺癌细胞中诱导APOBEC3突变并导致耐药性，研究人员设计了精巧的细胞实验。他们在缺乏内源性APOBEC3活性的ER阳性乳腺癌细胞（T47D细胞）中，过表达了野生型（wild-type, WT）A3A、A3B或它们催化活性失活的突变体。催化活性是APOBEC3酶执行DNA脱氨基（deamination）功能、制造突变的关键。

细胞实验首先确认，过表达野生型A3A和A3B的细胞确实获得了DNA脱氨基活性，而过表达突变体的细胞则没有。这就像给细胞安装了具有潜在破坏力的“工具”。

实验室里的“通缉演习”：亲眼目睹耐药性的发生

接下来，研究人员进行了关键的耐药性实验。他们将过表达野生型A3A、A3B或其突变体的T47D细胞暴露于常用的内分泌治疗药物氟维司群（fulvestrant），这是一种选择性雌激素受体降解剂（selective estrogen receptor degrader, SERD）。他们惊人地发现，过表达野生型A3A的细胞比过表达突变体的细胞显著更快地获得了对氟维司群的耐药性。在另一个实验中，使用突变能力稍弱的A3B，研究人员观察到三组过表达野生型A3B的细胞中有两组获得了耐药性，而过表达突变体的三组细胞在84天的连续药物暴露后都没有发展出耐药性。这就像是让“黑手”直接进入细胞，发现它们能加速肿瘤对抗生素药物的抵抗。

不仅是内分泌治疗，APOBEC3的“破坏”活动还影响了靶向治疗。研究人员测试了A3A过表达细胞对CDK4/6抑制剂（CDK4/6i）阿贝西利（abemaciclib）的反应。他们发现，过表达野生型A3A的细胞在阿贝西利治疗下获得了选择性生长优势。这意味着，在药物压力下，具有APOBEC3活性的细胞能更好地生存和增殖。

为了进一步确认是内源性（endogenous）APOBEC3酶在起作用，研究人员使用了另一种HER2阳性乳腺癌细胞系BT-474，这种细胞本身就具有活跃的内源性APOBEC3活性，主要由A3A驱动。他们将野生型BT-474细胞与敲除了A3A基因（A3A KO）的BT-474细胞进行对比，发现野生型细胞比A3A敲除细胞显著更快地获得了对HER2酪氨酸激酶抑制剂（tyrosine kinase inhibitor）拉帕替尼（lapatinib）的耐药性。野生型细胞还对其他抗HER2疗法表现出获得性耐药，包括另一种酪氨酸激酶抑制剂奈拉替尼（neratinib）、下游AKT激酶抑制剂MK2206以及抗体偶联药物T-DXd。

这些有力的细胞实验证据表明，APOBEC3酶，特别是A3A和A3B，不仅能在实验室条件下制造突变，更能在药物治疗的压力下，显著加速乳腺癌细胞获得对多种重要抗癌药物的耐药性。它们就是驱动肿瘤进化的“分子引擎”。

耐药性的“基因路径图”：APOBEC3偏爱攻击哪些要害基因？

APOBEC3酶是通过制造突变来驱动耐药性的，那么它们是随机攻击基因组，还是有偏爱的“攻击目标”？研究人员回到临床队列数据，深入分析了APOBEC3主导的肿瘤样本中哪些基因发生了改变，特别是那些APOBEC3偏爱的突变类型（即APOBEC3-context mutations）。

他们发现，在APOBEC3主导的转移性或治疗后HR+/HER2-肿瘤中，一些已知与耐药性相关的基因（如PIK3CA, CDH1, KMT2C等）的致病性突变显著富集。例如，PIK3CA基因中一些热点突变（hotspot mutations），如E545K和E542K，它们都是APOBEC3-context mutations，在APOBEC3主导的HR+/HER2-治疗后样本中普遍存在（E545K突变的P值低至2 x 10⁻¹⁰）。PIK3CA基因的改变会导致PI3K/AKT信号通路（PI3K/AKT pathway）异常激活，这是乳腺癌中非常常见的耐药机制。

另一个重要的发现是关于RB1基因。RB1是一个肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene），其失活是CDK4/6抑制剂耐药性的主要机制之一。研究人员发现在APOBEC3主导的肿瘤中，RB1基因的APOBEC3-context mutations（如Q217截短突变）显著富集。在一个APOBEC3主导的临床样本中，就观察到了RB1 Q217突变，这个突变在APOBEC3主导病例中尤其普遍。在细胞实验中，野生型A3A过表达导致T47D细胞获得了对阿贝西利的耐药性，而在这些耐药细胞中，研究人员发现RB1发生了功能丧失性突变（loss-of-function mutations），导致RB1蛋白完全缺失。这直接证实了APOBEC3活动可以诱导RB1突变，进而导致对CDK4/6抑制剂的耐药。在他们的APOBEC3阳性细胞系女儿克隆中，他们观察到在APOBEC3阳性的6个细胞系中，有3个细胞系在第13号染色体（RB1基因所在的位置）上出现了杂合性缺失（loss of heterozygosity, LOH），而10个阴性细胞系中均未出现（P=0.035）。这表明APOBEC3活动可能通过诱导LOH等方式促进RB1失活。