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【NEJM】综述：肺癌基因组学发现的临床意义

2016年06月15日

编译：Simon

来源：肿瘤资讯

基因组变异

基因组概览

肺癌与吸烟高度相关，是突变负荷最强的少数几种肿瘤之一。C→A碱基替换是与烟草暴露相关的特点，主要见于吸烟的腺癌，而非不吸烟腺癌病人。全外显子组测序发现吸烟的肺癌患者每百万碱基对中就有8-10个体细胞突变频率，不吸烟患者则是0.8-1个突变。肺癌基因组的复杂性还体现在大量的染色体拷贝数变异与基因重排。

染色体变化与拷贝数变异

肺癌样本的拷贝数分析已经鉴定出一些不同病理亚型共有的变异，其他变异多在某些特定亚型中富集。例如，3号染色体短臂（3p）包含了多个抑癌基因，时常在各种肺癌亚型发生的早期出现缺失。肺癌其他常见的缺失位点还包括CDKN2A，编码ARF和p16蛋白，分别调控p53和CDK4/6/pRB轴。染色体的选择性扩增则倾向于组织学特异性，如鳞癌和小细胞癌的SOX2与腺癌的NKX2-1。

DNA单核苷酸变异、插入与缺失

现代高通量测序技术可以相当准确地鉴定出基因组的单个碱基对变异。肺腺癌最常见的突变致癌基因是KRAS(33%)、EGFR（14%）、BRAF（10%）、PIK3CA（7%）和MET（7%）。经常突变的抑癌基因有TP53（46%）、STK11（17%）、KEAP（17%）、NF1（11%）、RB1（4%）和CDKN2A（4%）。10%的腺癌具有染色质修饰基因（SETD2、ARID1A和SMARCA4和RNA剪切基因（RBM10和U2AF1）的突变。

尽管鳞癌和腺癌都具有TP53和CDKN2A的高频突变，但鳞癌较少具有编码受体酪氨酸激酶的基因突变，更多的是PTEN、NOTCH1、RB1等抑癌基因的功能缺失。

小细胞肺癌常出现基因的失活突变，如RB1、RBL1、RBL2、TP53和PTEN；RNA调控基因（XRN1）；编码G蛋白偶联受体通路分子的基因（RGS7和FPR1）以及中心体调控基因（ASPM、ALMS1和PED4DIP）。

表观遗传学改变

除了DNA序列改变，基因转录还收组蛋白修饰和DNA甲基化等表格遗传学改变的影响。染色质修饰基因（SMARCA4、ARID1A和SETD2）的突变已在腺癌中报道。小细胞肺癌中已发现CREBBP和EP300的突变（可影响组蛋白转移酶活性）和MLL基因（甲基转移酶）的突变。

转录组变异

转录组分析发现了DNA系列变异对RNA转录本、剪切位点突变和基因融合的影响。腺癌的MET基因剪切位点突变导致了14号外显子跳跃，形成持续活化的稳定蛋白。腺癌基因融合和重排涉及ALK、ROS、NTRK1、NRG1、FGFR4、ERBB4、BRAF和RET，成为治疗靶点。鳞癌中的FGFR家族基因重排同样是一个潜在的治疗靶点。然而，小细胞肺癌的多数重排，如MYCL1、CREBBP、PTEN、RB1和TP73等，目前尚不足以用于靶向治疗。

细胞起源

呼吸道上皮由多种细胞构成，细胞的成分和比例呈现高度异质性。近端呼吸道以基底细胞、杯状细胞、神经内分泌细胞、纤毛细胞和克拉克细胞为主，而肺泡则由I型和II型肺泡细胞组成。肺癌的最终组织学成分似乎取决于起源细胞特定分子特征、调控分化通路的变异以及这些过程中的细胞环境（如下图）。小鼠实验提示，TP53 和RB1的缺失足以导致小细胞肺癌的发生。支气管肺泡管的II型肺泡细胞、克拉克细胞是小鼠腺癌的起源细胞。II型肺泡细胞在I型和II型细胞更新过程中发挥重要作用，该过程受I型细胞的死亡诱导，取决于EGFR、RAS和TGF-β信号通路。近端呼吸道的基底细胞被假定为鳞癌的起源细胞，尽管仍缺乏明确的功能性证据。对动物肿瘤起始细胞在肿瘤进展中各个时间点进行全面的分子分析将极大地提高我们对肿瘤起始和进展分子事件的认识。

