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導(dǎo)讀：
癌癥之間都有共同的特征，但癌癥這種疾病沒有特效藥。在識別腫瘤的動態(tài)發(fā)生以及腫瘤的診斷、預(yù)后和治療中，不同癌癥類型之間的差異和相似之處的研究提供的信息至關(guān)重要。我們現(xiàn)在知道癌癥在起源和基因改變方面都有很大的不同。與此同時，關(guān)鍵驅(qū)動基因突變、通路改變、免疫和微生物特征等方面存在共性。隨著大家越來越重視針對癌癥間共性的治療方法。作者在這里總結(jié)了泛癌研究的各個方面，并介紹它們?nèi)绾瓮苿觽€性化醫(yī)學(xué)的進(jìn)展。
文獻(xiàn)閱讀：
臨床迫切需要確定分子生物標(biāo)記物和藥物靶點，這促使我們探索癌癥進(jìn)展、轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)以及與治療耐藥有關(guān)的基因。泛癌癥分析可以精確描述單一癌種的基因和多種癌癥相關(guān)的基因。泛癌研究需要足夠大的隊列來進(jìn)行有統(tǒng)計意義的分析。在早期的泛癌研究中，科學(xué)家們確定了ARID1A、TP53、KRAS、PIK3CA和PTEN是許多不同癌癥類型中最頻繁突變的基因。隨著TCGA和其他項目的擴(kuò)大，泛癌癥分析的范圍和力量也越來越大(圖1)。驅(qū)動基因的數(shù)量達(dá)到299個成員。TP53在27種癌癥中扮演著重要角色。PIK3CA、KRAS、PTEN和ARID1A也是重要的驅(qū)動基因，每種都至少與15種癌癥有關(guān)。另外，泛癌全基因組分析(Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes , PCAWG)增加了研究非編碼突變的能力，揭示了PGR、ERBB4和PTPRD中頻繁突變的3‘非翻譯區(qū)(圖3)。同樣，兒科癌癥的驅(qū)動基因呈Pareto-like分布，其中TP53再次位居榜首，其次是H3-3A、ATRX和CTNNB1。作者認(rèn)為，雖然大多數(shù)高頻的泛癌基因已經(jīng)被識別出來，如TP53和PIK3CA，但仍然有大量的低頻基因有待發(fā)現(xiàn)。
Hoadley等人將12種癌癥分成11個亞型，其中只有5個亞型起源于同一組織，后續(xù)的COX分析提示不同亞型的生存和預(yù)后不同。在TCGA中，將這些分析擴(kuò)展到33種癌癥類型，得到了28種分子亞型（圖2）。腫瘤類型可分為四個系統(tǒng)：pan-gynecological,pan-squamous, pan-gastrointestinal和pan-kidney，其中最多樣化的類別可以涉及25種腫瘤類型。通過PCAWG，將這種亞型分析方法應(yīng)用到轉(zhuǎn)移性實體腫瘤，建立不同癌癥類型之間的聯(lián)系。泛癌方法還便于對特定器官中的癌癥亞型進(jìn)行直接比較。舉個例子，腎透明細(xì)胞癌(KIRC)和乳頭狀細(xì)胞癌(KIRP)分別起源于近端腎小管和較遠(yuǎn)端腎段。然而，分子研究表明，KIRP與KIRC和腎臟近端小管有高度相似的基因表達(dá)特征，這暗示了兩者共同起源于近端小管。KIRC和KIRP的突變和轉(zhuǎn)錄特征與腎嫌色細(xì)胞癌（起源于遠(yuǎn)端腎單位）的突變和轉(zhuǎn)錄特征不同。這些例子表明，基于起源和組織病理學(xué)的傳統(tǒng)癌癥分類可以通過分子特征來修改和改善(圖2-4)。當(dāng)然，目前泛癌研究還有不足，如樣本量在不同腫瘤之間分布不平衡；一些樣本處理方式，如福爾馬林和樹脂包被也可能會對檢測造成影響。樣本的純度也會影響檢測的準(zhǔn)確性。
體細(xì)胞發(fā)生突變的特征在癌變的過程中發(fā)揮重要的作用。外源性的致癌因素和內(nèi)源性的缺陷都可以導(dǎo)致突變在細(xì)胞內(nèi)積累。外源性因素，如吸煙或紫外線(UV) 。內(nèi)源性缺陷，如DNA錯配修復(fù)(MMR)或APOBEC酶。如在皮膚癌中，紫外線促進(jìn)了嘧啶二聚體的產(chǎn)生，而且是以 C>T為主導(dǎo)的突變。而煙草中的多環(huán)芳香烴則常造成C>A突變，這種特征在肺癌、頭頸部腫瘤中被發(fā)現(xiàn)。內(nèi)源性DNA損傷修復(fù)和MMR缺陷相關(guān)的突變特征強(qiáng)調(diào)了基因組穩(wěn)定性會增加患癌癥風(fēng)險。例如，腫瘤抑制基因BRCA1和BRCA2參與了基于同源重組的DNA雙鏈斷裂修復(fù)。具有BRCA1和/或BRCA2突變的癌癥會在雙鏈斷裂點出現(xiàn)大量的微同源缺失。這些突變及其相關(guān)特征在乳腺癌、卵巢癌和胰腺癌中顯著存在，攜帶有此類突變的腫瘤對PARP抑制劑有較好的抗腫瘤應(yīng)答。相反，MMR這一組基因的缺陷會導(dǎo)致微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI)突變特征。