【佳學(xué)基因檢測】腫瘤轉(zhuǎn)移性基因檢測需要測定哪些位點？

轉(zhuǎn)移性腫瘤的基因突變特點

佳學(xué)基因腫瘤轉(zhuǎn)移性特點基因檢測成功從556名入組患者中獲得537例活檢樣本,并在500例轉(zhuǎn)移性癌癥患者中獲得完整的測序結(jié)果,成功率為93%。失敗原因包括活檢中缺乏腫瘤組織(37例,6.6%)、無法獲得活檢材料(19例,3.4%;患者拒絕活檢、體能狀況差、無法成像活檢部位、活檢不安全、組織量不足或參加其他臨床試驗)。大多數(shù)患者468例(93.6%)來自佳學(xué)基因腫瘤正確醫(yī)學(xué)850基因檢測組，但也有來自其他21家機(jī)構(gòu)的患者入組?；颊呷丝诮y(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)為258例(51.6%)男性、242例女性(48.4%)、460例(92%)高加索人、40例(8%)非高加索人。隊列中位年齡為59歲,年齡范圍18-86歲。

通過下圖1描繪了MET500隊列中的癌癥類型(n=20)。腫瘤轉(zhuǎn)移大數(shù)據(jù)隊列中前三大癌癥類型包括93例(18.6%)轉(zhuǎn)移性前列腺癌、91例(18.2%)轉(zhuǎn)移性乳腺癌和42例(8.4%)軟組織肉瘤。還有25例(5%)原發(fā)不明癌(CUP)。

圖1：轉(zhuǎn)移性腫瘤的類型

圖2突出顯示了MET500隊列中分析的多種轉(zhuǎn)移部位(n>30)。賊常見的轉(zhuǎn)移部位包括134例肝臟、114例淋巴結(jié)、46例肺、42例骨和32例腹腔實質(zhì)/腹水/胸腔積液。

對于每位患者,佳學(xué)基因檢測在腫瘤和體細(xì)胞DNA上進(jìn)行了配對的外顯子組測序,以鑒定可能的致病性變異并確定其為體細(xì)胞或生殖系來源。腫瘤和正常外顯子組的平均目標(biāo)覆蓋深度分別為180X和120X。平均腫瘤含量為62%。在目標(biāo)區(qū)域內(nèi),轉(zhuǎn)移性腫瘤的基因解碼平均在每位患者身上發(fā)現(xiàn)119個體細(xì)胞突變。對于大多數(shù)癌癥類型,與TCGA中的原發(fā)腫瘤相比,轉(zhuǎn)移灶中的突變數(shù)量顯著增加(圖3)。這種差異在原發(fā)期突變負(fù)擔(dān)較低的腫瘤類型中更為明顯,例如前列腺癌或腎上腺癌。為鑒定賊常見的、因此可能是致病性的遺傳改變靶點,佳學(xué)基因?qū)魏塑账嶙儺?SNV)、拷貝數(shù)變異(CNV)和基因融合進(jìn)行了綜合分析。對于每位患者和每個基因,轉(zhuǎn)移性腫瘤基因解碼根據(jù)失活突變頻率的增加和專家知識,將賊常見的突變基因分類為潛在的腫瘤抑制基因或癌基因(圖4)。基因解碼發(fā)現(xiàn)腫瘤抑制基因和癌基因均呈現(xiàn)長尾突變譜。TP53(266,53.2%)、CDKN2A(80,16%)、PTEN(79,15.8%)和RB1(68,13.6%)是賊常見的突變腫瘤抑制基因,而賊常見的突變癌基因包括PIK3CA(67,13.4%)、AR(63,12.6%)和KRAS(51,10.2%)?？偟膩碚f,腫瘤抑制基因在許多癌癥類型中發(fā)生改變(如TP53和RB1),而癌基因則更多與特定癌癥類型相關(guān)(如AR或GNAS)?；蚪獯a進(jìn)一步將變異頻率與原發(fā)腫瘤的情況進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)突變負(fù)擔(dān)的增加(圖3)與賊常見基因的遺傳異常頻率增加相一致(圖4)。

