摘要：乳腺癌具有显著的遗传异质性，其中雌激素受体α (ERα，由ESR1基因编码) 是约70%病例的核心驱动因子。尽管ESR1配体结合域 (Ligand-Binding Domain, LBD) 的点突变是公认的内分泌耐药介质，越来越多的证据表明，ESR1基因融合是一类新兴的、具有重要临床意义的基因组改变。这些重排主要源于6号染色体的染色体内事件，会导致激素结合域的截断，并使ESR1与多种伴侣基因融合，产生组成性活性的嵌合蛋白。复发性融合，如ESR1-CCDC170、ESR1-YAP1和ESR1-AKAP12，与治疗耐药、转移进展和不良临床结局持续相关，表明它们发挥着癌基因驱动因子的功能，而非基因组不稳定的偶然副产物。然而，致癌潜能的变异性表明，只有一部分融合是具有生物学功能的。功能性的关键决定因素包括：读码框的保留、结构域组成、固有无序区 (Intrinsically Disordered Regions, IDRs) 含量，以及由伴侣基因贡献的分子特征（其中许多基因编码转录因子、信号转导衔接蛋白或细胞骨架调节因子）。结构上对固有无序区的富集及其发生相分离的可能性，进一步暗示ESR1融合参与了异常转录凝聚体的形成，从而放大了ER信号传导。重要的是，虽然许多融合在转移性、治疗耐药的疾病中富集，但少数融合也存在于未经过治疗的肿瘤中，这提示一些融合可能作为肿瘤发生的早期驱动因素。本综述概述了当前关于ESR1融合的知识，评估了其机制和临床意义。阐明哪些ESR1融合是真正的癌基因驱动事件，哪些是偶发事件，对于改进诊断和指导未来针对融合驱动癌症的疗法开发至关重要。
论文主体内容总结如下：
引言
乳腺癌是一种高度异质性疾病，其中点突变和基因扩增是肿瘤发展的明确驱动因素。深度测序技术的进步发现了包括基因融合在内的新型基因组改变，其产生的杂交蛋白结合了不同伴侣基因的结构域。基因融合在癌症类型中的流行率各不相同，虽然在血液系统恶性肿瘤中已得到广泛研究，但其在实体瘤中的存在和病理学意义尚不明确。在乳腺癌中，已鉴定出多种复发性基因融合。其中，ESR1融合代表了一类新兴的基因组改变。ESR1编码雌激素受体α (ERα)，在约70%的乳腺癌中表达，并驱动调控增殖和存活的转录程序。异常的ER信号传导最常见源于配体结合域 (LBD) 突变，这些突变赋予配体非依赖性活性和内分泌耐药性。ESR1融合主要在耐内分泌治疗的疾病中被发现。这些重排通常截断LBD，并将ESR1的N端部分与不同的伴侣基因融合，产生具有配体非依赖性转录活性的嵌合蛋白。因此，它们与多种促肿瘤发生过程相关。然而，其分子机制仍不清楚，这反映了一个更广泛的挑战，即如何区分癌基因驱动事件与基因组不稳定性的副产物。大多数基因融合是罕见且结构多样的，源于随机重排，常产生非功能性产物。尽管如此，复发性融合通常富集于特定的癌症亚型，破坏关键的调控通路，或编码功能获得性蛋白，暗示了强烈的选择性压力。本文以ESR1融合为模型，探讨结构特征、复发模式和功能后果如何揭示其致癌潜能，旨在阐明区分驱动融合与旁观者融合的一般原则。
复发性ESR1融合及其在治疗耐药中的作用
迄今为止，已报道了约30种不同的ESR1融合变异体，其中ESR1-CCDC170、ESR1-YAP1和ESR1-AKAP12是最常观察到的。它们的流行率目前估计占乳腺癌病例的1-10%。ESR1融合主要在雌激素受体阳性 (ER+) 肿瘤中被鉴定出。目前发现的ESR1融合明显富集于转移性、治疗耐药的病例。这种耐药性主要由ESR1LBD的截断驱动，该区域是大多数内分泌治疗药物的靶点。包括ESR1-YAP1、ESR1-PCDH11X、ESR1-AKAP12、ESR1-CCDC170和ESR1-SOX9在内的多种融合，能抵抗雌激素剥夺以及选择性ER调节剂 (Selective ER Modulators, SERMs) 或降解剂 (Selective ER Degraders, SERDs)，如他莫昔芬和氟维司群。除治疗耐药外，LBD的缺失与组成性、配体非依赖性的ER信号传导相关，导致下游通路过度激活。这可能导致多种致癌表型，如细胞增殖、运动和侵袭增强。体内和异种移植模型进一步证明，某些融合可增强上皮-间质转化 (Epithelial-to-Mesenchymal Transition, EMT) 相关基因的表达。有趣的是，少数ESR1融合在初治的原发性乳腺癌肿瘤中也被检测到，这提示其中一些融合可能在肿瘤发展的早期出现，并作为癌症形成的初始驱动因素。
空间邻近性在ESR1融合中的作用
