肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因，每年约有上百万人死于这种顽疾。非小细胞肺癌（NSCLC）是其最常见的类型，约占所有肺癌病例的85%。尽管近年来肺癌的诊断和治疗取得了重大进展，但由于其高发病率、侵袭性和预后不良，它仍然是一个重大的公共卫生挑战。

　　肺癌是一种高度异质性的疾病，其肿瘤是由不同类型的癌细胞组成的，每一种都有不同特征——这种特征被称为肿瘤内异质性（intratumour heterogeneity，ITH），ITH在驱动肿瘤演化和疾病进展方面发挥着关键作用。此外，由于肿瘤外部环境因素分布和作用不均，以及基因突变的随机性，导致不同患者之间、以及同一患者体内不同肿瘤细胞间均存在差异。关于肺癌的异质性，目前仍然缺乏对其背后生物学机制的全面理解。

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　　随着时间的推移，人类肺癌患者的特征变化可以揭示肿瘤如何演变，从中得出的见解有望为肺癌疗法的研发提供助力。为此，科学家们开展了一项前瞻性的NSCLC多中心癌症研究TRACERx，在诊断、手术切除、治愈或疾病复发的肿瘤演变过程中，对多个部位的原发/转移性肿瘤进行采样检测。该研究共对英国的421名NSCLC患者进行了检测，并对1644个肿瘤区域进行了基因组分析。此外，该项目还对患者血液中的循环肿瘤DNA（ctDNA）进行了检测，并探讨了免疫细胞在攻击肺癌中的作用。TRACERx研究提供了到目前为止最全面的NSCLC疾病自然史描述，包括肿瘤多个区域的详细临床注释和广泛的基因组表征、以及患者的临床结局。从这些数据中，科学家们希望发现ITH与患者最终临床结局之间的关联，并进一步了解其背后的分子机制。

　　最近，知名学术期刊《自然》及其子刊《自然-医学》刊发了7篇研究论文，这些研究都是基于TRACERx试验中临床肺癌样本的分析结果。

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　　在其中的一篇研究中，科学家们联合了基因组分析、放射学扫描和组织学评估等方法来阐明肿瘤内异质性的模式。该团队还开发了方法，以有效区分不同类型的基因组变化，比如躯干突变（truncal mutations）、亚克隆突变（subclonal mutations），以及全基因组倍增（whole-genome doublings）。

　　科学家们发现，躯干突变是早期发生的基因变化，通常存在于肿瘤的所有细胞系（克隆）中；而亚克隆突变发生较晚，仅存在于一部分癌细胞中。有趣的是，包括MYC和受体酪氨酸激酶通路中的部分基因变化与躯干突变（truncal mutation）相关，而STK11、TP53和KRAS等基因的改变与亚克隆突变相关。此外，他们发现，亚克隆全基因组倍增和特定亚克隆的大规模扩增都与无病生存时间的减少相关。在少数情况下，研究人员观察到具有两种不同基因组起源的肺肿瘤——这些肿瘤由两个汇聚于肺部相同空间的肿瘤融合组成。在该研究中，研究人员还报告称，一些具有重度吸烟史的患者可能患肺腺癌，其肿瘤具有与从未吸烟者的肿瘤相似的EGFR突变检出率，以及RET、ROS1、ALK和MET致癌基因的同源异构体检出率，这表明这些患者具有相似的病因和发病机制。

　　在另一篇研究中，英国弗朗西斯·克里克研究所、伦敦大学学院癌症研究所的研究人员通过比较原发肿瘤与其转移病灶处样本的基因组，以了解驱动转移的潜在机制。

　　数据表明患者体内存在不同类型的转移——研究人员将其定义为“早期转移分化”和“晚期转移分化”。数据表明，在25%的病例中，在原发性肿瘤扩散之前，肿瘤细胞便已发生早期转移分化，而在初诊时吸烟的患者中，早期转移分化的发生率较高。此外，早期转移分化更常发生在较小的肿瘤直径（小于8 mm）处。单区域原发肿瘤取样导致83%的晚期转移分化病例被错误地归类为早期——这凸显了广泛取样的重要性。最后，研究人员还发现多克隆扩散与胸外疾病复发相关，而原发性淋巴结病则被认为是肿瘤转移潜力的一个特征，而不是后续复发/疾病进展的途径。

　　紧接上一篇研究，除了直接对实体瘤样本进行分析，伦敦大学学院癌症研究所的研究人员还对TRACERx研究中受试者血液的ctDNA进行了分析。ctDNA是由肿瘤细胞释放到血液循环系统中的DNA，其中可能包含肿瘤的基因变异信息。ctDNA可用于检测和分析在根治性治疗后仍存在的残留肿瘤细胞。

