［文献解读］食管鳞癌瘤内异质性和克隆进化

Spatial intratumoral heterogeneity and temporal clonal evolution in esophageal squamous cell carcinoma 
Nature Genetics     October 2016 IF: 31.616

摘要

1.13例病人的51份食管鳞癌（ ESCC ）肿瘤组织进行多区域全外显子测序（M-WES）,其中3例进行多区域甲基化测序

2.处于肿瘤系统进化树（Phylogenetictree）分枝（Branch）的驱动突变一半发生在癌基因，如PIK3CA、NFE2L2、MTOR

3.处于主干（Trunk）的驱动突变大多发生在抑癌基因，如TP53、KMT20、ZNF750

4.表观遗传学系统进化树（Phyloepigenetictree）能够概括系统进化树的拓扑结构，表明遗传学改变与表观遗传学改变之间可能存在关联

5.系统分析瘤内异质性（ ITH ）与克隆进化机制，为进一步了解ESCC的肿瘤发展与进程提供了重要的分子基础

背景

1.东亚与东部和南部非洲是ESCC高发地区，ESCC五年生存率在30%以下

2.以往的研究都是用单次取样样品代表某一个体，难以发现肿瘤内部的空间异质性和时间进化过程

3.同样，以往的甲基化研究未能体现表观遗传学上的瘤内异质性程度

亮点

1.采用在同一肿瘤组织内进行多区域取样并分别测序的方式研究了ESCC的瘤内异质性和进化过程

2.进行M-WES和甲基化测序，分别绘制进化树，探究两者之间的联系

结果

1.ESCC的瘤内空间异质性

图 1a 利用体细胞突变绘制的系统进化树

1.对来自13例食管鳞癌患者的51份不同区域的肿瘤组织进行全外显子测序，平均深度位150X

2.利用鉴定的体细胞突变制作进化树，所有病例都呈现空间上的瘤内异质性，35.8%的体细胞变异具有空间上的瘤内异质性

3.位于分枝（Branch）的50.0%的驱动突变发生在癌基因上，例如：PIK3CA和MTOR；而位于主干的驱动突变仅有22.4%发生在癌基因上，剩余的则是在抑癌基因，例如：TP53

总体上看，77.8%的驱动突变（Driver mutation）位于主干（Trunk），而63.8%的乘客突变（Passengermutation）位于主干，说明驱动突变是肿瘤进化过程中发生的相对早期事件

2.驱动突变的克隆进化

图 2 驱动突变的克隆层级

1.根据基因的拷贝数、突变的等位基因频率（VAF）和肿瘤细胞纯度计算每个肿瘤区域的癌细胞比例（CCF），分别划分主克隆和亚克隆

2.MTOR、KEAP1和PTPRB等基因的驱动突变位于亚克隆， TP53、NOTCH1和KMT2D 等基因的驱动突变位于主克隆

3.ESCC13的PIK3CA（ p.M1043I ）突变在T1和T4组织中处于主克隆，却没有在另外两处组织中检出，说明单次取样鉴定驱动突变的克隆层级是不准确的

4.PI3K信号通路中的一些基因突变往往处于分枝，而ERBB4、BRCA2和TP53等往往处于主干，是潜在的治疗靶点

3.M-WES提高突变检出

1.表1显示，与单一取样的WES相比，M-WES能够显著提高癌症相关基因突变的检出率

2.表2显示，与单一取样的WES相比，M-WES能够显著提高亚克隆的突变的检出率

4.突变频谱和特征（ Signature）

统计全部肿瘤区域的突变情况，绘制突变频谱，结果显示，主干和分枝的突变频谱相似，都有与年龄相关的signature1、与APOBEC相关的signature 2和signature 13（C>T和TCW中的C>G）

5.甲基化的瘤内空间异质性

图 4a 表观遗传学系统进化树

对ESCC01、ESCC03和ESCC05的多区域肿瘤组织进行甲基化测序，利用每个组织特有的表观遗传学变异推断肿瘤进化，绘制表观遗传学系统进化树，发现与用遗传学系统进化树具有一致性，暗示了克隆进化在基因组学和表观遗传学层面可能存在联系（图4a）

图 4b专有探针绘制的热图

将CpG探针分为超甲基化和低甲基化两组，同一肿瘤的不同区域专有的探针呈现显著差异，与进化树显示的瘤内异质性相吻合（图 4b ）

讨论

1.研究ESCC瘤内异质性和克隆进化过程，能够为鉴定新的治疗靶点和制定个体化治疗策略提供理论依据

2.遗传学和表观遗传学的系统发育分析能够反映绝大多数突变发生的时间顺序

3.出现相对较晚的驱动突变处于进化分枝或亚克隆，它们在亚克隆的发展过程中发挥作用

4.单一取样测序容易出现将亚克隆突变错判为主克隆的现象，M-WES则能够更好地区分克隆层级

5.遗传学改变与表观遗传学改变之间可能存在关联

转自吉因加科技微信订阅号