Clinical Cancer Research | 白凡/謝曉亮實驗組解析小細胞肺癌循環(huán)腫瘤細胞基因組變異特征及演化過程
2019年5月21日，國際專業(yè)臨床及基礎醫(yī)學研究期刊Clinical Cancer Research在線發(fā)表了北京大學白凡、謝曉亮團隊與中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院王潔團隊合作研究成果。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，作者團隊通過使用單細胞基因組測序技術，深入探索了小細胞肺癌（SCLC）循環(huán)腫瘤細胞（CTC）基因組變異特征，演化過程和臨床應用價值。研究人員將循環(huán)腫瘤細胞中探測到的體細胞突變與同一患者腫瘤組織中突變進行對比，發(fā)現(xiàn)CTC中能準確檢測到腫瘤組織大部分基因突變；對來自48位小細胞肺癌患者CTC的拷貝數(shù)變化（CNA）進行分析，并結合臨床治療信息，研究人員構建了基于CNA評分的化療療效預測模型；對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)移灶及復發(fā)腫瘤組織中DNA復制修復通路相關基因頻繁發(fā)生突變，與SCLC的疾病進展和轉(zhuǎn)移密切相關。
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胞肺癌（SCLC）。SCLC是一種侵襲性極強，極易轉(zhuǎn)移的惡性腫瘤。由于多數(shù)患者初治即為晚期，SCLC組織標本獲取常常受限，探索通過替代標本進行SCLC基因分析是重要的研究方向。此外，對于治療過程中SCLC基因組的演變規(guī)律的研究也極其有限。循環(huán)腫瘤細胞（CTC）是游離于癌癥病人外周血中的腫瘤細胞，通過CTC進行單細胞基因檢測，是對SCLC病人基因變異及疾病進展進行監(jiān)控的一種有效方式。
圖一，CTC中能檢測到絕大多數(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，作者團隊系統(tǒng)分析了SCLC患者CTCs中單核苷酸變異（SNVs）和拷貝數(shù)變化（CNAs）在治療過程中的動態(tài)變化。為了評估CTC中基因突變情況，研究人員對10位同時取得CTC及匹配原發(fā)灶、或轉(zhuǎn)移灶腫瘤組織的患者樣本進行外顯子測序，對比發(fā)現(xiàn)在CTC中能檢測到絕大多數(shù)腫瘤組織中所攜帶的基因突變（68%-99%）。這預示著通過CTC單細胞基因組測序能夠反映腫瘤組織的基因突變狀況，進一步推進CTC在“液體活檢”中的應用。對CTC進行全基因組拷貝數(shù)變化分析同樣具有重要的臨床應用價值。作者團隊對來自48位小細胞肺癌患者CTCs的CNA進行深入分析，繪制了精度更高的SCLC基因組CNA變化圖譜。進一步結合這些患者的一線化療療效及中位生存時間等臨床指標，研究人員構建了一個基于10個特定基因組區(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的一線無疾病進展生存期以及總體生存時間進行預測。該研究有望將小細胞肺癌的治療帶入精準醫(yī)學時代。
圖二，基于CTC中特定基因區(qū)域CNA變化進行化療療效預測
基因組異質(zhì)性是腫瘤的重要特征之一?，F(xiàn)在一個普遍被接受的觀點是腫瘤異質(zhì)性是基因組變異在不同區(qū)域不斷產(chǎn)生和積累的結果。本研究通過對一個SCLC患者病程發(fā)展過程中四個時間點（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)：早期癌細胞的CNA很一致，隨著病程進展不同癌細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，導致這些區(qū)域進一步產(chǎn)生差異性的拷貝數(shù)缺失。研究人員提出了一個新的CNA演化模式：癌癥產(chǎn)生的早期事件導致細胞與細胞之間較一致的CNA, 隨著時間推演，每個癌細胞保持這一致的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)移或者疾病進展相關的突變過程，作者團隊分析了轉(zhuǎn)移灶、CTC以及復發(fā)病灶中增加的突變基因，發(fā)現(xiàn)BRCA1/2，TOP2A及PRKDC等與DNA復制修復通路相關基因突變高頻出現(xiàn)，可能與SCLC的進展和轉(zhuǎn)移緊密相關。
這項研究開辟了一條新的描述單個CTC的基因組圖譜和進化歷史的途徑。通過對CTC單細胞測序數(shù)據(jù)的生物信息學分析，作者團隊展示在小細胞肺癌CTC中可以獲取病人關鍵基因突變信息，并對病人的化療治療療效進行預測。以CTCs檢測為代表的癌癥“液體活檢”技術，可以避免反復穿刺給病人帶來的傷害和痛苦, 能動態(tài)反映病人的疾病進程以及治療過程中的療效和預后，具有重大的臨床應用價值。
北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心白凡研究員、謝曉亮教授以及中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院王潔教授為該論文的共同通訊作者。北京大學蘇哲、高妍博士，哈佛大學倪曉暉博士，中國醫(yī)學科學院腫瘤醫(yī)院王志杰、段建春博士是這篇論文的并列第一作者。該項研究得到了科技部863計劃，精準醫(yī)學重大專項，國家杰出青年基金以及北京市科委經(jīng)費的支持。
論文鏈接：http://clincancerres.aacrjournals.org/content/early/2019/05/21/1078-0432.CCR-18-3571
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