每周好文献文献66结直肠癌多组织检
Multiregionwhole-exomesequencingofmatchedprimaryandmetastatictumorsrevealedgenomicheterogeneityandsuggestedpolyclonalseedingincolorectalcancermetastasis
AnnalsofOncology
IF11.9
研究背景
结直肠癌（Colorectalcancer，CRC）在全世界范围内的高发病率和死亡率居高不下。90%的死亡与远处转移相关，远处转移患者的5年生存率只有13%。
关于CRC原发肿瘤的基因组突变情况已经被报道，瘤内异质性（Intratumorheterogeneity，ITH）也已经在各种实体恶性肿瘤中被报道。然而，在转移性CRC肿瘤中，尤其是在从原发肿瘤到转移肿瘤进化方面，仍未见报道。因此，转移性肿瘤的亚克隆结构仍处于探索阶段，关于转移性肿瘤的亚克隆结构与原发性肿瘤亚克隆结构之间的关系同样知之甚少。
研究方法
患者和样本
4例结肠癌患者的23个肿瘤组织，包括10个原发肿瘤、3个阳性淋巴结和10个转移肿瘤（肝转移或肺转移）。
测序方法和数据分析
?对CRC原发肿瘤和转移肿瘤的多个区域进行全外显子测序（Whole-exomesequencing，WES）；
?使用MuTect软件鉴定肿瘤突变，经过严格过滤后获得了高可信突变；
?基于每个患者的突变模式，使用PHYLIP绘制肿瘤的进化树；
?使用PyClone推测克隆结构，基于亚克隆中的突变模式构建亚克隆体系和进化路线。
研究结果
个体内和个体间的基因组异质性
?不同个体之间几乎没有重复出现的突变，表明个体间存在显着的异质性。
?A01，A02，A03和A04患者的主干突变（Trunkmutation）分别占其所有突变的76％，46％，71％和96％，表明不同患者的ITH水平不同。
原发肿瘤和转移肿瘤的异质性
?基于突变的癌细胞比例（Cancercellfraction，CCF）值评估ITH，比基于共有突变分析评估ITH更具有优势。
?对于所有患者，CCF在所有原发肿瘤内，或所有转移性肿瘤内一般是一致的，但在原发和转移肿瘤之间的差异则很大。
转移肿瘤ITH弱于原发肿瘤
基于共有突变和CCF绘制的进化树
?根据CCF将主干基因突变分为克隆（Clone）或亚克隆（Subclone）。
?灰线代表克隆性的（Clonal）主干突变；黑线代表亚克隆性的（Subclonal）叶片突变（Leafmutation）；其他彩色线代表至少两个肿瘤样品共有的亚克隆分支突变。树干和树枝的长度与相应突变的数量成正比。
?与原发肿瘤相比，转移肿瘤ITH似乎有所降低。
CRC转移中的多克隆种植模式
所有患者的亚克隆结构
?不同颜色的椭圆表示克隆或亚克隆，椭圆大小代表其对应的CCF。
?例如，在患者A01的原发肿瘤中有四个亚克隆（Cluster2、3、4和5），其中三个（2,3和5）也存在于转移肿瘤。而Cluster6存在于每个转移肿瘤中，但在原发肿瘤中均不存在。Cluster5中的突变在原发肿瘤中具有低CCF，但在转移性肿瘤中具有高得多的CCF，表明该亚克隆可能含有重要的耐药性和/或转移促进性突变。在原发肿瘤中未观察到Cluster6，可能在转移生长期间含有新生突变，或者在原发性肿瘤块中未被取样。黄色和蓝色亚克隆都在转移性肿瘤中遗传，表明该患者可能存在多克隆转移播种机制。
?其他患者的数据也表明在转移肿瘤中存在多个亚克隆。
CRC转移中的多克隆种植模式
从原发到转移性/淋巴结肿瘤的亚克隆进化路线
?在每个亚克隆中用CRC驱动基因或COSMIC记录的基因突变和拷贝数变异体现克隆进化过程。分支的长度代表相应亚克隆中的体细胞突变的数目，分支的厚度代表相应亚克隆占据的肿瘤细胞的比例。
?患者A01在进化过程中存在多个亚克隆，包括黄色的（PSD，10qLOH）和蓝色亚克隆（SMARCAL1，8pLOH，8q扩增）。
?患者A03的两个亚克隆（蓝色和红色）以线性关系散布在转移肿瘤中。在转移进展期间，转移肿瘤中的两个亚克隆维持与原发性肿瘤相似的CCF。
?患者A04的两个原发肿瘤中的亚克隆结构大不相同。转移肿瘤可能来源于与Pri-1相似的亚克隆，而不是Pri-2。传播到转移肿瘤的两个亚克隆在Pri-2中较少（黄色）或未检测到（橙色）。
远端的平行转移不依赖淋巴结
患者A02从原发到转移性/淋巴结肿瘤的
亚克隆进化路线
?患者A02是唯一分析淋巴结的患者。
?患者A02的肺转移与阳性淋巴结在进化中出现明显不同（见进化树图），表明来自原发肿瘤的癌细胞迁移至肺并形成转移的过程可能与淋巴结浸润无关。聚类分析也显示三个阳性淋巴结中CCF的一致性高于其他肿瘤区域。
?在所有阳性淋巴结中存在大量共有的亚克隆突变，这些亚克隆可能存在于相同的原发肿瘤中并同时传播至淋巴结。
?A02的亚克隆进化路线，原发肿瘤的亚克隆平行于阳性淋巴结和转移肿瘤，表明转移性肿瘤可能直接来自原发性肿瘤而不是来自阳性淋巴结。
突变基因的潜在功能
基因突变功能及参考文献
?集中分析主干的非同义突变的功能。
?将基因分为以下3类：第1类（涉及CRC或癌症转移），第2类（涉及CRC而不涉及转移）以及第3类（不涉及癌症或转移）。
?在A01，A02，A03和A04中，第1类基因分别占44.8％、29.3％、43.3％和35.8％，第2类分别占27.6％，25.9％，20.0％，28.4％。
?鉴定出的最突出的功能性突变是KRASG12D突变，在以前的研究中已被广泛报道，其对CRC肿瘤发生和治疗反应具有较强的功能性影响。
讨论
瘤内异质性弱的肿瘤，单组织基因检测可能足以发现重要突变信息，而瘤内异质性强的肿瘤，则需要多组织基因检测。
单细胞来源转移原理近来受到严重挑战，研究结果支持CRC的多克隆种植理论，如果进一步证明多克隆种植是主要转移种植机制，将对CRC转移的预防和治疗产生深远的影响。
本研究中鉴定出的许多主干突变先前已经报道与CRC治疗耐药相关，然而大量目前报道的突变也可能重要的功能性突变，未来需要更多的研究来确定它们的功能。
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