2021-10-01

Nat Gen | 从未吸烟者肺癌的基因组学和进化分类(二)

原创 楠烟不可言 图灵基因 今天

收录于话题#前沿分子生物学机制

撰文：楠烟不可言

IF=38.33

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亮点：

本文对232 份从不吸烟者的肺癌 (LCINS) 样本的进行了全基因组测序232个LCIN的高覆盖率全基因组测序显示了由拷贝数畸变定义的3个亚型，显性亚型（piano）在吸烟者肺癌中罕见，具有体细胞UBA1突变、种系AR变异和干细胞样特性，其他亚型以特异性扩增和EGFR突变（mezzo forte）和全基因组加倍（forte）为特征，受体酪氨酸激酶-Ras途径内的基因对患者生存具有明显影响。这些发现为LCIN的个性化治疗提供了途径。

近日由美国国家癌症研究所Maria Teresa Landi研究组在《Nature Genetics》杂志上发表了一篇名为“Genomic and evolutionary classification of lung cancer in never smokers”的研究文章。肺癌是癌症相关死亡的主要原因，每年约有 200 万人被确诊1。LCINS 占所有肺癌的 10-25%，其中大多数 LCINS 是肺腺癌 (LUAD)。先前的一些研究对LUAD和更罕见的类癌亚型的基因组图谱进行了分析，先前的样本大多来自吸烟者，主要进行全外显子组测序（WES）。这项研究使用高覆盖率WGS，评估了232个治疗初期LCIN的基因组图谱和突变过程，提示了LCIN的发展过程和可能的新治疗方法。

研究收集来自 232 名未接受过治疗、从不吸烟且肺癌风险因素未知的肺癌患者肿瘤组织样本进行研究。在受体酪氨酸激酶-Ras（RTK-Ras）途径的基因中，EGFR的突变最为频繁（30.6%），其次是KRAS（7.3%）、ALK（6.0%）、MET（4.3%）、ERBB2（3.9%）、ROS1（2.6%）和RET（1.3%），在这7个基因中观察到强烈的互斥分布，54.3%的肿瘤发生了改变。49例（21.1%）同时存在TP53缺陷和激活RTK–Ras突变的肿瘤具有较高的TMB，16与单独存在TP53缺陷或RTK–Ras突变的肿瘤相比，与DNA同源修复相关的基因中的KATAGEIS、WGD和LOH也较高（图1）。

研究利用SCNA聚类确定了三种不同的亚型，以SCNA水平不断增加为特征。亚型1（占所有肿瘤的49.6%）尽管纯度相对较高，但基本上缺乏SCNA，包括36例类癌中的33例和78例腺癌。亚型2（30.2%）富含染色体臂水平的扩增，主要是1q、5p、7p、7q，亚型3（20.2%）以WGD为主。此后，研究人员借用音乐动力学中的术语将这三种类型分别称为“piano”, “mezzo-forte”和“forte”。大多数吸烟者的LUAD属于forte亚型，在piano亚型中，MDM2和EGFR的局灶性扩增明显少于forte和mezzo forte（图2）。

使用SigProfiler对单碱基替换（SBS）进行突变特征进行分析，从癌症体细胞突变目录（COSMIC）中识别出14个先前报告的特征。值得注意的是，46%的样本中观察到SBS18与活性氧（ROS）的损伤有关，尤其是SCNA亚型forte和mezzo forte。SBS8与核苷酸切除修复缺陷和晚期复制错误有关，在13%的样本中存在。在来自全基因组泛癌分析（PCAWG）38个LUAD中，SBS8未被识别，表明吸烟者和从不吸烟者的肿瘤病因可能存在差异。约58%的样本有>100个SNV，多数为亚克隆，APOBEC突变特征为SBS2和SBS13，具有实质性的肿瘤间异质性。然而后续研究未观察到与直接接触烟草吸烟（SBS4）相关的突变特征，即使在62例报告接触二手烟草吸烟（被动吸烟）的病例中也是如此。模拟研究表明，如果存在特征SBS4，则低于15%体细胞突变的检测阈值。被动吸烟者和非被动吸烟者之间的肿瘤纯度差异不能解释被动吸烟特征的缺乏（图4）。

后续研究采用了先前验证的模型42，使用时钟样突变（NpCpG上下文中的CpG>TpG）来确定所有肿瘤细胞最新共同祖先（MRCA）出现的时间。考虑到低突变负担和LCIN中外源性突变特征的缺乏，研究人员使用了1×的估计加速率。根据定义，MRCA拥有肿瘤发生的所有驱动突变。根据常见的驱动因素事件（>3%的频率）对肿瘤进行分组。例如，在具有EGFR突变的肿瘤中，MRCA估计在61岁时出现，但肿瘤在中位8年后临床上明显。不同驱动因素的肿瘤之间存在显著的潜伏期差异。例如，在含有ERBB2、CDKN2A或TP53突变，或NKX2-1、STK11或chr22q单链RNA的肿瘤中，MRCA出现在临床诊断前十多年。相反，MDM2扩增或MET、RBM10、HUWE1或KRAS突变的肿瘤潜伏期更短。值得注意的是，piano肿瘤的潜伏期（中位数：9.10年）明显长于forte（中位数：0.08年）和mezzo forte（中位数：0.28年），这需要在未来研究中进一步确认（图5）。

TP53突变或MDM2扩增的病例生存率低，如之前在LCINS43和NSCLC44中所报告的，与MDM2扩增相比，TP53突变的影响更强。类似地，EGFR突变、CHEK2 LOH、22q缺失和15q缺失与低生存率相关。研究人员计算这五个独立基因组改变的突变负担的风险评分，结果显示，每一个基因组改变的死亡率风险增加约1.9。在RTK–Ras状态和总生存率之间没有发现显著关联。然而，该途径中不同基因的临床关联模式存在显著差异。ERBB2突变患者的总体生存率（HR）较低（图6）。

总而言之，232份LCIN样本的WGS显示了基于SCNAs的3种亚型，研究发现显性亚型（piano）在吸烟者肺癌中罕见，具有体细胞UBA1突变、种系AR变异和干细胞样特性，其他亚型以特异性扩增和EGFR突变（mezzo forte）和全基因组加倍（forte）为特征，受体酪氨酸激酶-Ras途径内的基因对患者生存具有明显影响。目前，针对forte和mezzo forte中最经常发生的基因组改变的治疗方法已经可用或正在临床试验中进行研究，靶向这些基因可能是一个有希望的治疗选择，这些发现为LCIN的个性化治疗提供了途径。

教授介绍

Maria Teresa Landi，DCEG跨部门研究项目的基因组流行病学高级顾问，研究重点是了解肿瘤的病因和潜在转化应用的进化。她领导大型多学科研究项目，主要研究肺癌和黑色素瘤的遗传和环境决定因素。兰迪博士开创了基因组、转录组和表观基因组数据的尖端分析，并将分子数据与组织学和放射学成像以及临床和流行病学数据相结合。

参考文献

1、Tongwu Zhang, Philippe Joubert, Naser Ansari-Pour et al. Genomic andevolutionary classification of lung cancer in never smokers (2021).https://www.nature.com/articles/s41588-021-00920-0