肺癌专题肺癌基因组学发现在临床中的意义
文章题目：Clinical Implications of Genomic Discoveries in Lung Cancer
研究人员：Charles Swanton, M.D., Ph.D. , and Ramaswamy Govindan, M.D.
发表时间：2016.05
期刊名称：The New England Journal of Medicine
影响因子：72.405
研究背景
肺癌是对人类健康和生命威胁最大的恶性肿瘤之一，近90%的肺癌由吸烟导致。主要的肺癌类型包括：腺癌、鳞状细胞癌、小细胞癌、大细胞神经内分泌癌和肺类肿瘤。尽管不同组织亚型的肺癌会携带一些相同的变异，但大部分基因组变异还是截然不同的。在本综述中，我们探讨了近年来与腺癌、鳞状细胞癌和小细胞癌相关的基因组学分析以及它们在方面的应用。
1.    基因组改变
基因组景观
与吸烟相关的肺癌是少数几个有高突变负荷的癌症之一。在肺腺癌中，相较于非吸烟者，吸烟者更容易发生C->A的颠换。吸烟者肺部恶性组织样本的全外显子测序表明，不考虑组织学亚型，在100万个碱基对中平均存在8-10个体细胞突变。在非吸烟的腺癌患者的样本中，100万个碱基对中大概有0.8-1个突变，突变率要明显要低很多。大量的体细胞拷贝数变异和基因重排进一步说明了肺癌基因组的复杂性。如此高的突变负荷，对试图发现新的低频变异的研究人员带来了特殊的挑战，需要大量样品（约3000）来得到一个完善的候选肿瘤基因集，以涵盖吸烟者的肺癌患者中突变频率大于2%的基因。
染体变异和基因拷贝数变异
肺癌患者肿瘤样本的拷贝数分析确定了不同亚型之间常见的一些变异和特定亚型肿瘤中的变异。比如，3号染体的短臂上有一些抑癌基因，经常在肺癌发展早期发生缺失，它们在肺癌的各种亚型中都有发生。在肺癌患者中比较常见的缺失基因座为CDKN2A。包含种系特异性致癌基因的染体扩增区域通常具有组织特异性，比如在鳞状细胞癌和小细胞癌中位于3号染体的长臂上的SOX2, 在腺癌中位于14号染体的长臂上的NKX2-1。在肺癌患者中，
多态性的作用已经报道了大量的体细胞拷贝数变异，包括致癌基因的扩增和肿瘤抑制基因的缺失，如Table1所示。
Table1.     肺腺癌，鳞状细胞癌和小细胞癌的复发性分子改变
DNA单核苷酸改变、插入和缺失
二代测序使得单碱基的检测具有较好的精确度。来自TCGA及其他机构的研究人员报道了许多肺腺癌、鳞状细胞癌和小细胞癌的基因组变异，如Table 1所示。在肺腺癌中最常见的突变致癌基因有：KRAS (33%)，EGFR (14%)，BRAF (10%)，PIK3CA (7%)和MET (7%)。涉及抑癌基因的突变有：TP53 (46%)，TK11 (17%)，EAP (17%)，NF1 (11%)，RB1(4%)和CDKN2A (4%)。约10%的肺腺癌携带染质修饰基因(SETD2, ARID1A, SMARCA4)和RNA剪接基因(RBM10、U2AF1)中的突变。TCGA的数据表明：在颠换率低的组，相较于其他突变，EGFR突变更为常见（在无吸烟史的人中富集）；在颠换率高的组，TP53、KRAS、NF1、STK11和RBM10突变更为常见（在有吸烟史或目前在吸烟的人中富集）。
尽管在肺腺癌和鳞状细胞癌中存在一些共有的突变，如TP53和CDKN2A，然而鳞状细胞癌的特征在于低频的编码受体络氨酸激酶基因突变（RTK）和高频的抑癌基因缺失，如 PTEN、NOTCH1、 RB1。CDKN2A通常发生纯合缺失（29%），其次是甲基化（21%），失活突变（18%），跳过1β外显子的剪接变异（4%）。
小细胞肺癌的特征在于一些基因的复发性失活突变：RB1、RBL1、RBL2、TP53和PTEN；RNA调控基因（XRN1）；编码G蛋白伴随受体信号分子的RGS7和FPR1基因；具有中心体
调控功能的ASPM、ALMS1、PDE4DIP。在一项关于小细胞肺癌体细胞变异的研究中，对110个肿瘤样本进行全基因测序，结果表明在13%的样本中TP73的突变和重排导致了致癌基因被激活，1/4的样本存在NOTCH家族基因失活突变。
表观遗传改变
通过表观修饰，与肺癌相关的几种抑癌基因被沉默。肺腺癌中已经报道了染质修饰基因（SMARCA4,ARID1A, SETD2）中存在突变。一种肺腺癌亚型富集了SETD2突变和CDKN2A甲基化，被鉴定为CpG岛高甲基化表型。在小细胞肺癌中，CREBBP和 EP300的突变影响了组蛋白乙酰转移酶活性，甲基化转移酶基因MLL中也存在突变。
转录组变异
肿瘤标本的转录组分析得到了一些重要的发现，包括：DNA序列改变对转录本的影响，剪接位点突变和基因融合。U2AF1基因调控3′剪接位点的选择。3%的肺腺癌患者的U2AF1基因存在突变，它与许多基因的不适当剪接选择相关。在肺腺癌中，剪接位点突变会导致MET癌基因跳过重要的区域并造成稳定蛋白的持续激活。在肺腺癌中，涉及ALK，ROS，NTRK1，
NRG1，FGFR4，ERBB4，BRAF和RET的融合事件和基因重排为干预提供了机会。肺鳞状细胞癌的FGFR基因家族存在基因重排的现象已经被报道，它有可能会被作为干预的对象。然而，在小细胞肺癌中报道的多数重排，包括转录因子、组蛋白修饰物、抑癌基因等目前还不能轻易的进行靶向。
通路变异
综合分析全外数据和转录组数据发现，RTK–RAS–RAF通路的各种成分在肺腺癌中几乎总是受到影响（76%）。磷酸化蛋白质组学研究表明，在一些KRAS野生型肿瘤中，MAPK通路存在大量激活，这可能是因为RTK–RAS–RAF通路中存在尚未被发现的成员。影响肺腺癌的其他通路包括：细胞周期调节（64%），p53 (63%)，染质和RNA剪接因子(49%)，以及氧化应激反应（22%）(Fig1)。
Fig1.    肺癌中的主要通路改变
由于拷贝数的变化，在鳞状细胞癌中与氧化应激反应和鳞状细胞分化通路相关的基因受到了影响。近1/3的鳞状细胞癌肿瘤样本中存在NFE2L2或KEAP1突变。这两种基因在细胞中对氧化损伤的反应中起重要作用，这可能是由与吸烟相关的细胞损伤造成的持续攻击引起的。