胚系遗传变异与体细胞突变在胃癌发生中的关联及机制研究

Germline variants determine the susceptibility to gastric cancer for a specified individual. On the other hand, somatic alterations confer a selective growth advantage for the cells and can lead to cancer even though the majority of somatic mutations are harmless. Over past few years, dozens of genetic variants that are associated with gastric cancer risk have been identified by genome wide association studies (GWAS). Simultaneously, a large number of gastric cancer-driven genes characterized by high-frequency mutation have also been found in tumor genome research. Our preliminary analysis showed that the germline susceptibility genes and somatic driver genes in gastric cancer have significant enrichment in the chromosomal regions and biological pathways. Hence, we hypothesize that germline variants interact with somatic mutation in the process of carcinogenesis of gastric mucosal epithelium. Using case-only design, we will integrate the genomic data of intestinal metaplasia, dysplasia and gastric cancer in Chinese population and systematically explore the interaction between genetic variation and somatic mutation. We will further explore the biological mechanisms of potential interacted functional variants and somatic mutations in gastric cancer at the molecular and cellular levels. The implementation of this study will not only facilitate to clarify the interaction molecular mechanism between genetic variation and somatic mutations in the multi-stage process of gastric cancer, but also help to improve the risk prediction and molecular classification of gastric cancer, which could promote the precise prevention and treatment of gastric cancer.

胚系遗传变异是胃癌易感性的基础，体细胞突变是驱动癌变的直接原因。近年来，全基因组关联研究鉴定了10余个胃癌遗传易感位点，而肿瘤基因组研究也发现了大量以高频体细胞突变为特征的胃癌驱动基因。本项目前期的分析显示，胃癌胚系遗传变异和体细胞突变在染色体区域和生物学通路均存在显著富集。本项目的科学假设是：胚系遗传变异和体细胞突变在胃粘膜上皮癌变的过程中存在交互作用，共同导致了胃癌的发生。因此，本项目拟首先采用单纯病例研究设计，在胃癌患者中分析胚系遗传变异与体细胞突变是否存在交互作用；进而在肠上皮化生、上皮内瘤变和胃癌三阶段样本中分析两者的交互作用机制；最后在分子和细胞水平研究两者在胃癌发生中交互作用的生物学机制。本项目的实施有助于揭示中国人群胚系遗传变异与体细胞突变在胃癌形成多阶段过程中相互作用的分子机理，补充和完善现有的细胞癌变理论体系，提高胃癌风险预测和分子分型的水平，促进胃癌的精准防治。

胚系遗传变异是胃癌易感性的基础，体细胞突变是驱动胃癌癌变的直接原因，但两者在胃癌发生进程中的具体生物学机制和交互作用仍未可知。本项目首先基于单纯病例研究设计，整合胃癌个体胚系遗传变异与体细胞突变数据，发现胚系遗传变异可通过影响驱动基因体细胞突变，从而影响驱动基因表达水平；整体胚系遗传效应与体细胞驱动基因突变负荷呈现负相关关系，表明胃癌胚系遗传风险较高的人群，在获得较少体细胞突变时即有可能发生胃癌。. 其次，针对胚系遗传变异，通过全基因组关联研究筛选确定了112个独立遗传变异，构建了胃癌多基因遗传风险评分PRS-112，并在10万余人的前瞻性队列中评价发现，PRS-112与胃癌发病风险存在剂量-反应关系，遗传高危人群的胃癌发病率是低遗传风险人群的3.29倍，在高危人群中进行生活方式干预，具有更好的胃癌预防效果。针对体细胞突变，通过胃癌多病变阶段样本的全外显子测序和单细胞测序，发现癌前病变肠化生样本存在独特的体细胞突变特征，其中MUC6基因突变主要发生在肠化生样本中，其中仅有小部分增殖活性较高的肠上皮细胞向肠型胃癌恶转，而弥漫型胃癌存在一类特异高表达FAP的肿瘤相关成纤维细胞，可通过招募血管内皮细胞促进血管生成，从而促进弥漫型胃癌进展。. 最后，针对候选胚系遗传变异和体细胞突变相关基因，通过生物信息学和功能学研究，发现染色体5p13.1区域功能性遗传变异通过增强转录因子NF-κB1结合能力，抑制启动子活性进而抑制了易感基因PRKAA1的表达，减弱PRKAA1的抑癌基因作用，导致胃癌风险的增加；染色体10q23.33区域的rs3781266 [C] -rs3740365 [T] 风险突变单倍型，影响转录因子POU2F1和PAX3的结合能力，增加所在区域增强子活性，上调促癌基因NOC3L的表达，增加胃癌的发生风险；此外，MUC6基因上存在两个位于丝氨酸富集区域的体细胞突变，可导致MUC6蛋白功能丧失，从而影响颈粘液细胞干性，导致胃上皮稳态失调并最终促进向肠化生的发展。. 本项目揭示了胚系遗传变异与体细胞突变在胃癌形成多阶段过程中相互作用的分子机理，为阐明细胞癌变机制提供了新的科学证据；建立了胃癌遗传风险评估指标，对提高胃癌风险预测和人群风险分层水平，促进胃癌高危人群预防和筛查具有重要的指导意义。