在癌癥中，MMR缺陷和高M(jìn)SI會導(dǎo)致新抗原的增加有關(guān)，從而增強(qiáng)了使用免疫檢查點阻斷的免疫治療的效果。MSI在結(jié)直腸癌、子宮內(nèi)膜癌和胃癌中最為常見，但MSI陽性存在于十多種癌癥中。這可能與頻繁的細(xì)胞更替有關(guān)，而在與紫外線或者芳香烴相關(guān)的腫瘤中MSI則較少，提示MSI可能與腫瘤病因相關(guān)。測序技術(shù)的進(jìn)步使MSI檢測更為精確、成本更低。相信在不遠(yuǎn)的將來，這些指標(biāo)可能會進(jìn)入廣泛的臨床應(yīng)用。根據(jù)中心法則，遺傳信息需要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄、翻譯、翻譯后修飾才能形成蛋白質(zhì)，目前大規(guī)模的蛋白質(zhì)組學(xué)研究如CPTAC有望揭示更多腫瘤的蛋白質(zhì)組學(xué)特征。
雖然在所有類型的癌癥中，癌細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境(TME)之間的相互作用著引導(dǎo)腫瘤發(fā)展的作用，但TME中細(xì)胞和非細(xì)胞成分的組成在各種癌癥之間存在很大差異，這可能會導(dǎo)致腫瘤進(jìn)展的速度、侵襲力或治療反應(yīng)的差異。例如，在胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)中，TME通常構(gòu)成腫瘤的大部分。PDAC的TME包含不同數(shù)量的癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞(CAF)，包括肌纖維母細(xì)胞CAF、炎癥性CAF和抗原遞呈CAF，而細(xì)胞毒性自然殺傷細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞卻并不常見，這些動態(tài)變化創(chuàng)造了一個免疫抑制和促進(jìn)分裂的微環(huán)境。盡管PDAC的TME具有高度的異質(zhì)性，但與其他類型的癌癥相比，發(fā)現(xiàn)大量的細(xì)胞外基質(zhì)是很常見的。單細(xì)胞組學(xué)正在成為識別不同癌癥基質(zhì)細(xì)胞亞群的重要工具。針對肺癌、結(jié)直腸癌、卵巢癌和乳腺癌的單細(xì)胞研究確定了68種基質(zhì)細(xì)胞亞群，其中46種是不同癌癥類型之間共有的，22種是獨有的。TME中的免疫細(xì)胞塑造腫瘤進(jìn)展，并代表免疫治療的靶點。Thorsson等人通過分析TCGA數(shù)據(jù)庫，定義了6個免疫微環(huán)境亞型：wound healing, interferon (IFN)-γ dominant, inflammatory, lymphocyte depleted, immunologically quiet and transforming growth factor (TGF)-β dominant。免疫亞型的分類可能有助于預(yù)測疾病的結(jié)果。對腫瘤免疫環(huán)境的泛癌分析揭示了腫瘤和免疫細(xì)胞之間相互作用、免疫編輯史、細(xì)胞毒性水平和腫瘤特征以及腫瘤炎癥標(biāo)志物(由多基因表達(dá)組反映)在預(yù)測免疫治療反應(yīng)方面的潛在臨床應(yīng)用。TME和癌癥轉(zhuǎn)移相關(guān)。轉(zhuǎn)移灶較原發(fā)灶VAF（Variant Allele Frequency，變異等位基因頻率）更高，且全基因組復(fù)制的發(fā)生率更高，約96%的驅(qū)動基因被克隆。這些發(fā)現(xiàn)表明，在實體腫瘤中，異質(zhì)原發(fā)腫瘤中的亞克隆通過與TME的特殊相互作用而轉(zhuǎn)移是很常見的。盡管不同的腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移的部位不同，泛癌研究仍有可能揭示亞克隆的分子特征和轉(zhuǎn)移部位微環(huán)境之間的相互作用，以及不同腫瘤的轉(zhuǎn)移傾向。
泛癌的發(fā)現(xiàn)可能會對臨床產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。例如，Berger等人在TCGA婦科-乳腺癌隊列中識別了分子亞型，這些亞型預(yù)示出5年生存率的顯著差異(圖2)。Chen等人發(fā)現(xiàn)了一種以SYK為靶點的增強(qiáng)子，可以作為六種癌癥類型預(yù)后不良的指標(biāo)。Wang等人發(fā)現(xiàn)，由YAP1和TAFAZZIN的改變錨定的Hippo通路中的特征可以預(yù)測多種癌癥類型的預(yù)后。這方面的研究和數(shù)據(jù)積累非常迅速。如公共數(shù)據(jù)庫CIViC和OncoKB進(jìn)一步推動了這一進(jìn)展，這些數(shù)據(jù)庫將驅(qū)動基因突變的臨床意義和相關(guān)的信息系統(tǒng)化。
