乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤之一，转移是引发乳腺癌患者死亡的主要原因。相比早期乳腺癌而言，乳腺癌转移后突变负荷和克隆多样性都会增加。组织活检并进行基因组测序是目前临床上常用的检测方式，在确定转移性乳腺癌的基因组图谱方面也取得了显著进展。但组织活检提供的是局限于原发肿瘤的基因组信息，晚期疾病活检受取样偏差的限制，无法重复检测也无法反应瘤内异质性。
循环肿瘤DNA（ctDNA）由肿瘤细胞死亡后释放到体循环中，理论上是来自不同转移部位的肿瘤DNA混合物，可以更充分地描述肿瘤的异质性。因此ctDNA可以作为复发转移乳腺癌患者监测转移和预后的常规检测指标，并有助于明确耐药性产生的机制，发现乳腺癌转移治疗的新靶点。
近日，伦敦癌症研究所的研究人员联合皇家马斯登医院、曼彻斯特大学、剑桥癌症研究中心等多个机构，通过对来自plasmaMATCH临床试验的患者进行ctDNA测序绘制了转移性乳腺癌的基因组图谱。研究团队利用ctDNA分析证明了晚期乳腺癌的亚克隆多样性，确定了晚期雌激素受体阳性乳腺癌的独特突变过程。该研究利用丰富临床数据集，探索了晚期乳腺癌基因组学与临床和病理的关联，并明确了产生转移性乳腺癌基因组多样性的过程。该研究成果已发表于Nature Communications期刊上，文章题为“Genomic profile of advanced breast cancer in circulating tumour DNA”。
文章发表于Nature Communications
plasmaMATCH是一项开放性的多中心、多队列的前瞻性临床研究，该研究对约1,000例晚期乳腺癌患者进行了血浆ctDNA检测，旨在评估ctDNA检测筛选患者进行靶向治疗的临床效果。研究人员对plasmaMATCH试验中的800例患者进行ctDNA靶向测序，确定了晚期乳腺癌的突变谱。研究结果显示，频繁突变的基因是TP53、PIK3CA、ESR1、GATA3、ARID1A和PTEN，其中TP53、PIK3CA、ESR1和GATA3在不同的亚型中突变的频率不一致。此外，该研究还发现了新的亚型关联，与HR+HER2-和TNBC相比，HER2突变在HER2+乳腺癌中富集。ctDNA中的拷贝数（CN）改变也与乳腺癌亚型相关，MYC、PIK3CA、EGFR、CCNE1、CDK6、BRAF和MET中的CN改变在TNBC更常见，FGFR1和CCND1中的CN突变在HR+HER2-乳腺癌中更常见。
图1. ctDNA靶向序列测定的晚期乳腺癌突变谱，来源：Nature Communications
少数癌细胞本身对抗癌药物存在抗性，随着治疗的进展，耐受药物的癌细胞就会不断地生长，最终导致癌症复发。这是一个连续的动态变化，仅仅靠肿瘤组织活检很难完成相关检测。ctDNA分析具有识别多种并发耐药机制的潜力，可帮助更加有针对性的进行治疗。在HR+ HER-乳腺癌中，ctDNA分析显示不同患者的内分泌耐药途径不同，表明不同的转移可能产生不同的耐药机制。
此前组织测序研究表明，在单个转移部位，ESR1突变和MAPK通路改变是相互排斥的。但在ctDNA测序结果显示，ESR1突变与MAPK通路的改变共富集。与单个ESR1突变相比，多克隆ESR1突变患者中的MAPK通路改变显著增加。此外，该研究发现多克隆抗性与存活率低相关，ESR1和MAPK通路均有改变的HR+HER2-乳腺癌患者的总生存期为7.9个月，对于ESR1和MAPK通路均有突变的野生型患者总生存期为18.5个月。
图2. MAPK通路与ESR1突变共富集的多克隆抗性研究，来源：Nature Communications
利用丰富的临床试验数据，研究人员深入探索了ctDNA的突变数量、最大变异等位基因频率与临床病理数据的联系。结果表明，治疗途径与SNV/indel和mVAF的数量增加相关，其中未发生ctDNA突变的患者更可能接受较少的治疗。此外，TP53、GATA3、ESR1和PIK3CA的突变都反应了肿瘤向特定器官的转移。例如骨转移与ESR1和GATA3突变呈正相关，与TP53突变呈负相关。肝转移与ESR1突变呈正相关，但与TP53突变呈负相关。
图3. SNVs/indel（左）mVAF（右）与临床和病理特征的关联，来源：Nature Communications
研究人员还发现了许多治疗晚期乳腺癌的新方法。HER2突变在患有HER2+癌症且经过多轮HER2靶向治疗的患者中比例更高，表明获得性HER2突变是先前HER2靶向治疗产生耐药性的机制，为HER2+耐药性疾病确定了一种潜在的新治疗策略。研究表明，在 ctDNA中识别HER2扩增特异性较高。虽然敏感度仍然有限，但通过识别少数复发时获得的HER2扩增，复发性疾病活检仍可受益于HER2检测。同时，对于不适于复发疾病活检的患者，ctDNA检测可能提供了一个筛选HER2扩增的机会。
图4. HER2+癌症患者中HER2突变的发生率（按治疗方案分类），来源：Nature Communications
该研究对晚期乳腺癌患者进行了大规模的前瞻性ctDNA基因组分析，通过ctDNA测序绘制了晚期乳腺癌的新特征，证明了ctDNA分析具有亚克隆取样方面的能力，能够克服组织活检取样的空间异质性。此外，该研究还证明了ctDNA分析在确定癌症中的克隆结构、识别点突变、转移性肿瘤活检不明显的亚克隆抗性突变、建立克隆优势模式和表征驱动转移性乳腺癌多样化的突变方面具有巨大的临床和研究潜力。
[1] Vandekerkhove, G., Lavoie, JM., Annala, M. et al. Plasma ctDNA is a tumor tissue surrogate and enables clinical-genomic stratification of metastatic bladder cancer. Nat Commun 12, 184 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-020-20493-6
[2] Cresswell, G.D., Nichol, D., Spiteri, I. et al. Mapping the breast cancer metastatic cascade onto ctDNA using genetic and epigenetic clonal tracking. Nat Commun 11, 1446 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-15047-9
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