【JTO】世和基因丨NGS揭示晚期肺癌转移和进化之路

本研究共纳入47例初诊晚期肺癌患者的174个样本进行单区域或多区域全外显子组测序（图1），78.7%（37/47）为同时转移病例，其余为继发转移病例，转移部位包括胸膜、肾上腺、骨、脑和淋巴结等部位。40例患者有匹配的原发和转移肿瘤样本（PT-MT），7例患者仅有转移灶样本（图1）。纪念斯隆-凯特琳癌症中心肺腺癌非匹配原发肿瘤（n=448）和转移肿瘤(n=432)队列作为验证队列。

图1 研究路线图概览

本研究系统分析了肺癌原发灶和转移灶的突变特征，共检出17657个体细胞突变，其中原发灶和转移灶分别检出6870个突变和10787个突变，高频突变为TP53(64.4%)、EGFR (38.6%)、KEAP1 (14.9%)、KRAS (8.9%)，且多为克隆性突变，在原发灶和转移灶的一致性为49.7%，但在拷贝数变异水平一致性仅为27.3%。患者原发灶和转移灶总体一致性约为45.6％（7.3％-80.6％），但各转移部位之间原发-转移灶基因组异质性显著不同，其中淋巴结转移灶异质性最大，胸膜、脑、骨转移和肾上腺转移灶异质性依次减小（图2）。

图2 肺癌原发灶和转移灶间的异质性

肿瘤转移过程中，可能存在关键分子事件在肿瘤演化过程中使其获得转移潜能。转移灶选择性分子事件指，在转移灶为克隆性突变而在原发灶为亚克隆突变，或在转移灶为克隆性/亚克隆性突变而在原发灶中缺失。本研究利用肺癌配对的原发灶和转移灶样本，结合MSK数据进行外部交叉验证，分析发现MYC扩增、NKX2-1扩增、RICTOR扩增、arm 20p-gain和arm 11p-loss在转移灶中显著富集，可能是潜在的肺癌转移选择性分子事件，提示肺癌转移可能是多种联合分子因素驱动的结果（图3）。

图3 肺癌转移选择性分子事件

肿瘤转移播散的时间对肺癌的治疗具有重要临床意义。本研究采用SCIMET模型，模拟肿瘤生长速率，构建肺癌空间肿瘤生长模型，评估原发肿瘤转移细胞群及突变速率，定量推算转移播散时间（图4A）。早期播散定义为转移细胞在原发灶<1cm时开始播散，晚期播散定义为转移细胞在原发灶≥1cm时开始播散。

本研究发现，大多数肺癌转移为晚期播散（61.1%），而淋巴结转移大多为早期播散（图4B）。且在初始传播时原发肿瘤体积相对较小，尤其相较于胸膜转移和肾上腺转移（P=0.04和0.033；图4C）。另外，转移播散总体上大约在原发灶临床发现约2.74年前发生，其中淋巴结转移平均为4.26±0.74年前，胸膜和远处转移平均为2.11±0.33年（图4D）。

 图4 肺癌转移发生时间模型

 肺癌淋巴结转移通常比其他部位转移发生得更早，目前尚未明确胸膜和远处转移来自于肿瘤原发灶还是淋巴结转移灶。本研究通过分析8例多处转移患者的转移灶进化起源，发现大多数转移病灶未经淋巴结转移（87.5%，7/8），而是从原发灶直接跳跃性转移。如图5，12号胸膜转移患者，胸膜转移灶和转移性淋巴结聚集在同一进化枝上，与原发灶突变不一致，提示该患者胸膜转移灶经淋巴结转移；其余7例患者，远端转移灶与原发灶聚集于同一进化树干上，而淋巴结转移灶独立起源，提示远端转移灶直接从原发灶播种，而未经淋巴结转移。由于样本量较少，此结论仍需进一步扩大样本量进行验证。

图5 肺癌转移进化起源分析

本研究通过对晚期肺癌原发灶和转移灶样本进行多区域全外显子组测序，系统地描绘了转移性肺癌全面的基因克隆进化轨迹，揭示了肺癌转移潜在的驱动分子机制，为进一步探索肺癌转移生物学行为和肿瘤学特征提供了理论依据，同时为开发新药物靶点，实现临床转化提供了理论基础。

Tang W-F, Wu M, Bao H, et al. Timing and origins of local and distant metastases in lung cancer, Journal of Thoracic Oncology (2021).

DOI:https://doi.org/10.1016/j.jtho.2021.02.023