2022-08-07 20:51·
BioArtMED撰文 | 春晓
血液中的循环肿瘤DNA（Circulating tumor DNA，ctDNA）在早期诊断、选择治疗以及复发监测中可能会为医生带来许多有意义的信息，从cfDNA片段模式可以推断核小体定位，因此可能解密基因组、转录组和表观基因组的整合。这些信息对于揭示肿瘤发生、转移及肿瘤耐药性机制有多大的潜力目前还亟待挖掘。
之前的研究主要采用全基因组测序，或使用新鲜组织，或跟踪某个突变的动态，缺乏深度的临床-基因组分辨率分析，ctDNA和肿瘤转移灶的时间之间、和动态变化之间存在什么关系，也不明确。因此，对患者临床样本ctDNA进行深度全基因组测序分析可能能给临床医生带来大量有用信息。
2022年7月20日，加拿大哥伦比亚大学泌尿科学系的Alexander W. Wyatt研究小组在Nature杂志上发表题为Deep whole-genome ctDNA chronology of treatment-resistant prostate cancer的研究论文，在这篇研究论文中，作者首次对去势抵抗性前列腺癌的ctDNA及转移活检组织进行了深度全基因组测序，发现患者血液中的ctDNA能够完成对前列腺癌进行进化分析、克隆动态形成、基因组和转录组深度分析，突破了以往只能使用新鲜组织的限制，为临床遗传学研究开启了液体活检的新模式，为临床上的遗传学新发现带来无限可能。
作者对33例转移性去势抵抗前列腺癌（mCRPC）患者、15例前列腺癌患者转移灶样本、2例转移性神经内分泌前列腺癌患者样本、2例转移性膀胱癌患者的ctDNA进行了深度全基因组测序，另有5例ctDNA不可检测的对照样本，进行分析比对（图1）。共鉴定出687293个体细胞突变和16200个结构重排。位列前几位的抑癌基因失活包括TP53（73%）、PTEN（48%）和RB1（18%）。从亚克隆拷贝数多样性分析结果看，转移肿瘤组织表现出较少的亚克隆拷贝数多样性和更大的群体同质性。
图1：高分辨率ctDNA和转移肿瘤组织全基因组测序。
肿瘤内异质性可能导致治疗失败，解决亚克隆异质性和进化模式可能会提高对疾病和获得性治疗耐药性机制的理解【1】。因此，作者自行开发了亚克隆重组重建程序，并将其应用于队列分析，平均每个患者检测到2.9个亚克隆群体，系统发育树拓扑和分子计时的多样性代表mCRPC进化的不同模式（图2）。研究发现全基因组倍增（whole-genome duplication，WGD）存在一致性，且ctDNA的亚克隆异质性增加。
驱动去势抵抗的重要分子是雄激素受体AR，作者队列中95%的cfDNA样本都观察到了AR变异，包括18% LBD缺失、48% AR基因和/或上游增强子扩增、以及7%LBD截断结构变异（图2）。与组织活检相比，ctDNA体现出了自己的优势，活检转移组织的平均ctDNA贡献率为19%，说明ctDNA来源于不同的转移灶，每个转移灶占总ctDNA的一小部分。测序结果中最大的差异集中在AR基因或者其增强子上，表明在AR靶向治疗中，AR位点的改变是驱动克隆扩增的关键。62%的患者显示AR基因和/或增强子拷贝数和/或LBD突变等显著变化。
图2：ctDNA的肿瘤克隆组成。
由于核小体在凋亡过程中保护DNA，导致了cfDNA不同的片段模式，因此作者检测了cfDNA片段模式与组织mRNA表达之间的关系，证明了二者的高度相关性。转录起始位点核小体缺失的程度与患者匹配的组织mRNA表达密切相关，高ctDNA分数样本中的cfDNA核小体谱反映了转移病灶中的整体转录组学模式。同时还发现，转移组织mRNA表达也与第一外显子-内含子连接处的cfDNA核小体缺失密切相关，包括AR在内的高表达基因显示其cfDNA测序覆盖率相对较低，与cfDNA在高RNA聚合酶活性区域的保护作用降低一致。
mCRPC能够通过减少AR信号依赖性和增加细胞神经内分泌表型来获得对AR抑制剂的耐药性【2】，作者检测了3224个前列腺癌AR结合位点（ARBS）的cfDNA核小体占有率，以检测使用cfDNA推断患者AR信号活性是否可行，结果大部分样本表现出了AR信号通路的激活。作者还在一名使用AR抑制剂的患者中分三个时间点采集了cfDNA，验证了该方法的可靠性。
总而言之，这项研究对侵袭性前列腺癌患者进行了深度全基因组测序，全面评估了基因组改变。在此之前，解决全基因组分析只能在新鲜组织中进行，然而这项研究通过血液中的ctDNA分析发现具有高比例ctDNA的样本能够对去势抵抗性前列腺癌进行进化分析、克隆动态形成以及基因组和转录组的深度分析。这项成果表明液体活检可以作为多组学发现的工具，为癌症生物学带来新见解。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04975-9
制版人：十一
参考文献
1. Dentro, S. C. et al. Characterizing genetic intra-tumor heterogeneity across 2,658 human cancer genomes.Cell 184, 2239–2254 (2021).
2. Davies, A. H., Beltran, H. & Zoubeidi, A. Cellular plasticity and the neuroendocrine phenotype in prostate cancer. Nat. Rev. Urol. 15, 271–286 (2018).
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