最終診斷 775.反制措施

盡管最近在晚期或轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌的治療方面取得了進(jìn)展，但遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移仍然是癌癥相關(guān)死亡的主要原因和實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期生存的障礙。遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移是各種實(shí)體腫瘤發(fā)展的一個(gè)不祥的特征和最終結(jié)果，包括NSCLC。從腫瘤起源到播散的腫瘤細(xì)胞在遠(yuǎn)處器官的定植是一個(gè)多步驟但效率低下的過程。雖然我們對(duì)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移所涉及的細(xì)胞和分子機(jī)制有了很好的了解，但不同轉(zhuǎn)移到原發(fā)腫瘤的遺傳分化和系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系仍然很大程度上是不確定的。

新的證據(jù)表明，腫瘤的發(fā)展可以被認(rèn)為是一個(gè)不斷進(jìn)化的達(dá)爾文模型。轉(zhuǎn)移也可以被看作是腫瘤細(xì)胞通過微觀和/或宏觀進(jìn)化轉(zhuǎn)移從原發(fā)灶擴(kuò)散到轉(zhuǎn)移的進(jìn)化過程。與經(jīng)典的轉(zhuǎn)移只有在腫瘤形成的后期才出現(xiàn)的觀點(diǎn)不同，最近的研究表明這一過程可能發(fā)生在腫瘤形成的早期。為了系統(tǒng)地闡述這一過程，提出了兩個(gè)一般的進(jìn)展模型，即線性進(jìn)展模型和平行進(jìn)展模型。

這兩種模式從兩個(gè)維度加以區(qū)分：原發(fā)灶出現(xiàn)轉(zhuǎn)移的相對(duì)時(shí)間；預(yù)期的遺傳分化，特征是比較原發(fā)灶和匹配的轉(zhuǎn)移灶之間突變的總和。盡管最近對(duì)原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移灶的比較研究表明，不同類型的癌癥可能同時(shí)存在線性和平行的轉(zhuǎn)移進(jìn)展，但目前尚不清楚癌癥不同器官部位的轉(zhuǎn)移是遵循相同還是不同的進(jìn)展模式。此外，受癌癥影響的同一轉(zhuǎn)移器官的轉(zhuǎn)移內(nèi)和轉(zhuǎn)移間的異質(zhì)性仍未完全闡明。對(duì)這些問題的更好理解不僅將為轉(zhuǎn)移過程的生物學(xué)提供新的見解，而且還將有可能揭示同時(shí)針對(duì)原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移腫瘤的治療策略的差異。

為了全面探討肺腺癌最常見的兩種轉(zhuǎn)移方式肝轉(zhuǎn)移瘤和腦轉(zhuǎn)移瘤的遺傳差異和親緣關(guān)系，我們對(duì)10例原發(fā)腫瘤和肝轉(zhuǎn)移瘤、11例原發(fā)腫瘤和腦轉(zhuǎn)移瘤的63例組織和血液標(biāo)本進(jìn)行了全外顯子測(cè)序。為了保證腫瘤的自然進(jìn)化狀態(tài)，在任何系統(tǒng)治療之前，都會(huì)將符合條件的組織和外周血液樣本進(jìn)行匹配。此外，我們還收集了另外16份手術(shù)樣本和5例僅有BRMS的肺腺癌患者的配對(duì)外周血液，并對(duì)其進(jìn)行了測(cè)序。我們的目標(biāo)包括：確定肺腺癌的LIM和BRM在其原發(fā)瘤的單核苷酸變異和拷貝數(shù)變異方面是否有不同的突變景觀；比較LIM和BRM的進(jìn)化模式；表征BRM的轉(zhuǎn)移內(nèi)和轉(zhuǎn)移間的異質(zhì)性。

最典型的突變驅(qū)動(dòng)基因包括28例樣本中的TP53和12例樣本中的EGFR突變。值得注意的是，TP53和EGFR突變?cè)谄ヅ涞脑l(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移腫瘤之間高度一致。

為了研究腫瘤間的異質(zhì)性，已識(shí)別的基因改變被分類為共享的或私有的突變。23我們觀察到LIM隊(duì)列中腫瘤間的同質(zhì)性明顯更高，被鑒定為共享的基因突變的中位數(shù)為66.3。這與BRM隊(duì)列中發(fā)現(xiàn)的6.8共享基因突變的中位數(shù)形成鮮明對(duì)比。

