2021-09-17

Trends Cancer | 精确取样促进精准肿瘤学--从进化的视角审视

原创 huacishu 图灵基因 今天

收录于话题#前沿分子生物学技术

撰文：huacishu

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推荐度：⭐⭐⭐⭐⭐

亮点：

1、作者强调了更新当前采样协议和实施策略以确保肿瘤内异质性检测和表征的必要性。

2、作者在肾细胞癌（CCRCC）中建立了一种成本低效益高的取样策略，以检测肿瘤内异质性并破译每个肿瘤的详细组织学和分子信息。

西班牙克鲁斯大学医院José I. López教授团队在国际知名期刊Trends Cancer在线发表题为“Precision sampling fuels precision oncology: an evolutionary perspective”的综述论文。癌症是一种由肿瘤内异质性（ITH）引起的复杂疾病。近年来，在发现不同类型肿瘤中ITH检测的分子研究方面取得了重大进展。肾细胞癌（CCRCC）是最常见的肿瘤之一。自2012年发表CCRCC中多个区域的基因组图谱以来，科学家在解码肿瘤生物学的复杂可变性方面取得了重大进展。因此，有关的新疗法正在被开发和实施。现代肿瘤学中个性化治疗的成功实施需要恰当的取样策略来揭示肿瘤的分子特征和免疫状况。经典的肿瘤取样方案是几十年前设计的，当时ITH还不是一个公认的问题，但现在这种方案似乎是不够的。遗憾的是，在许多情况下，这种策略使大多数肿瘤肿块无法分析，未取样组织中包含的信息会永远丢失。以CCRCC为例，本综述在此说明有必要调整此类方案，以检测ITH并破译每个肿瘤的详细组织学和分子信息。

肾癌是西方国家最常见的十大肿瘤之一。CCRCC是最常见的肿瘤亚型，也是最具侵袭性的，是ITH的一个典型例子。传统上认为化疗和放疗耐药的患者，有一定比例的患者在随访的前5年内死亡率高。这个单独或联合应用抗血管生成（主要是酪氨酸激酶抑制剂）和免疫检查点（主要是程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）和配体（PD-L1）轴）阻断疗法后，存活时间增加。遗憾的是，这些肿瘤中有相当一部分对此仍然没有反应，患者在短期内死亡。大多数CCRCC是由3p染色体故障引起的，包括VHL基因位点。这种基因缺陷是该肿瘤的标志，它产生一种假缺氧的细胞内状态，启动缺氧诱导因子1-α（HIF-α）/VGFR（血管内皮生长因子）级联促进肿瘤内血管生成。CCRCC的致癌过程长达几十年，因为早在婴儿期或青春期，几百个细胞中就发生3p丢失，并且在老年人发病之前，3p丢失会休眠几十年。当VHL沉默与BAP-1功能紊乱相结合时，与CCRCC的临床侵袭性形式有关。这些BAP-1相关肿瘤与炎症表型相关，倾向于发展肉瘤样分化，并对免疫检查点阻断疗法表现出较高的初始反应。相比之下，其他CCRCC中的VHL/PBRM-1联合失活与高血管生成性肿瘤变体相关，其中抗血管生成治疗的反应更好。CCRCC的时空演化可能遵循不同的模式。虽然最初被认为是一个纯粹的随机过程，但克隆和亚克隆发育可能遵循特定的确定性轨迹，正如最近对101种肿瘤的1206个区域的分析所反映的那样。在这项研究中发现了多达七种与预后相关的不同进化模式。按照间断进化模型的肿瘤显示低水平的ITH，并发展为早期和多发性转移，而那些显示分支进化的肿瘤显示高水平的ITH，并倾向于发展为晚期和孤立性转移。一些研究检验了组织学特征与肿瘤侵袭性的特定进化轨迹的潜在相关性。最近的一项研究比较了一系列CCRCC边缘和中心的肿瘤样本，并表明转移活性亚克隆特异性位于肿瘤内部。这项研究增强了抽样策略在日常实践中的实用性。作者还表明，肿瘤中心显示更多的坏死，肿瘤细胞的级别和Ki-67指数更高，因此分子和组织学数据与肿瘤内空间地形图相关。ITH还影响肿瘤内的特定微环境元素。不同地区存在不同的免疫亚群。这种不同的肿瘤/非肿瘤细胞相互作用似乎对治疗至关重要，必须进行精确检测。这种不规则的免疫细胞在肿瘤中的分布是导致许多治疗失败的原因，因为它是无法检测到的，而且它的后验识别主要取决于对肿瘤标本的彻底分析，而在现实生活中并不总是这样做。除了揭示每个肿瘤中免疫细胞不可预测的区域分布外，还提出了其他方法来克服这些治疗困难。这种方式，即通过这种策略产生的敏感和耐药肿瘤细胞之间的竞争，可能比传统的治疗方法更有效地控制肿瘤负担。值得注意的是，这种应用于异质性肿瘤（如CCRCC）的治疗方法只能在彻底描述肿瘤特征和整个肿瘤中的免疫细胞分布后才能实施。通过穷尽性多区域肿瘤取样揭示的对恶性肿瘤基因组和免疫知识的日益增长，随着生态进化原理在肿瘤进化中的应用而丰富。将肿瘤视为在不同兴趣和压力下进化的个体群体是现代肿瘤学的一个重要突破。因此，这种细胞水平上的社会相互关系的新情景提供了一个机会来理解恶性肿瘤为何会有这样的行为。为了研究目的，到处都在进行详尽的肿瘤取样，但在许多实验室中，在常规临床实践中实施这种取样在经济上是负担不起的。因此，如何在成本和效益之间进行如此彻底的抽样是一个悬而未决的问题。

