［文献解读］化疗与肿瘤的克隆进化

Clonal evolution of chemotherapy-resistant urothelial carcinoma

Nat Genet      Oct 2016       IF：31.616

文章概述

1.通过全外显子测序分析尿路上皮癌化疗前后克隆进化史和突变图谱的变化

2.原位癌与化疗后转移灶癌细胞之间高度克隆分化，突变谱差异显著

3.导致化疗耐药的突变涉及L1细胞粘附分子和整合素信号通路，且多由APOBEC诱导形成

文章亮点

1.着眼于化疗后基因谱的变化及克隆进化过程

2.对所有样本进行全外测序，而不是仅仅关注几个基因或位点的改变，具有普遍性意义

3.多位置、多时间节点取样，并通过独特方法重建克隆进化树，全面反应肿瘤的空间、时间异质性特点

研究背景

1.铂类化疗是晚期尿路上皮癌的常规治疗手段，但几乎所有患者都会出现耐药并产生转移，而我们对化疗耐药及转移的机制知之甚少

2.大型基因组研究项目，例如TCGA等，将研究重点大多置于未经处理的原发性肿瘤，而化疗后肿瘤基因谱能在多大程度上保留原发灶的特点仍未可知

突变异质性分析

图1.患者临床信息及样品收集情况

1.32名患者，72份样本，16名患者有化疗前后匹配样本

2.所有样本取样位置如图所示

3.该研究中所有发现的常见点突变及CNV均与TCGA数据保持一致

图2.化疗前后克隆结构比较

                                化疗前后克隆结构比较

1.仅有28.4%（0.2~76.4%）的突变是化疗前后组织共有的（a图中浅蓝色部分）

2.同一患者不同部位、不同时间节点的样本具有明显的突变异质性，结果提示化疗与突变谱的改变有一定的相关性

化疗前后分支进化过程

图3.6名患者（拥有3个样本以上）肿瘤组织系统进化分析

                           6名患者肿瘤组织系统进化分析

1.分支进化在肿瘤发生发展早期就已出现，并伴随肿瘤整个生命过程

2.根据genomic distance，所有原位癌都为“branch”，提示虽然原位癌可能在病理上相比转移灶出现较早，但两者均为早期相同始祖克隆分支产生的细胞群

平行增殖而来

图4.WCM117患者化疗前后突变频谱及克隆进化分析

                 WCM117患者化疗前后突变频谱及克隆进化分析

CNV异质性分析

图5.CNV聚类分析

                                  CNV聚类分析

1.A簇（左）：9p21缺失

   B簇（右）：1q21.1、6p22.3扩增

2.两簇之间样本类型没有明显差异，提示CNV水平的改变与是否接受治疗或病理分期无关

3.同一患者的组织倾向于聚类在同一簇，且其HD（median HD=0.20）与不同患者组织HD （median HD=0.53）相比明显偏小，提示同一名患者的肿瘤组织

   在拷贝数水平上具有相对稳定性

Clonality、富集突变涉及信号通路相关研究

图6.

1.化疗后肿瘤组织clonality明显上升

2.通过GSEA，提示多耐药基因化突变参与了化疗后耐药及转移的过程

3.化疗后样本中，与L1细胞粘附分子以及整合蛋白信号通路相关的克隆突变频率有所上升，提示化疗后耐药及转移的可能机制

突变形成机制的分析

图7.中单碱基替换类型分析

1.C>G、C>T碱基替换类型多由APOBEC蛋白家族诱发导致突变

2.除APOBEC诱发突变外，其余三种致突变的因素分别为：年龄、吸烟、ERCC2突变

3.APOBEC3A\B诱发突变在化疗后明显增加，clonality显著性上升

讨论

1.治疗前后、转移灶与原发灶之间存在着明显克隆异质性，单纯依靠组织取样无法完全反映肿瘤基因组景观

2.L1细胞粘附分子及整合素相关通路可能是以后克服化疗耐药的关键点

3.铂类化疗除治疗效果外，其自身也会导致肿瘤基因组突变的产生，在以后化疗方案的制定中需更加谨慎

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