不同癌癥類型但攜帶共同驅(qū)動基因突變的患者可能受益于相同治療(圖4)。例如，針對致癌BRAFV600突變的藥物現(xiàn)在是治療黑色素瘤的中流砥柱。BRAFV600突變上調(diào)MAPK激酶途徑。然而，BRAFV600突變在許多其他類型的癌癥中也存在，包括多發(fā)性骨髓瘤、結(jié)直腸癌和非小細(xì)胞肺癌，但頻率較低。一項basket研究借用了vemurafenib，一種通常用于黑色素瘤的選擇性BRAFV600激酶抑制劑，用于治療攜帶BRAFV600突變的非黑色素瘤癌癥。在攜帶BRAFV600突變的非小細(xì)胞肺癌隊列中，vemurafenib治療的有效率遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)二線多西紫杉醇治療。然而，在同一項研究中的BRAFV600結(jié)直腸癌隊列中，vemurafenib的單一治療顯示出很小的治療效果。因此，這種“basket”療法的有效性似乎會受到特定癌癥類型的特征影響。
basket試驗可能為“頑固性癌癥”（包括沒有標(biāo)準(zhǔn)治療、治療反應(yīng)低或副作用難以控制的癌癥）提供治療方案。Molecular Analysis for Therapy Choice (NCI-Match)計劃驗證了這一方法，該計劃旨在系統(tǒng)地利用測序結(jié)果來指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)治療后進(jìn)展的癌癥患者和罕見癌癥患者。NCI-Match將治療與基因異常而不是癌癥類型聯(lián)系起來，但規(guī)模比單獨的籃子basket大得多，并推動治療顯示出更明確的研究前景。ComboMATCH思路類似，計劃從臨床前研究中尋找合適的藥物組合（圖4）。這些技術(shù)的成熟有望促進(jìn)個體化治療方案的進(jìn)步。
泛癌分析目前面臨了各種挑戰(zhàn)，比如需要大量的數(shù)據(jù)、復(fù)雜的生物信息學(xué)分析。反映了當(dāng)時的技術(shù)，TCGA樣品主要通過整體外顯子組和全轉(zhuǎn)錄組測序以及單核苷酸多態(tài)性微陣列進(jìn)行分析，另外還有亞硫酸氫測序、microRNA配對以及蛋白質(zhì)陣列。這些數(shù)據(jù)就形成了癌癥基因組分析的概要，包括(1)突變和識別變體以推斷對腫瘤發(fā)展的影響。(2)基因組和表觀基因組對轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的影響。(3)靶向治療和免疫治療的療效預(yù)測。
展望癌癥基因組學(xué)的下一階段，單細(xì)胞和單細(xì)胞核測序更為亮眼。因為他們能夠更細(xì)致地解析腫瘤對異質(zhì)性（圖1）。單細(xì)胞和單核測序可以增大數(shù)據(jù)量，以獲得更完整的驅(qū)動基因突變動態(tài)圖，目前正被應(yīng)用于研究化療耐藥性、轉(zhuǎn)移、免疫治療的意義等?？傊畣渭?xì)胞組學(xué)正在迅速成為分析癌癥分子變化和生物標(biāo)志物的常用工具。多組學(xué)研究、數(shù)據(jù)分析和生物信息學(xué)的進(jìn)展也被廣泛用于泛腫瘤研究。實驗工具也促進(jìn)了將泛癌癥分析向臨床的轉(zhuǎn)化。像PDX目錄包括各種分子亞型和基因突變圖譜，這對于藥物或聯(lián)合療法的臨床前測試是非常寶貴的(圖4)。另有Cancer Cell Line Encyclopedia（CCLE）、Cancer Dependency Map(DepMap) 這些資源可以加強(qiáng)基因組突變和癌癥代謝動力學(xué)之間關(guān)系的研究，以找出癌癥類型中可用藥的靶點。
總結(jié)和展望
癌癥基因組學(xué)的研究已進(jìn)入泛癌時代，隨著包括HTAN和CPTAC項目的不斷擴(kuò)大，單細(xì)胞組學(xué)、空間組學(xué)、整合多組學(xué)和多重成像的應(yīng)用將會有更多、更高分辨率的泛癌多維數(shù)據(jù)?；A(chǔ)和臨床前泛癌的研究為正在進(jìn)行的臨床試驗奠定了基礎(chǔ)，除了組織起源以外，應(yīng)該更多地關(guān)注潛在的分子改變?？傊?，在測序技術(shù)和生信分析進(jìn)步的支持下，泛癌癥研究將繼續(xù)發(fā)現(xiàn)并利用不同癌癥類型間共性和差異，以實現(xiàn)醫(yī)療的最終目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)：
1. Chen F, Wendl MC, Wyczalkowski MA, Bailey MH, Li Y, Ding L. Moving pan-cancer studies from basic research toward the clinic. Nat Cancer Sep 2021;2(9):879-890.doi:10.1038/s43018-021-00250-4 .
