Clinical Cancer Research | 白凡/謝曉亮實(shí)驗(yàn)組解析小細(xì)胞肺癌循環(huán)腫瘤細(xì)胞基因組變異特征及演化過程
2019年5月21日，國(guó)際專業(yè)臨床及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究期刊Clinical Cancer Research在線發(fā)表了北京大學(xué)白凡、謝曉亮團(tuán)隊(duì)與中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院王潔團(tuán)隊(duì)合作研究成果。在題為Inferring the Evolution and Progression of Small-Cell Lung Cancer by Single-Cell Sequencing of Circulating Tumor Cells的研究論文中，作者團(tuán)隊(duì)通過使用單細(xì)胞基因組測(cè)序技術(shù)，深入探索了小細(xì)胞肺癌（SCLC）循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）基因組變異特征，演化過程和臨床應(yīng)用價(jià)值。研究人員將循環(huán)腫瘤細(xì)胞中探測(cè)到的體細(xì)胞突變與同一患者腫瘤組織中突變進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)CTC中能準(zhǔn)確檢測(cè)到腫瘤組織大部分基因突變；對(duì)來自48位小細(xì)胞肺癌患者CTC的拷貝數(shù)變化（CNA）進(jìn)行分析，并結(jié)合臨床治療信息，研究人員構(gòu)建了基于CNA評(píng)分的化療療效預(yù)測(cè)模型；對(duì)其中一位患者不同治療階段CTC的等位基因特異性CNA分析發(fā)現(xiàn)了CNA異質(zhì)性的演化規(guī)律。最后，研究人員還發(fā)現(xiàn)CTCs主要來自原發(fā)灶，且CTC、轉(zhuǎn)移灶及復(fù)發(fā)腫瘤組織中DNA復(fù)制修復(fù)通路相關(guān)基因頻繁發(fā)生突變，與SCLC的疾病進(jìn)展和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。
肺癌是世界上發(fā)病率最高的癌癥，其中13%的肺癌患者被診斷為小細(xì)胞肺癌（SCLC）。SCLC是一種侵襲性極強(qiáng)，極易轉(zhuǎn)移的惡性腫瘤。由于多數(shù)患者初治即為晚期，SCLC組織標(biāo)本獲取常常受限，探索通過替代標(biāo)本進(jìn)行SCLC基因分析是重要的研究方向。此外，對(duì)于治療過程中SCLC基因組的演變規(guī)律的研究也極其有限。循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTC）是游離于癌癥病人外周血中的腫瘤細(xì)胞，通過CTC進(jìn)行單細(xì)胞基因檢測(cè)，是對(duì)SCLC病人基因變異及疾病進(jìn)展進(jìn)行監(jiān)控的一種有效方式。
圖一，CTC中能檢測(cè)到絕大多數(shù)原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶腫瘤組織中含有的基因突變
在本研究中，作者團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)分析了SCLC患者CTCs中單核苷酸變異（SNVs）和拷貝數(shù)變化（CNAs）在治療過程中的動(dòng)態(tài)變化。為了評(píng)估CTC中基因突變情況，研究人員對(duì)10位同時(shí)取得CTC及匹配原發(fā)灶、或轉(zhuǎn)移灶腫瘤組織的患者樣本進(jìn)行外顯子測(cè)序，對(duì)比發(fā)現(xiàn)在CTC中能檢測(cè)到絕大多數(shù)腫瘤組織中所攜帶的基因突變（68%-99%）。這預(yù)示著通過CTC單細(xì)胞基因組測(cè)序能夠反映腫瘤組織的基因突變狀況，進(jìn)一步推進(jìn)CTC在“液體活檢”中的應(yīng)用。對(duì)CTC進(jìn)行全基因組拷貝數(shù)變化分析同樣具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。作者團(tuán)隊(duì)對(duì)來自48位小細(xì)胞肺癌患者CTCs的CNA進(jìn)行深入分析，繪制了精度更高的SCLC基因組CNA變化圖譜。進(jìn)一步結(jié)合這些患者的一線化療療效及中位生存時(shí)間等臨床指標(biāo)，研究人員構(gòu)建了一個(gè)基于10個(gè)特定基因組區(qū)間CNA狀態(tài)的分類模型，能有效地區(qū)分開SCLC一線化療難治組及敏感組，并能夠?qū)CLC的一線無疾病進(jìn)展生存期以及總體生存時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)。該研究有望將小細(xì)胞肺癌的治療帶入精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代。
圖二，基于CTC中特定基因區(qū)域CNA變化進(jìn)行化療療效預(yù)測(cè)
基因組異質(zhì)性是腫瘤的重要特征之一?，F(xiàn)在一個(gè)普遍被接受的觀點(diǎn)是腫瘤異質(zhì)性是基因組變異在不同區(qū)域不斷產(chǎn)生和積累的結(jié)果。本研究通過對(duì)一個(gè)SCLC患者病程發(fā)展過程中四個(gè)時(shí)間點(diǎn)（化療前，一線化療過程中，二線化療前，三線化療中）的CTC的等位基因特異性CNA分析發(fā)現(xiàn)：早期癌細(xì)胞的CNA很一致，隨著病程進(jìn)展不同癌細(xì)胞維持早期較一致的處于亞穩(wěn)態(tài)的變異區(qū)域的能力有差別，導(dǎo)致這些區(qū)域進(jìn)一步產(chǎn)生差異性的拷貝數(shù)缺失。研究人員提出了一個(gè)新的CNA演化模式：癌癥產(chǎn)生的早期事件導(dǎo)致細(xì)胞與細(xì)胞之間較一致的CNA, 隨著時(shí)間推演，每個(gè)癌細(xì)胞保持這一致的CNA的能力不同造成腫瘤的基因組異質(zhì)性。
圖三，腫瘤發(fā)展過程中拷貝數(shù)異質(zhì)性演化的規(guī)律
最后，為分析與轉(zhuǎn)移或者疾病進(jìn)展相關(guān)的突變過程，作者團(tuán)隊(duì)分析了轉(zhuǎn)移灶、CTC以及復(fù)發(fā)病灶中增加的突變基因，發(fā)現(xiàn)BRCA1/2，TOP2A及PRKDC等與DNA復(fù)制修復(fù)通路相關(guān)基因突變高頻出現(xiàn)，可能與SCLC的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移緊密相關(guān)。
這項(xiàng)研究開辟了一條新的描述單個(gè)CTC的基因組圖譜和進(jìn)化歷史的途徑。通過對(duì)CTC單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)的生物信息學(xué)分析，作者團(tuán)隊(duì)展示在小細(xì)胞肺癌CTC中可以獲取病人關(guān)鍵基因突變信息，并對(duì)病人的化療治療療效進(jìn)行預(yù)測(cè)。以CTCs檢測(cè)為代表的癌癥“液體活檢”技術(shù)，可以避免反復(fù)穿刺給病人帶來的傷害和痛苦, 能動(dòng)態(tài)反映病人的疾病進(jìn)程以及治療過程中的療效和預(yù)后，具有重大的臨床應(yīng)用價(jià)值。
北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心白凡研究員、謝曉亮教授以及中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院王潔教授為該論文的共同通訊作者。北京大學(xué)蘇哲、高妍博士，哈佛大學(xué)倪曉暉博士，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院王志杰、段建春博士是這篇論文的并列第一作者。該項(xiàng)研究得到了科技部863計(jì)劃，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)重大專項(xiàng)，國(guó)家杰出青年基金以及北京市科委經(jīng)費(fèi)的支持。
論文鏈接：http://clincancerres.aacrjournals.org/content/early/2019/05/21/1078-0432.CCR-18-3571
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