在乳腺癌中，基因融合主要是染色体内的，涉及位于同一染色体上的基因之间的重排。ESR1融合遵循相同的模式，许多源于6号染色体上ESR1基因座内的复制和易位。最具代表性的例子是ESR1与相邻基因CCDC170之间的串联重复，这占ESR1融合病例的很大一部分。ESR1的染色体重排也已被检测到，涉及完全不同的染色体上的基因。尽管基因邻近性在融合形成中似乎更受青睐，但染色体重排的发生表明，还有其他因素促成了ESR1融合事件。一种可能的解释在于细胞核内染色体的三维结构。细胞核的非随机分布主要受染色体大小和基因密度影响，这使某些染色体和基因在空间上相互靠近，当发生DNA双链断裂 (Double-Strand Breaks, DSBs) 时，易发生错误的末端连接。这构成了“接触优先”模型的基础。然而，仅凭空间邻近性无法解释融合模式的全部多样性。“断裂优先”模型提供了一个替代解释，表明染色体末端可以在细胞核内移动以寻找相容的伴侣，从而使远距离位点之间也能发生易位。除了空间定位，染色质可及性和转录活性也可能影响融合事件的发生。开放染色质区域更易发生DSBs，增加了易位事件的风险。此外，较高的转录率与复制压力增加相关，从而使基因组脆弱位点易发生DNA断裂。活性转录的基因通常共定位于称为“转录工厂”的区域，这增加了在修复转录相关DSBs时发生偶然融合的机会。因此，ESR1融合很可能是由空间、结构和功能因素共同驱动的。
读码框兼容性是ESR1融合功能性的关键决定因素
尽管许多ESR1融合具有功能性后果，但一个子集似乎缺乏致癌活性，可能代表旁观者事件。融合功能性的一个主要决定因素是重排是否产生稳定的嵌合产物。读码框兼容性极大地影响将氨基酸序列翻译成功能蛋白的能力。保持开放读码框的融合基因被归类为框内融合，能够产生稳定的嵌合产物。相比之下，框外融合通常由于存在提前终止密码子或移码而不能翻译成功能性蛋白。值得注意的是，尽管起源不同，但当断点保留DNA结合域 (DNA-Binding Domain, DBD) 同时截断LBD时，平衡和非平衡事件都能产生功能性ESR1融合蛋白，这表明结构域保留而非平衡状态是致癌潜力的主要决定因素。与这一致，近80%的ESR1融合是框内的，融合断点通常发生在第6外显子之后，保留了DBD，同时截断了大部分（如果不是全部）LBD。这些嵌合蛋白通常表现出组成性、配体非依赖性的ER信号传导。尽管如此，稳定嵌合体的形成并不总是足以产生功能性蛋白。例如，ESR1-NOP2被翻译成稳定的杂交产物，但该蛋白在转录上是无活性的。值得注意的是，框外融合在转录水平上并非一定不存在。然而，这些转录本虽然可以表达，但框外融合通常不太可能充当癌基因驱动因子，因为它们被预测编码截短或错误折叠的蛋白质。有趣的是，一些框外融合仍可能间接促进肿瘤发生，例如通过破坏肿瘤抑制功能或显性负性机制。总之，ESR1融合的功能变异性可能部分由所涉及基因的结构兼容性解释。区分框内和框外重排对于识别哪些融合更可能是致癌的及其生物学活性背后的机制至关重要。
伴侣基因在ESR1融合功能中的作用
ESR1基因已发现与近30个不同的基因融合，产生了一组具有广泛结构和功能后果的多样化嵌合蛋白。虽然ESR1部分是致癌潜能的主要驱动因素，但伴侣基因的功能结构域和生物学作用也可能通过增强或限制ER驱动的转录活性来影响这些效应的程度。对ESR1融合伴侣的分析表明，许多涉及转录调控、DNA/RNA结合和激素信号传导，这些都是乳腺癌中常见失调的关键通路。经常观察到的伴侣包括YAP1、SOX9、CDK13、POLH和TCF12。此外，伴侣基因也有可能影响所得嵌合蛋白的功能，因为破坏其原生生物学作用可能对其相关通路产生负面影响。在某些情况下，致癌效应可能不仅源于嵌合融合蛋白的活性，还源于当伴侣基因被置于ESR1调控元件的控制下时的不适当表达。总体而言，融合伴侣所做的可能不仅仅是被动稳定ER。转录因子、信号衔接蛋白和细胞骨架调节因子的频繁参与表明，存在一定程度的选择性压力，有利于那些以促进更具侵袭性、治疗耐药性肿瘤表型的方式重编程基因表达和存活通路的融合。因此，未来的研究应超越ERα部分，更多地关注每个融合伴侣如何塑造嵌合蛋白的活性、定位和下游效应。
结构域组成塑造ESR1融合功能
