病毒杀手，也是促癌先锋!科学家发现抗逆转录病毒酶给肿瘤加速的机制

来源：奇点糕 2023-02-07 17:12

人体中有一类胞嘧啶脱氨酶家族名叫APOBEC3（载脂蛋白B mRNA编辑酶催化亚基3）。目前这个家族中有七个成员。它们在抗病毒的天然中起重要作用，如在人体感染HIV-1等逆转录病毒时可以使病毒单链DNA的碱基脱氨基产生突变，从而抑制逆转录病毒复制[1]。

然而，这类酶也可以在宿主的基因组中发挥脱氨基作用，使TCW（W= A或T）基序中的C转换T或者G，即发生APOBEC3诱导的突变。随着测序技术的发展，科学家们发现APOBEC3引发的突变在人类癌症中广泛存在，并且多与癌症的恶性进展有关[2]。

但迄今为止APOBEC3诱发的突变与癌症相关性的研究证据多基于对测序结果的分析，缺少直接的因果实验来说明APOBEC3家族成员们在癌症中的具体作用。因此，更直接的实验证据对了解单个APOBEC3蛋白在体内如何诱发突变并促进癌症恶化十分重要，并有可能成为癌症治疗的潜在靶点。

近日，来自美国威尔康奈尔医学院的Bishoy M. Faltas教授团队在癌症领域的著名期刊Cancer Research发表最新研究[3]，他们利用转基因小鼠模型，开创性地发现人APOBEC3G可显著增加肿瘤细胞突变的数量，促进了膀胱肿瘤的异质性并加速了小鼠死亡。

文章题图

与人类相比，小鼠只有一个Apobec3（mA3）基因。因此，敲除小鼠Apobec3后可为研究人的单个APOBEC3蛋白功能提供了一个很好的模型。在本研究中，Faltas团队在敲除了Apobec3基因的小鼠体内转入人APOBEC3G（hA3G）基因，从而构建出能稳定表达人APOBEC3G的转基因小鼠模型（hA3G+mA3-/-）。

hA3G+mA3-/-小鼠的膀胱、肺和脾脏组织中均有APOBEC3G基因表达，SDS-PAGE蛋白质印迹实验也证实了APOBEC3G蛋白在膀胱组织中的表达。

hA3G+mA3-/-小鼠及其对照mA3-/-小鼠模型的构建

考虑到单独的APOBEC3诱导突变并不足以引发肿瘤，Faltas团队使用化学致癌物BBN诱发肿瘤。在同样接受BBN处理后，与同窝对照mA3-/-小鼠（膀胱癌发生率52.6%）相比，hA3G+mA3-/-小鼠表现出更高的膀胱癌发生率（76%）和显著降低的存活率（P=0.007）。

BBN处理hA3G+mA3-/-小鼠及其对照mA3-/-小鼠膀胱癌的发生率（左）和生存期（右）

Faltas团队通过全基因组测序进一步研究了APOBEC3G对肿瘤细胞突变的影响，他们发现与mA3-/-小鼠来源的肿瘤相比，hA3G+mA3-/-小鼠来源的肿瘤具有显著增高的突变负荷（P=0.04），基因组中包含了更多的APOBEC相关突变，并存在更长的基因片段缺失。

同时，western blotting、荧光标记等多种方法也证实了APOBEC3G的核定位。由于核定位是诱导突变的先决条件，因此APOEBC3G的核定位也从另一个侧面为其诱导突变的作用提供了证据。

为了验证APOBEC3G诱导的突变和基因组拷贝数改变是导致肿瘤异质性的关键因素，Faltas团队首先使用两种不同的计算方法EXPANDS和Pyclone-vi分别量化了每个肿瘤中克隆的数量和大小。发现与mA3-/-小鼠来源的肿瘤相比，hA3G+mA3-/-小鼠来源肿瘤中的克隆数量显著增加（P=0.001）。

随后，他们通过计算香农熵表征系统发育多样性，熵值越高代表多样性越高。与mA3-/-小鼠来源的肿瘤相比，hA3G+mA3-/-小鼠来源肿瘤的熵值显著升高（P=0.001），表明其具有更高的多样性。

Faltas团队基于希尔数对不同来源肿瘤的多样性分布进行比较，并通过一系列分析和计算，最终确认与mA3-/-小鼠来源的肿瘤相比，hA3G+mA3-/-小鼠来源的肿瘤具有显著增加的克隆多样性。也就是说，APOBEC3G确实是导致肿瘤克隆异质性的原因。

不同肿瘤中的克隆多样性气泡图（每个圆圈=1个单独亚群，不同颜色表示亚群的大小）

接下来，Faltas团队还对APOBEC3G诱导的突变特征进行了分析。结果表明， hA3G+mA3-/-小鼠来源肿瘤的三核苷酸突变谱与其对照mA3-/-小鼠具有显著差异（P=0.03）。具体表现为hA3G+mA3-/-小鼠来源肿瘤在CC基序中具有明显增加的C T突变。

在与其同家族成员如APOBEC3A诱导的突变（通常为TCW基序中的C转换T或者G）进行比较后发现，APOBEC3G诱导的突变具有不同的突变特征，即在CCC、CCT和TCC基序中具有更高的C T替换频率。