LIMP和LIMM之間的TMB相似。

然后，我們利用皮爾遜相關(guān)分析計(jì)算突變相似度，以描述配對(duì)的原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移腫瘤之間突變特征的一致性和差異性。如圖1E和1F所示，我們觀察到LIM組LIMP和LIMM之間的突變一致性較高，而BRM組BRMP和BRMM之間的突變一致性有限。統(tǒng)計(jì)分析表明，LIM組突變相似性的皮爾遜相關(guān)系數(shù)顯著高于BRM組。

我們用皮爾遜相關(guān)分析研究了配對(duì)的原發(fā)瘤和轉(zhuǎn)移瘤之間CNV分布的不一致性。結(jié)果顯示，LIMP和LIMM之間的CNV模式高度相似，10例中有9例的Pearson相關(guān)系數(shù)大于0.8。然而，配對(duì)的BRMP和BRMM之間的CNVS模式高度不一致，11例中只有4例的Pearson相關(guān)系數(shù)大于0.8。統(tǒng)計(jì)分析表明，LIM組的CNV相似性顯著高于BRM組。

總共有42條通路在這些樣本中顯著富集，與LIMP相比，LIMM具有獨(dú)特的顯著豐富的轉(zhuǎn)移相關(guān)通路，如Notch信號(hào)和ECM受體相互作用。Notch信號(hào)也在BRMM中豐富，但在BRMP中不豐富。并且，BRMM，還有許多獨(dú)特的途徑，如藥物代謝、幾種免疫相關(guān)途徑、細(xì)胞凋亡和錯(cuò)配修復(fù)。為了了解BRMP和BRMM中的通路水平相似性是否也比LIMP和LIMM中的降低，我們進(jìn)行了通路特征分析，并計(jì)算了樣本組之間的通路水平相似性。事實(shí)上，與它們相匹配的原發(fā)腫瘤相比，BRMM有明顯不同的途徑富集，而LIMM有更多相似的通路。。

2.配對(duì)原發(fā)和轉(zhuǎn)移性腫瘤的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系

為了研究LIM和BRM的進(jìn)化過程，我們研究了原發(fā)腫瘤和它們匹配的轉(zhuǎn)移瘤之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。我們推斷了基因組改變的序列，然后使用兩種獨(dú)立的算法重建了每種情況下的系統(tǒng)發(fā)育樹。我們?cè)趫D3A中列出了每組的三個(gè)有代表性的案例。

3.配對(duì)BRM的轉(zhuǎn)移內(nèi)和轉(zhuǎn)移間同質(zhì)性

由于BRM在配對(duì)的原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶之間表現(xiàn)出明顯低于LIM組的突變和拷貝數(shù)變異相似性，因此我們隨后研究了BRM的轉(zhuǎn)移內(nèi)和轉(zhuǎn)移間的異質(zhì)性。我們采用了如前所述的方法研究BRM的轉(zhuǎn)移內(nèi)和轉(zhuǎn)移間的異質(zhì)性，24例，并收集了另外5例肺腺癌患者的BRM標(biāo)本。如圖4所示，單個(gè)BRM病灶被分成來自患者BrM91、BrM93和BrM94的三到四個(gè)部分，用于轉(zhuǎn)移內(nèi)分析。為了進(jìn)行轉(zhuǎn)移間異質(zhì)性分析，分別從患者BrM95和BrM96收集了3個(gè)和2個(gè)BRM病灶。這些樣本中最典型的突變驅(qū)動(dòng)基因是EGFR和TP53。同樣，轉(zhuǎn)移內(nèi)和轉(zhuǎn)移間的樣本中EGFR突變是完全一致的。

同一患者的所有樣本的突變模式和特征幾乎一致。此外，我們還重建了每個(gè)病例的系統(tǒng)發(fā)育樹。如圖4B所示，所有病例的不同轉(zhuǎn)移樣本都可以追溯到單系關(guān)系，這表明多個(gè)BRMS的共同起源是占優(yōu)勢(shì)的。

