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本文通过研究犬（Canis lupus familiaris）和袋獾（Sarcophilus harrisii）的传染性癌症，发现犬传染性性病肿瘤（CTVT）中存在核 DNA 水平转移现象。一个 15-Mb 的遗传元件（N-HT1）被 CTVT-A 亚系获取并整合，这为癌症基因组多样化提供新机制，对理解癌症进化意义重大。
癌症中核 DNA 水平转移研究的重要意义
癌症通常被认为是克隆性的，即癌细胞被认为是原始转化癌细胞的直接遗传后代。然而，癌细胞有可能通过水平基因转移从正常细胞获取 DNA。利用传染性癌症（一种通过活癌细胞在动物间传播的长寿癌症）的特殊遗传特征，研究发现犬传染性癌症通过水平转移获取并整合了一大段 DNA，这表明癌症并不总是完全克隆性的，水平基因转移为基因组多样化提供了一种此前被忽视的机制。
筛选核 DNA 水平转移的实验设计
- 实验材料选择：选取了 47 个来自 19 个国家的犬传染性性病肿瘤（CTVT）基因组，78 个袋獾面部肿瘤 1 型（DFT1）和 41 个袋獾面部肿瘤 2 型（DFT2）的公开肿瘤基因组 。同时，对每个肿瘤的匹配宿主基因组进行测序。
- 筛选方法：针对每个传染性癌症，先选择保留了各自创始动物亲本染色体同源物的基因组片段，这些片段在种系单核苷酸多态性（SNP）位点呈现杂合性。然后，在这些片段中筛选 “翻转 SNP”，即基因型在某些肿瘤中为纯合，而在同一种传染性癌症的其他肿瘤中为杂合的种系 SNP 位点。长串的翻转 SNP 可能意味着通过水平基因转移引入了非亲本 DNA 单倍型。
筛选结果与分析
- CTVT 中的发现：在 CTVT 中，发现 7 个属于 “CTVT-A” 亚系的肿瘤在 1、7 和 8 号染色体上存在高翻转 SNP 密度区域。这些区域的拷贝数比 CTVT-B - G 亚系肿瘤高一个整数步，且突变密度低于侧翼区域，符合通过水平转移引入额外 DNA 单倍型的特征。进一步研究发现，这些区域实际上是一个由 6 条染色体的 11 个片段组成的 15-Mb DNA 元件（N-HT1），通过一系列简单重排连接而成。
- N-HT1 的细胞遗传学组织：N-HT1 尽管具有双着丝粒结构，但在 CTVT-A 肿瘤中稳定存在且为单拷贝。通过中期荧光原位杂交实验，发现 N-HT1 形成了一条小的亚中着丝粒染色体的短臂，这意味着它通过着丝粒融合被整合到了 CTVT 染色体上，其第二个着丝粒可能已失活。
- N-HT1 的起源：根据体细胞突变密度估计，N-HT1 大约在 2000 年前 CTVT-A 从 CTVT-B - G 亚系分化后不久被获取。通过对 N-HT1 基因型与 80 个现代和古代犬种群的遗传关系分析，发现 N-HT1 与古代中东犬以及现代非洲、中东和南亚的犬共享遗传漂变，表明其供体狗可能属于中东地区的犬种群。此外，CTVT-A 还携带一个独特的线粒体 DNA（mtDNA）单倍型 mtDNA-HT4，虽然系统发育分析未表明 mtDNA-HT4 与古代中东犬的 mtDNA 存在遗传关系，但不排除单个供体狗在一次水平转移事件中同时贡献核 DNA 和线粒体 DNA 的可能性。
- N-HT1 的基因表达：N-HT1 编码 133 个完整的蛋白质编码基因、56 个非编码 RNA 基因、6 个假基因和 10 个被片段边界截断的蛋白质编码基因片段。RNA 测序结果显示，N-HT1 转录活跃，其基因表达模式类似于 CTVT 组成型染色体，而非肿瘤浸润的宿主细胞，表明 CTVT 细胞环境足以重新编程该 DNA 片段的转录谱。不过，N-HT1 编码的基因中没有已知与癌症相关的剂量依赖性致癌作用的基因，虽然它挽救了 ARFGEF3 基因的失活状态，但该基因随后也发生了独立的无义突变，总体上没有证据表明 N-HT1 的引入显著改变了 CTVT 的细胞功能。
研究结论与展望
本研究利用传染性癌症的特殊遗传特征，检测到 CTVT-A 亚系在约 2000 年前获取并整合了 N-HT1，支持 N-HT1 源于水平基因转移事件的证据有两点：一是 CTVT-A 在 N-HT1 对应位点的 SNP 和突变基因型无法用 CTVT 创始狗单倍型的复制来解释；二是 N-HT1 的突变比其对应的 CTVT 创始狗单倍型少，且缺乏 CTVT 早期进化中暴露的突变特征。虽然推测 N-HT1 可能由碎片化 DNA 的随机修复形成，通过细胞融合、吞噬作用等方式进入 CTVT 细胞，但具体机制尚不清楚。此外，本研究表明宿主到肿瘤的核 DNA 水平转移在犬和袋獾的传染性癌症中较为罕见，且此次检测到的事件对 CTVT 可能是选择性中性的，并非哺乳动物传染性癌症进化的相关驱动力。不过，水平基因转移在癌症中的发生率和重要性可能因癌症类型而异，随着单细胞测序和长读长测序技术的发展，未来有望更深入地研究这种 DNA 变异模式在大量癌症基因组中的频率。虽然目前未发现 N-HT1 对 CTVT 有明显的适应性作用，但水平基因转移在癌症细胞适应环境，如应对治疗压力方面具有潜在作用，值得进一步研究。