圖3：不同轉(zhuǎn)移性腫瘤的突變負(fù)荷

圖4：轉(zhuǎn)移腫瘤中的抑癌基因突變

轉(zhuǎn)移腫瘤所存在胚性突變

通過測序配對的體細(xì)胞DNA,我們鑒定出61例個體(12.2%)中涉及18個基因的63個推定致病性生殖系突變(PPGM),根據(jù)ClinVar專家的評審定義(圖2a)。其中包括30個有害的錯義突變、8個無義突變、20個框移突變和5個有害的剪接位點突變。75%的PPGM位于與DNA修復(fù)相關(guān)的基因,其中賊常見的是MUTYH(n=10,16%)、BRCA2(n=9,14%)、CHEK2(n=9,14%)和BRCA1(n=5,8%)。在DNA修復(fù)通路之外,佳學(xué)基因觀察到APC(n=6,9.5%)、MITF(n=5,8%)和HOXB13(n=3,5%)等其他基因中也存在PPGM。在鑒定的63個致病性等位基因中,5個等位基因此前未被報道,其余等位基因在ClinVar中已有致病性或可能致病性的注解記錄。在本研究中鑒定出PPGM的61例個體中,30例(49%)在腫瘤基因組中存在體細(xì)胞第二等位基因的異常,包括缺失雜合性,并表現(xiàn)出與致病性一致的分子表型(補充表4)。其余病例為所鑒定等位基因的攜帶者狀態(tài)。

轉(zhuǎn)移性腫瘤的胚系突變

a. MET500隊列中鑒定出的致病性生殖系改變。與DNA修復(fù)通路相關(guān)的變異用藍(lán)色陰影表示,而"其他"改變則用紅色陰影表示。

b. MET500隊列中鑒定出的致病性生殖系變異的基因水平示意圖。

接下來,我們將在MET500隊列中發(fā)現(xiàn)的PPGM基因的頻率與外顯子組聚合聯(lián)盟(ExAC)(http://exac.broadinstitute.org/)匯編的52,790例個體的群體頻率(不包括TCGA癌癥樣本17)進(jìn)行了比較。任何PPGM在轉(zhuǎn)移性癌癥中出現(xiàn)的比值顯著超過了ExAC所包含人群中的比值(OR=3.00,2.28-3.9,P=1×10-13)。在轉(zhuǎn)移序列中富集的分析基因包括BRCA1、BRCA2、APC、CHEK2、MITF、MLH1、NBN和RB1。

轉(zhuǎn)移腫瘤的融合基因突變譜

為鑒定激活性和失活性基因融合,轉(zhuǎn)移性腫瘤基因突變基因解碼分析了來自496例轉(zhuǎn)移性腫瘤RNA的868個轉(zhuǎn)錄組文庫。這些融合連接點涉及12,027對獨特基因?qū)?平均每個腫瘤34個基因融合,源自各種結(jié)構(gòu)異常(圖3a)。不同腫瘤類型的融合負(fù)擔(dān)存在較大差異。199例(39.8%)至少harbored一個推定致病性融合,其中138個是激活性融合,103個是有害融合。激活性融合可分為DNA結(jié)合(n=88)、蛋白激酶(n=29)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(n=21)(圖3b)。失功能融合可分為典型腫瘤抑制基因(n=59)、染色質(zhì)修飾基因(n=35)和參與細(xì)胞粘附的基因(n=9)。賊常見的融合腫瘤抑制基因是NF1(n=18)、TP53(n=11)、PTEN(n=11)和RB1(n=6)。有趣的是,佳學(xué)基因在轉(zhuǎn)移性癌癥中鑒定出一系列8對新的融合對,基因解碼認(rèn)為這些融合對具有致病性(圖3c)。其中包括帶有新合作伙伴的激活性FGFR、BRAF和ALK融合,擴(kuò)展了這些可臨床靶向的融合的融合伙伴和癌癥類型范圍。具有功能域的新基因融合包括子宮平滑肌肉瘤的GREB1-NR4A3、舌頭多形性低級腺癌的POC5-PRKD1和未分化高級肉瘤的CIC-CITED1。Notch融合分為兩類,預(yù)計對γ-分泌酶抑制劑敏感(如NOTCH2-SPAG17)和不依賴于γ-分泌酶加工的融合(如PARS2-NOTCH2)。

佳學(xué)基因轉(zhuǎn)移性腫瘤基因解碼的優(yōu)勢特點

 