CCRCC只是一个广泛的表型变异会混淆临床诊断和治疗的例子。目前的病理变量，如分期、分级和坏死，未能反映疾病的全部的复杂性。此外，国际公认的肿瘤取样方案，如每厘米肿瘤直径取样，可能会混淆下游基因组和表观基因组的解释，因为选择和分析肿瘤组织可能仅代表肿瘤的部分视图。因此，结合可靠性和可承受性的抽样策略对于诊断和治疗效率以及可持续性都是必要的。在这里，作者描述了一种从数学方法中获得的精确采样的替代方法。这种方法是几种数学算法的基础，包括递归地将问题分解为逐渐变小的部分，直到这些部分可解为止。然后，当解决所有部分时，合并的部分将解决初始问题。这种分治（DAC）方法已成功地应用于从粒子物理到医学的广泛科学领域。2016年，一种称为多部位肿瘤取样（MSTS）的DAC策略在硅片中建模，以增强ITH检测（图1）。

MSTS依赖于Pirsig的格言“你看得越多，你看到的就越多”，这是迄今为止第一个可以负担得起的精确肿瘤取样方案。由于在大多数肿瘤中不可能进行全面取样，MSTS提出的替代方案是以可持续的方式对尽可能多的肿瘤区域进行取样。在病理学实验室中，产生的石蜡块的数量是成本的一个衡量标准。然后，只有当选择用于分析的每个组织碎片的大小减小时，才能进行彻底的肿瘤取样，以保持固定石蜡块的数量。换句话说，在MST中，不是传统样本中预先设定的每个石蜡块的大样本，而是每个石蜡块包含从肿瘤远处获得的六到八个小组织碎片（图2）。每个石蜡块都含有远处的肿瘤样本，可用于诊断时和未来研究中的分子或免疫检查点分析。更重要的是，非肿瘤组织的小样本可以与肿瘤片段一起包括在内，从而可以进行肿瘤与非肿瘤基因组的比较。在大型肿瘤中，MST比传统取样提供更多的组织学和分子信息，且无需额外费用。MSTS已成功应用于多种肿瘤。最近在口腔和口咽鳞状细胞癌中进行的一项研究证实，该策略在检测不良预后（神经周围浸润、肿瘤坏死和肌肉浸润）和基因改变（PIK3CA基因突变和CDKN2A基因启动子甲基化）的组织学数据方面优于经典采样。

恶性肿瘤中存在肿瘤内异质性。捕捉到这一点的精确采样肿瘤变异性对于精确肿瘤学的实施至关重要。作者强调了更新当前采样协议和实施策略以确保肿瘤内异质性检测和表征的必要性，并且在肾细胞癌（CCRCC）中建立了一种成本低效益高的取样策略。

教授介绍

西班牙克鲁斯大学医院José I. López教授是一名资深病理学家，在泌尿病理学领域有30年的临床实践经验，他的研究贡献是促进了医院实践和基础研究之间的转化联系。José I. López教授参加了多机构的肾癌、前列腺癌和尿路癌国际联合会机构。并且对与肿瘤侵袭和转移有关的运动和其他基本细胞特性的密切机制感兴趣。以通讯作者在Cancer research, Nature communications, Cancer cell等杂志上发表论文多篇。

参考文献

Manini C, López-Fernández E, López JI. Precision sampling fuels precisiononcology: an evolutionary perspective. Trends Cancer.2021;S2405-8033(21)00174-6. doi:10.1016/j.trecan.2021.08.006