盡管最近在各種癌癥的治療方面取得了進(jìn)展，但科學(xué)發(fā)現(xiàn)尚未有效地轉(zhuǎn)化為預(yù)防和治療轉(zhuǎn)移，這仍然是治療失敗和令人沮喪的長(zhǎng)期生存的主要挑戰(zhàn)。越來越多的證據(jù)表明，轉(zhuǎn)移在一定程度上是原發(fā)腫瘤進(jìn)化的產(chǎn)物。轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)的克隆可能出現(xiàn)在原發(fā)腫瘤進(jìn)展的早期和晚期。更好地了解轉(zhuǎn)移過程及其進(jìn)展模式被認(rèn)為具有重要的臨床意義；因此，這些發(fā)現(xiàn)最終可能導(dǎo)致預(yù)防和控制遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的新策略。此外，闡明不同轉(zhuǎn)移部位的獨(dú)特突變格局和進(jìn)化模式可能有助于為臨床上這一未得到滿足的需求制定精確的策略。

為了達(dá)到這一目標(biāo)，我們對(duì)21例患有LIM或BRM的肺腺癌進(jìn)行了WES，以研究它們的突變格局和進(jìn)化模式。此外，我們還對(duì)另外5個(gè)單發(fā)BRMS進(jìn)行了多區(qū)域WES檢查，以探討轉(zhuǎn)移內(nèi)或轉(zhuǎn)移間的異質(zhì)性。我們的研究發(fā)現(xiàn)，與原發(fā)腫瘤相比，BRMM呈現(xiàn)出比LIMM更不同的突變格局。BRM和LIM的肺腺癌發(fā)生發(fā)展軌跡完全不同。BRM更有可能有一個(gè)并行進(jìn)化模型，而LIM更有可能有一個(gè)線性模型。最后，我們發(fā)現(xiàn)在BRMM中轉(zhuǎn)移間和轉(zhuǎn)移內(nèi)的同質(zhì)性很普遍。

我們首先在SNV水平上研究了LIM和BRM的突變情況。雖然原發(fā)腫瘤與匹配的LIMM或BRMM在突變模式和突變特征上沒有太大差異，但我們確實(shí)注意到BRMM具有更高比例的特異體細(xì)胞突變，這表明BRMM與LIMM相比在遺傳學(xué)上與其原發(fā)腫瘤的差異更大。由于SNV的局限性，我們進(jìn)一步觀察了CNV的模式。然而LIMM與原發(fā)腫瘤的高度一致性被注意到，而BRM組沒有觀察到這樣的發(fā)現(xiàn)。此外，BRMM的CNV水平明顯高于LIMM。鑒于CNV是染色體不穩(wěn)定的一個(gè)重要指標(biāo)，而且以前的文獻(xiàn)表明CIN與轉(zhuǎn)移有關(guān)，CIN在BRM的形成和發(fā)展中的重要作用值得進(jìn)一步研究。最近，Shih等人報(bào)道了MYC、YAP1或MMP13的過表達(dá)可能會(huì)增加BRM的發(fā)生率，這表明對(duì)足夠數(shù)量的轉(zhuǎn)移腫瘤進(jìn)行基因組測(cè)序可以找到以前未知的轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)因素?？偠灾?，這些發(fā)現(xiàn)使得我們有理由認(rèn)為，向不同器官發(fā)起轉(zhuǎn)移的克隆可能遵循不同的進(jìn)化路徑。這確實(shí)讓人想起蘭伯特等人。陳述轉(zhuǎn)移能力不是原發(fā)腫瘤進(jìn)展的偶然結(jié)果，而是在原發(fā)腫瘤進(jìn)化過程中選擇的性狀，以及經(jīng)典的“種子和土壤”假說。

