［文献解读］食管癌的异质性与进化

Tracking the genomic evolution of esophageal adenocarcinoma through neoadjuvant chemotherapy
Cancer Discov. Aug  2015

: W5 l- t" i# `* W摘要
1.文章展示了食管腺癌（EAC）的进化频谱，表现为复杂的驱动突变、平行进化以及基因组加倍
5 x) Q" }3 w* M& {2.阐明异质程度与新辅助治疗（NAC）疗效的相关性：异质性低的宿主，NAC疗效更好
3.多部位测序（M-seq）显示：CTT区域的T>G突变随着肿瘤进化显著减少；含铂的NAC会增加CpC区域的C>A突变
4.基因组不稳定性是EAC进化的早期事件，会导致化疗过程中产生可靶向的原癌基因扩增，为未来的治疗方案提供理论基础
背景
  w: E# z/ z! j* W& @  w. k: j1.食管癌预后不良，过去20年EAC在西方国家的患病率显著上升
2.手术前NAC治疗能够改善患者预后，但是50-60%的肿瘤对治疗耐药
1 z- w5 _% b; r  M  D3.对单个肿瘤多部位的M-seq数据进行进化分析，可以区分存在于所有部位的早期突变
7 E2 C0 Z' |- f$ U0 y8 t
: ]# L: `. e" g4 m  X6 SMulti-tumor regions
方法
7 c) k- ?! e8 ^
结果——体细胞突变的瘤内异质性

以EAC005患者为例
# z( R, g( M/ `! U对NAC前后的突变频谱进行进化分析（parsimony ratchet method），可将突变分为四类：
1.主干（蓝色，ubiquitous）突变：存在于肿瘤组织的所有部位
2.共享（橙色）突变：存在于1个以上的部位中
3.NAC前的独有（红色）突变：仅存在NAC前的1个部位
9 O8 ^9 y& [# `4 k4.NAC后的独有（绿色）突变：仅存在NAC后的1个部位
3 \9 ^. K' \/ W) x. b/ P& M. q后三类均属heterogenous突变

5 D4 r, I8 W7 c0 j' [" f+ m" I其余7例患者的进化分析

8 b+ j2 C. M+ }3 m5 u7 @% t/ G% J, g异质程度与新辅助治疗（NAC）的疗效相关：化疗前异质性越低的宿主，NAC疗效越好。

为了定量分析肿瘤细胞中的SNVs，作者整合了三个变量（拷贝数，VAF和肿瘤负荷）来计算Cancer Cell Fraction (CCF)，并且将SNV进行聚类。

! [, ~7 R* f- h& g2 u结果显示：
- ?2 G6 K  t0 W0 v/ Z' ?6 r1.单一部位取材不能准确分析克隆频谱，因为一些热点突变仅存在于某个部位且显示出高CCF，如EAC001患者中的SLC39A12 pA44E突变
6 o( P/ `7 s! S2.通过不同部位的共享突变位点个数，可以判断部位间的空间距离，如EAC001患者的R2离R1比R4更近

3 Q* d% v) N  h6 p/ g1 qM-seq结果还显示EAC样本中还存在大量的拷贝数变异
1 T/ z9 U3 f( a# g9 j8 T1.超过40%的变异来自于扩增（A），说明基因组扩增是肿瘤进化的早期事件
1 o' D( u5 \, t6 P9 Z2.通过与TCGA中ESCA的数据进行比对，发现有15个片段在至少一个肿瘤中存在扩增。这些片段大多对应可作为靶点的原癌基因。
结果——突变频谱的时空解析

% {) w* a) T& ]' L! E8 H0 b( NTrunk代表早期突变；Branch代表晚期突变
结果显示： T>G突变随着肿瘤进化显著减少
$ u- U& D4 Q$ J$ f; M+ b# y
接受含铂药物的NAC治疗会产生特异的分子标签， C>A突变增多

, W  r- n- h6 I' Z0 f3 L; ?本文从时间（新辅助前后）和空间（多部位测序）两个维度对食管癌的分子进化图谱进行了阐述和解析。
0 u% V4 ~- L5 A1 {2 n2 E+ K讨论
1.EAC的单样本检测会低估肿瘤异质性和突变负荷。虽然M-seq检测到的总突变中位数远高于单个部位检出的突变，但仍然只检到肿瘤的局部
. g2 v9 x6 M$ @6 P& J2.基因组扩增和TP53、CDKN2A等抑癌基因的突变是EAC的驱动事件
$ r; ^& g5 `0 l* a" k1 }" @, t5 l* k2 _3.原癌基因的扩增普遍存在且不受含铂药物的干扰，但有可能成为新药物靶点
& w3 [4 w& x9 B; w# p# m  @4.NAC的纵向实验可能进一步解析瘤内异质性与细胞毒反应及复发的关系，用来预判治疗耐药以降低治疗的医源性影响
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