导读
近日，中山大学附属肿瘤医院周宁宁教授联合吉因加基因研究院，利用多区域全外显子测序技术全面揭示了小细胞肺癌（SCLC）的肿瘤突变负荷、瘤内异质性、进化和潜在生物标志物，旨在提供手术切除SCLC的肿瘤内异质性图谱。全文《Multi-region exome sequencing reveals the intratumoral heterogeneity of surgically resected small cell lung cancer》刊发于Nature Communications杂志（IF = 14.919，中科院1区Top期刊）。
主要发现
该研究团队对来自于40例手术切除SCLC患者的120份肿瘤样本进行了多区域全外显子测序研究，综合分析其体细胞突变、拷贝数变异、肿瘤纯度、新生抗原和肿瘤内异质性（ITH）等内容。结果发现，最常见的突变基因是TP53和RB1，基于体细胞突变和拷贝数变异数据，均可观察到中等程度的瘤内异质性。就突变分布、ITH、肿瘤突变负荷（TMB）、克隆进化和基因特征而言，复合型小细胞肺癌（C-SCLC）患者的表现与单纯型小细胞肺癌（P-SCLC）患者大致相同，类似的情况也出现在吸烟与未吸烟组；EGFR突变与野生型组。每个克隆中的TMB（TMB/Clone）越高，无疾病生存率越高，而体细胞突变ITH（SNV ITH）与总生存率负相关，上述指标有望作为SCLC的预后生物标志物。
研究结果
研究队列包括40例手术切除SCLC患者，其中包含6例为复合型小细胞肺癌。表1显示了患者的临床特征。患者年龄中位数为62岁。大多数患者为男性（35，87.5%），有吸烟史（31，77.5%）。所有患者均接受了手术治疗，肿瘤大小平均为22.5mm。约65%的患者在术后接受进一步治疗。中位随访时间中位数为22.82个月。
表格1.小细胞肺癌队列临床信息
研究团队对120份SCLC FFPE样本（每位患者3个区域）进行多区域外显子组测序（MRS）。结果显示，共检测到33,153个非沉默体细胞突变；最常见的突变基因是TP53（88%）和RB1（72%），均为主克隆突变；LRP1B（22%）、PCLO（15%）和KMT2D（15%）为亚克隆突变；年龄、BRCA1/2、烟草和黄曲霉毒素相关突变特征是主要突变的特征（图1a）。基于基因突变分布数据可观察到SCLC患者SNV存在显著差异（图1b），亚克隆突变占比范围在17%-100%之间（图1c），SNV ITH水平处于中等水平，与TRACERx研究中涉及的NSCLC数据无显著差异。
图1.SCLC突变图谱
SCLC体细胞拷贝数变异（CNV）主要包括1号、12号、18号、19号、20号、3p、5p、6p和8q染色体的扩增及4号、10号、3p、5q、13q、15q、16q、17q、21p和11q染色体的缺失（图2a）。显著扩增的区域包括1p34.2 (HEYL), 1q21.3 (APH1A), 2p24.3 (MYCN), 3q29 (PIK3CA), 5p13.2 (IL7R), 6p22.3 (E2F3), 8q24.21 (MYC) and 9p24.1 (CD274, PDCD1LG2)；显著缺失的区域包括3p12.1,4q13.2, 5q35.3, 9q21.11(CBWD3), 10q23.31 (PTEN), 13q14.2 (RB1), 14q11.2, 15q25.3 (NTRK3), 19p12 (ZNF429), and 22q11.1 (图2b-c)。基于CNV数据评估的瘤内异质性水平（CNV ITH）的中位数为0.485（图2d）。
图2.SCLC拷贝数变异
研究团队利用多区域检测到的体细胞突变数据构建系统发育树。图3a按疾病分期分组展示了每个患者的系统发育树（图3a）。其中，TP53、EGFR和CREBBP等基因突变是参与SCLC进化的常见早期克隆事件（图3b），而RB1和其他突变是晚期克隆事件。
图3. SCLC系统发育树和进化
研究人员发现ITH与其他临床变量（包括病理、吸烟史、EGFR突变状态和肿瘤分期）之间无显著相关性（图4a-b）;P-SCLC及C-SCLC、吸烟者及非吸烟者和EGFR突变型及野生型患者的ITH、TMB和突变克隆数水平相似，基因特征和突变图谱也都没有显著差异（图4）。
图4.不同亚型SCLC的基因特征
图5a展示了该队列的临床病理信息。单因素分析发现TMB/克隆数量比值（TMB/Clone）越高，无进展生存期（DFS）越长，而SNV ITH与总生存期（OS）相关，研究并未观察到DFS、OS与TMB、CNV ITH、突变克隆数或肿瘤分期之间的相关性（图5b-c）。对年龄、肿瘤大小、肿瘤分期和吸烟状况进行校正后，多因素分析结果再次证实TMB/Clone与更长的DFS相关，SNV ITH与更差的OS相关（图5d-e）。
图5. SCLC瘤内异质性与临床特征之间的关系
研究结论
该研究通过对小细胞肺癌肿瘤样本进行多区域外显子测序研究，系统探索了ITH评分与临床病理特征之间的关系，结果发现手术切除SCLC存在中等程度的肿瘤内异质性，而且肿瘤内异质性独立于常见的临床病理特征，与病理类型、吸烟史和驱动基因突变状态无关。多因素分析发现TMB/Clone、SNV ITH与疾病复发进展和生存相关，有望作为SCLC的预后生物标志物。综上，该研究提示SCLC肿瘤内异质性广泛存在，并与治疗失败有关，后续需要进一步研究其与治疗敏感性/耐药性的关系。
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参考文献：
1. Zhou, H., Hu Y., Luo R. et al. Multi-region exome sequencing reveals the intratumoral heterogeneity of surgically resected small cell lung cancer. Nat Commun.2021 Sept.doi:10.1038/s41467-021-25787-x.
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