測序成本的降低導(dǎo)致將綜合測序廣泛應(yīng)用于癌癥研究和正確腫瘤學(xué)。因此,佳學(xué)基因解碼建立了實時臨床測序計劃來探索臨床轉(zhuǎn)化的實際挑戰(zhàn),同時描繪晚期癌癥的基因組景觀。由此產(chǎn)生的 MET500 隊列代表了對廣泛轉(zhuǎn)移性癌癥的遺傳和轉(zhuǎn)錄組異質(zhì)性的新穎評估。

轉(zhuǎn)移性癌癥在不同譜系中的突變頻率分布極為長尾,只有較少的基因以較高頻率發(fā)生突變。佳學(xué)基因轉(zhuǎn)移腫瘤基因解碼發(fā)現(xiàn)12.2%的病例harbored潛在致病性的生殖系變異,其中大部分(75%)與 DNA 修復(fù)通路有關(guān)。DNA 修復(fù)通路的突變具有治療意義;高突變腫瘤可能響應(yīng)免疫檢查點抑制劑,而HR缺陷可能提示對PARP抑制劑敏感。可能致病性生殖系變異的高患病率提示,應(yīng)考慮為轉(zhuǎn)移患者進(jìn)行遺傳咨詢和相關(guān)的生殖系檢測。

通過整合全外顯子組測序和RNA測序,轉(zhuǎn)移性腫瘤基因解碼能夠證明轉(zhuǎn)錄組分型提供了臨床重要且補充的分子信息。佳學(xué)基因的分析結(jié)果展示了如何在臨床環(huán)境中應(yīng)用RNA測序來表征基因融合、基因表達(dá)異常值、轉(zhuǎn)錄通路和免疫微環(huán)境。在MET500隊列中,37%的病例harbored推定驅(qū)動性融合或腫瘤抑制基因的失活性融合。RNA-seq數(shù)據(jù)在表征活躍于腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄網(wǎng)絡(luò)以及轉(zhuǎn)移腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮了重要作用,并提示轉(zhuǎn)移性腫瘤顯著去分化,但保留一些組織和癌癥特異性的基因表達(dá)模式。通過基因解碼能夠區(qū)分兩種不同類型的轉(zhuǎn)移:增殖型和EMT型。有趣的是,增殖型腫瘤與代謝增加和應(yīng)激反應(yīng)有關(guān),而EMT型腫瘤與炎癥相關(guān)的簽名有關(guān)。

在免疫療法背景下,機(jī)制驅(qū)動的生物標(biāo)記物能夠闡明特定的免疫檢查點或免疫逃逸機(jī)制尤其有價值。然而,免疫生物標(biāo)記物需要描繪包括腫瘤基因型(如突變負(fù)擔(dān))、表型(如PD-L1表達(dá))和宿主應(yīng)答(如存在CD8+T細(xì)胞)在內(nèi)的復(fù)雜疾病狀態(tài)。為實現(xiàn)全面的免疫基因組分型,佳學(xué)基因解碼利用了DNA和RNA測序數(shù)據(jù),使得基因解碼不僅能夠表征腫瘤基因型,還能夠表征宿主免疫反應(yīng)的表型。佳學(xué)基因的結(jié)果證明了利用RNA-seq數(shù)據(jù)區(qū)分免疫學(xué)和潛在臨床上不同亞型的轉(zhuǎn)移性腫瘤的可行性,突出了臨床RNA測序在監(jiān)測腫瘤微環(huán)境和指導(dǎo)免疫療法方法方面的潛力。

腫瘤的基因解碼將轉(zhuǎn)移性癌癥隊列的分子特征與原發(fā)癌癥隊列進(jìn)行了比較,但并未利用來自個體病例的原發(fā)和轉(zhuǎn)移活檢的配對樣本。對配對樣本的測序可能會進(jìn)一步闡明腫瘤演化、治療耐藥和免疫相互作用背后的過程。

轉(zhuǎn)移性腫瘤的基因解碼所代表的轉(zhuǎn)移性實體腫瘤隊列是針對原發(fā)癌癥所開展研究的有力補充。轉(zhuǎn)移性癌癥在遺傳、轉(zhuǎn)錄組和微環(huán)境水平上均具有高度異質(zhì)性。因此,晚期癌癥治療的重大進(jìn)展將取決于我們學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)移性異質(zhì)性的治療意義并開發(fā)出能夠?qū)⒒颊吲c賊有前景的療法相匹配的篩查方法和臨床試驗設(shè)計的能力。

支持本文論述的科學(xué)文獻(xiàn)