克隆进化与瘤内异质性

实体瘤的基因组学分析提供了越来越多的分支进化的证据，即肿瘤由多个不同的亚克隆组成，他们具有共同的祖先，但在肿瘤进化过程中形成了大量的不同的基因组学变异。亚克隆可混杂在一个肿瘤样本中，也可原发灶的不同部位、原发灶和转移灶或不同转移灶间独立存在，为肿瘤的适应、选择和进化提供基础（见下图）。

Zhang等对11例早期腺癌（其中8例是I期）进行了多区域全外显子测序，每例都发现了瘤内异质性和分支进化的明确证据。在21个已知的肺癌相关突变中，有20个在每个区域均检出，提示早期肺癌的单一位点活检足以明确驱动突变。同时，术后早期复发的肿瘤具有更大比例的亚克隆突变。De Bruin等对7例非小细胞肺癌（5例为II-IIIB期）进行多区域测序，发现了体细胞突变和拷贝数的异质性，以及在肿瘤进化的早期便出现基因组加倍的证据。在这个分期较高的队列中，单次活检有42%的概率漏掉驱动突变。两个研究提示单次活检错过驱动突变的风险岁分期升高而增加，这个假设有待TRACERx等项目的进一步验证。

这些研究同时有助于理解分支进化的基础。在吸烟的腺癌中，C→A替换的比例在分支中下降，提示在后期的进化中可能有另外的突变过程取代了烟草暴露的致癌效应。与此一致的发现是，亚克隆富集了C→T和C→G突变，这由APOBEC族引起。有证据提示铂类等治疗肺癌的细胞毒药物具有诱发亚克隆突变的可能。

治疗意义

鉴定治疗的分子靶点

腺癌的某些特定分子亚型的治疗取得了重大进展，比如EGFR和ALK小分子抑制剂的应用，显著提高了这些患者的生存。NCI资助的一项大型试验Lung-MAP正在开展，探索在肺鳞癌中应用多基因检测技术和分子靶向治疗的效果。

免疫治疗应答的标志物

Rizvi等研究表明抗PD-1治疗与吸烟史及肿瘤的非同义（编码）突变负荷相关。而且，肿瘤退缩与CD8+ T细胞的新抗原特异性应答相关，这些表明了基于肿瘤基因组特点选择和个体化免疫治疗的潜能。

循环肿瘤标志物的应用潜能

在早期和晚期肿瘤中可在“液体活检”获取的循环DNA中运用敏感测序技术检测肿瘤的体细胞突变和拷贝数变异。该技术可用于追踪不同时间的肿瘤基因组进化，同时检测可治疗的突变事件或耐药亚克隆，避免重复活检，具有指导治疗的意义。

未来研究方向

尽管测序技术取得了重大进展，但鉴定手术切除后易于复发的病例的能力几乎没有进步，晚期肺癌的转移过程和生物学特点亦知之甚少。对肺癌进化的空间和时间动态性的深入了解有助于研发新的治疗路径，预先阻止下一步进化，避免进化的“死胡同”。

在治疗上，亦有很大的进步空间。研发靶向KRAS突变的治疗策略将是重中之重，这是肺腺癌最常见的突变，协同致死的治疗策略是目前的研究热点。肺癌的突变负荷可能是免疫治疗的重要方向。部分化疗和放疗可能增加新亚克隆突变的获得，可能影响对免疫治疗的应答，在确定治疗顺序时需考虑这种医源性的致突变效应。最后，理解免疫微环境编辑肿瘤基因组的方式以及利用机体免疫系统靶向肿瘤新抗原的方式可能有助于提高肺癌患者的预后。

责任编辑：king