早期對(duì)不同癌癥的研究，包括乳腺癌和結(jié)直腸癌，顯示出原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移腫瘤之間的高度一致性，表明了線性進(jìn)展模型。這些結(jié)果達(dá)成了一種觀點(diǎn)，即使用原發(fā)腫瘤的測(cè)序數(shù)據(jù)來指導(dǎo)轉(zhuǎn)移病變的治療。然而，最近的一項(xiàng)研究對(duì)這一范式提出了挑戰(zhàn)，該研究發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)移能力的克隆在原發(fā)前列腺癌和轉(zhuǎn)移癌中的早期擴(kuò)散和平行進(jìn)展。類似地，趙等人報(bào)告了對(duì)原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移瘤，并發(fā)現(xiàn)有11例遵循平行進(jìn)展。類似地，趙等人9報(bào)告了40對(duì)原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移瘤，并發(fā)現(xiàn)11例遵循平行進(jìn)展。此外，Hosseini等人發(fā)現(xiàn)，超過80的轉(zhuǎn)移來自早期播散的乳腺癌細(xì)胞，而那些早期播散的癌細(xì)胞比后期播散的癌細(xì)胞更具轉(zhuǎn)移能力。因此，這些結(jié)果表明，在癌癥演變過程中，平行和線性進(jìn)展模式并存。在這項(xiàng)研究中，我們發(fā)現(xiàn)線性進(jìn)展模型在LIM中的優(yōu)勢(shì)，而平行進(jìn)展模型在BRM中的優(yōu)勢(shì)，提出了結(jié)合轉(zhuǎn)移灶，特別是BRM的遺傳信息來指導(dǎo)這些患者更好的量身定制治療的必要性。

最后，我們對(duì)BRM的轉(zhuǎn)移內(nèi)和轉(zhuǎn)移間異質(zhì)性進(jìn)行了初步分析。盡管樣本量很小，但我們觀察到了轉(zhuǎn)移內(nèi)和轉(zhuǎn)移間的同質(zhì)性，正如之前報(bào)道的那樣。在同一患者的不同BRM病變中，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)基因改變、突變模式和突變特征幾乎是一致的。同時(shí)，系統(tǒng)發(fā)育分析表明，所有腫瘤標(biāo)本，無論來自相同或不同的轉(zhuǎn)移部位，都可以追溯到單系關(guān)系，這表明多個(gè)BRMS存在共同起源。此外，我們還觀察了單個(gè)轉(zhuǎn)移灶和不同BRM病灶內(nèi)不同的分歧時(shí)間點(diǎn)。因此，我們推測(cè)BRM可能真的存在微小的微進(jìn)化轉(zhuǎn)變，目前尚不清楚其生物學(xué)功能。綜上所述，我們的研究進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了BRM進(jìn)化的復(fù)雜性和獨(dú)特性。

綜上所述，我們的研究揭示了同一原發(fā)腫瘤轉(zhuǎn)移到不同器官部位可能有不同的突變景觀和進(jìn)化軌跡。這些發(fā)現(xiàn)將為轉(zhuǎn)移過程的生物學(xué)提供新的見解，并為開發(fā)預(yù)防和靶向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的新方法提供有用的信息。

這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)可能有幾個(gè)臨床意義。首先，我們觀察到LIM和BRM隊(duì)列中驅(qū)動(dòng)基因功能突變的同質(zhì)性。這與最近對(duì)未經(jīng)治療的癌癥的遺傳異質(zhì)性的分析一致，該分析還發(fā)現(xiàn)，來自同一原發(fā)腫瘤的轉(zhuǎn)移瘤中100的驅(qū)動(dòng)程序突變是同質(zhì)的，這表明成對(duì)的原發(fā)和轉(zhuǎn)移病變之間功能驅(qū)動(dòng)程序基因突變的高度同質(zhì)性。其次，對(duì)于LIM患者，LIMM的突變情況與其匹配的原發(fā)腫瘤高度相似，這表明在描繪突變特征時(shí)，原發(fā)腫瘤對(duì)LIMM的可替換性。然而，由于BRMM更有可能有一個(gè)平行的進(jìn)化模式，我們應(yīng)該意識(shí)到，在給定的臨床環(huán)境下，通過對(duì)原發(fā)腫瘤進(jìn)行一次活檢確定的可操作突變可能不代表BRMM的突變。第三，空間上分離的腦轉(zhuǎn)移灶在基因上是同質(zhì)的，BRMM的分支突變比例明顯更高，這表明腦轉(zhuǎn)移瘤譜系的額外進(jìn)化。針對(duì)腦轉(zhuǎn)移瘤的靶向性改變代表著新的靶向治療策略克服治療耐藥性的重要機(jī)會(huì)，并將影響總體生存。第四，肺腺癌LIM和BRM之間存在著不同的突變格局和進(jìn)化模式，這意味著需要采取精確的策略來治理這兩個(gè)不同的轉(zhuǎn)移病灶，同時(shí)也提出了一個(gè)問題，即研究其他常見轉(zhuǎn)移病灶的進(jìn)化模式。