除了融合伴侣的原生生物学作用外，考虑所涉及基因的结构域组成也很重要。大多数ESR1融合保留了多个ER结构域，同时根据与其融合的基因获得新的结构域。例如，许多ESR1融合保留或获得了核定位信号，这确保了嵌合蛋白被转运到细胞核内。此外，ER的N端DBD在大多数ESR1融合中得以保留，允许嵌合蛋白在雌激素反应元件 (Estrogen Response Elements, EREs) 处结合DNA，从而调控基因表达。同样，许多融合伴侣贡献了它们自己的DNA或RNA结合域和转录激活域，这可能进一步促进DNA结合和转录。ER的激活功能-1 (Activation Function-1, AF-1) 域通常也被保留；然而，激活功能-2 (Activation Function-2, AF-2) 域的缺失可能改变募集共激活因子或共抑制因子的能力。尽管如此，转录组分的募集仍可能通过从融合伴侣获得的蛋白质相互作用域来促进。结构域排列的多样性使得确定哪些元件负责其致癌特性具有挑战性。然而，特定蛋白质结构域的反复保留或缺失表明，某些基因组特征可能在染色体重排期间被优先选择。因此，理解这些结构域配置有助于确定融合如何运作并揭示潜在的治疗靶点。
固有无序区在ESR1融合功能中的作用
ESR1融合断点经常定位于第6外显子附近，这种非随机分布可能受局部序列特征或结构特征影响，使该区域易于发生重组。许多融合涉及的基因庞大且结构复杂，包含几个明确的功能结构域，被长的、未表征的区域隔开。这些通常对应于固有无序区 (IDRs)，即缺乏稳定三级结构的低复杂性氨基酸序列，允许它们作为多样化蛋白质-蛋白质相互作用的柔性结构域。值得注意的是，涉及易位的蛋白质通常富含IDRs。与此一致，断点倾向于聚集在无序区域内，避免破坏功能性蛋白质结构域。使用PONDR进行的计算预测表明，除ESR1-GYG1外，所有ESR1融合的IDRs都比野生型ESR1显著更富集。无序的程度因融合伴侣而异，这表明伴侣基因在很大程度上决定了引入的无序水平。有趣的是，ESR1经常与固有高度无序的基因融合。IDRs在ESR1融合中的富集可能为融合蛋白提供更灵活、动态的结构，促进多样化的蛋白质-蛋白质相互作用和长程通讯。这对于转录调节因子尤其重要，其中无序区域可增强与DNA、共因子和染色质调节因子的相互作用。IDRs也可能促进相分离，这是癌症生物学中一种新兴机制，其中蛋白质和核酸凝聚成无膜区室。致癌融合如FET和NUP98融合利用这一特性形成促进异常转录程序的凝聚体。这为ESR1融合以类似方式作用提供了可能性，产生放大ER信号传导的凝聚体。总之，复发性断点，特别是第6外显子周围的断点，表明存在可能使ESR1易于重排的基因组特征。IDRs在ESR1融合中的持续富集表明，虽然ESR1部分驱动了许多与癌症相关的进程和治疗耐药性，但融合伴侣通过增加结构灵活性和潜在的新相互作用位点，发挥着同样重要的作用。
治疗潜力与未来方向
区分驱动融合与中性事件仍然是一个主要挑战。为了解决这个问题，大规模测序结合功能研究是必不可少的，因为并非所有重排都能产生稳定或具有生物学活性的蛋白质。检测方法的改进也是必要的，以提高灵敏度，发现新的融合变异体，并更好地定义其频率和致癌相关性。从治疗角度来看，ESR1融合代表了一个具有挑战性但前景广阔的治疗靶点。它们的结构变异性和LBD的缺乏限制了传统内分泌疗法的有效性，凸显了需要靶向其他保守结构域的药物。例如，靶向DBD的小分子可以阻止融合蛋白与DNA结合，而针对N端AF-1域的方法可能破坏共因子募集和转录激活。替代策略可以侧重于通过下游信号通路间接抑制融合活性，例如CDK4/6或PI3K/mTOR通路。
结论
ESR1融合代表了乳腺癌中一类罕见但重要的基因组改变。越来越多的证据表明其对肿瘤行为和治疗反应的贡献，支持了它们作为有效癌基因驱动因素的作用，可促进更具侵袭性、转移性的表型。它们的复发性、一致的结构特征以及在晚期转移性肿瘤中的富集，表明了癌症的特异性和功能重要性。许多ESR1融合产生的嵌合蛋白保留了DNA结合能力，同时失去了配体依赖性，驱动了与各种促肿瘤发生进程和治疗耐药相关的组成性信号传导。这种复发性重排模式可能代表了一种适应性进化机制，使肿瘤能够绕过治疗压力。尽管如此，它们的罕见发生和生物学效应的变异性凸显了，一些ESR1融合可能是中性的、影响有限的旁观者事件。并非所有融合都具有相同的致癌潜力或治疗脆弱性，这表明其中一些可能是基因组不稳定性的随机副产物。这种功能多样性可能归因于所涉及的伴侣基因的作用和组成，凸显了探索伴侣贡献和潜在脱靶或显性负效应的必要性。总之，无论是作为癌基因驱动事件还是旁观者事件，ESR1融合在乳腺癌中仍然高度相关，为理解治疗耐药、疾病进展和肿瘤进化的多种机制提供了关键见解。持续努力确定其流行率、生物学功能和治疗脆弱性，对于将这些发现转化为晚期、治疗耐药乳腺癌患者改善的预后至关重要。
