近日，美国圣裘德儿童研究医院领导的研究团队在Nature Communications上发表了题为“Etiology of oncogenic fusions in 5,190 childhood cancers and its clinical and therapeutic implication”的文章。研究团队综合检测了272个致癌融合基因对，确定了影响致癌融合形成的多种因素，包括翻译框、蛋白质结构域、剪接和基因长度，并发现了具有类似启动子劫持（promoter-hijacking）特征的4种致癌融合基因，有可能成为治疗靶向的替代策略。此外，研究团队还在致癌融合中观察到广泛的可变剪接，发现新剪接位点可提供治疗脆弱性。

致癌融合通常涉及两个基因组位点（基因），分别表示为N'基因（N末端）和C'基因（C末端）。研究团队列举了理论上可能的5种基因融合类型：新翻译（neo-translational）、内含子调控（intronic versioning）、新剪接（neo-splicing）、嵌合外显子（chimeric exon）以及启动子/增强子劫持（promoter/enhancer hijacking）。

研究团队专注于上述前4种类型，对来自5,190名儿童癌症患者的肿瘤转录组测序（RNAseq）数据进行分析，并开发了一个工作流程，从大量预测中确定致癌融合事件（图1）。此外，为将检测到的致癌融合分为上述4种类型，研究团队还开发了工具Neo-Versioner和Neo-Slicer；对于不能自动分析类型，通过手动审查进行分类。

图1. 致癌融合模型和研究设计。来源：Nature Communications

研究团队共检测到2,012例癌基因融合事件（涉及272个基因对），其中分别包括55.7%白血病、22.5%脑肿瘤和18.8%实体瘤患者（图2）。在这些致癌融合事件中，包括34个新剪接、33个新翻译和11个嵌合外显子事件。白血病患者复发性致癌融合最多，其次是脑肿瘤和实体瘤患者。

致癌融合由DNA重排（断点）导致，因此，研究团队分析了RNAseq数据预测的DNA断点分布，并重点研究了6个致癌融合基因对（RUNX1-RUNX1T1、CBFB-MYH11、EWSR1-FLI1、ETV6-RUNX1、NUP98-NSD1和TCF3-PBX1）。结果显示，TCF3-PBX1中DNA断点倾向于聚集在TCF16的内含子3和PBX2的内含子1的后半部分；RUNX1-RUNX1T1中DNA断点聚集在启动子区域；相比之下，EWSR1-FLI1、CBFB-MYH11、 ETV6-RUNX1和NUP98-NSD1中的DNA断点几乎均匀分布。此外，基因长度与患者患病率之间的相关性总体并不显著，表明额外的分子因素（如蛋白结构域、剪接及翻译框）可能在致癌融合的形成或选择中发挥主要作用。

受启动子/增强子劫持形成融合的启发，研究团队通过表达优势评分（EDS）检测了融合部分C'基因和N'基因的相对表达比来研究复发性融合的表达特征（图3）。结果显示，致癌融合基因对RUNX1-RUNX1T1、TCF3-PBX1、CBFA2T3-GLIS2和KMT2A-AFDN具有类似启动子劫持（promoter-hijacking）特征，能够产生嵌合蛋白。C'基因（RUNX1T1、PBX1、MYH11等）在“启动子劫持”融合的相应正常细胞系中被沉默或低表达，表明其可作为良好的药物靶点。

图3. 致癌融合蛋白的表达。来源：Nature Communications

可变剪接（alternative splicing）是细胞正常生理条件下的一种普遍现象，研究团队探究了其能否在致癌融合中发挥作用（图4）。结果显示，可变剪接参与了22%的致癌融合事件，但这种调节并非肿瘤特有，可能是宿主基因的固有特性。研究团队认为，从功能上研究受可变剪接影响的外显子（例如KMT2a外显子10）是否与宿主癌细胞相互作用是不必要的。

图4. 致癌融合中的替代剪接。来源：Nature Communications

研究团队在34名患者中检测到含有新剪接的致癌融合，其中，有3例TCF3-HLF融合患者肿瘤涉及TCF3中第16外显子和HLF中第4外显子之间的新剪接，但经仔细检查发现，其具有不相容的翻译框。因此，研究团队推测宿主癌细胞会产生新剪接位点和相应的外显子来解决翻译问题。接下来，通过基于CRISPR的基因组编辑，研究团队对上述假设进行了分析、验证。

TCF3-HLF阳性细胞系HAL-01具有新剪接，提供了一个体外模型来验证新剪接位点的功能，研究团队基于此进行了研究（图5）。结果显示，致癌融合中的新剪接事件对宿主癌细胞至关重要，并提供了治疗脆弱性；基于CRISPR-Cas9的基因组编辑对新剪接事件的治疗潜力。

图5. 致癌融合中的新剪接事件和基于基因组编辑的治疗靶向。来源：Nature Communications

综上所述，该研究揭示了影响致癌融合形成的多种因素，包括基因长度、剪接、翻译框和蛋白质结构域，并发现了在正常组织中未观察到的新剪接位点的致癌融合。通过相关细胞系中的体外CRISPR-Cas9编辑，证明了这些剪接位点为基因组编辑提供了治疗的潜在可能性。总之，该研究揭示了儿童癌症中癌源性融合的一般原理，具有深刻的临床意义，包括基于病因的风险分层和基于基因组编辑的治疗方法。

参考文献：

Liu, Y., Klein, J., Bajpai, R., Dong, L., Tran, Q., Kolekar, P., ... & Ma, X. (2023). Etiology of oncogenic fusions in 5,190 childhood cancers and its clinical and therapeutic implication.Nature Communications, 14(1), 1739.