　　他们开发了一种名为ECLIPSE的计算工具，可非侵入性地追踪低水平的ctDNA亚克隆。这种方法可以识别具有多克隆转移扩散的个体——这往往与不良临床结局相关。利用这种方法，研究人员对取材自197名患者的1069个血浆样本中的200余个基因突变进行了追踪，这些基因突变最初在这些患者经手术切除的NSCLC组织中被发现。

　　ctDNA分析有望帮助研究人员选择可接受辅助药物治疗（手术后进一步治疗）或新辅助治疗（手术治疗前）的临床试验患者。它还可以预测肿瘤的转移潜力，并有助于开发诊断或追踪肿瘤演变的生物标志物。

　　肿瘤的异质性还表现在RNA和DNA变异方面的丰度差异，研究人员从这个角度出发，利用全外显子组测序技术和RNA测序，对347份肺癌样本进行了分析，这些样本来自原先参加TRACERx研究的421名患者。研究人员旨在寻找肿瘤内异质性与mRNA转录组的多样性或基因表达变化之间的联系。

　　在这项研究中，研究人员共对947个肿瘤区域（含原发性和转移病灶）以及96个肿瘤相邻正常组织样本进行了分析，结果表明基因表达水平以及ITH与肿瘤演变过程中的正向和负向选择模式有关。此外，他们还观察到与表观遗传学功能障碍相关而与基因拷贝数无关的等位基因特异性表达。这种等位基因特异性的基因表达模式也可能导致基因组-转录组并行演变，最终导致癌基因异常。研究人员从测序数据中提取了RNA单碱基替换的特征，并将其成因与RNA编辑酶ADAR和APOBEC3A的活性建立关联，从而揭示了肿瘤中不为人知的APOBEC家族活性。

　　通过对原发性/转移性肿瘤进行表征，并结合多种基于机器学习的方法，研究人员利用基因组和转录组中的变量将肿瘤的转移-播种潜力与原发性肿瘤区域内突变的进化背景以及增殖性增强联系了起来。这些结果突显了基因组和转录组在影响ITH、肺癌进化和转移方面的相互作用。

　　除了肿瘤组织的分子、表型异质性，肿瘤的异质性还体现在其免疫微环境。肿瘤免疫微环境是指肿瘤细胞与周围非肿瘤细胞（如免疫细胞、基质细胞和细胞外基质成分）相互作用的复杂动态网络，这些相互作用在癌症进展、转移和对治疗的反应中起着关键作用。这一次，TRACERx系列研究的科学家们又将目光投向了肺癌的免疫微环境，在其中，T细胞和B细胞是免疫系统抗击肿瘤的急先锋。

　　研究人员观察了TRACERx研究中队列TRACERx 421和其他肺癌队列的患者、以及免疫原性肺腺癌小鼠模型的肺部驻留B细胞反应，发现小鼠和人类的肺腺癌均诱发了局部和全身性抗肿瘤B细胞反应，并通过产生肿瘤结合抗体来促进抗肿瘤免疫——内源性逆转录病毒（ERV）包膜糖蛋白是抗肿瘤抗体的主要靶标。在人类和小鼠中，免疫检查点阻断剂放大了针对ERV的B细胞反应，而在小鼠模型中，针对KRAS G12C基因突变的靶向抑制也可以放大该反应。更关键的是，ERV反应性抗体表现出抗肿瘤活性，延长了小鼠模型的生存，通过ERV的表达可以预测人类肺腺癌免疫检查点阻断疗法的疗效。最后，研究人员发现对小鼠模型进行有效的免疫治疗需要产生CXCL13依赖性瘤内三级淋巴结构（TLS）。相应地，治疗性CXCL13可以增强抗肿瘤免疫效力，并与免疫检查点阻断剂产生协同作用。这些发现为TLS与免疫治疗反应的关联提供了可能的机制基础。

　　肺腺癌有着多样化的组织学分型，但目前关于肿瘤形态如何反映肿瘤演变和疾病进展的过程仍知之甚少。为此，研究人员分析了来自805个原发肿瘤区域和121个配对转移样本的全外显子组测序数据、以及来自463个原发肿瘤区域的RNA测序数据（样本均来自TRACERx 421队列），并结合整个肿瘤和区域的病理学分析以期找到针对上述问题的满意答案。

　　以高级别结构为主的肿瘤显示出更复杂的染色体特征，比如具有更高的杂合性丧失和亚克隆体细胞拷贝数变异负荷。此外，这些肿瘤的单个区域表现出更高的增殖力和较低的克隆多样性，这可能反映了近期大规模的亚克隆扩增；在中/低级别的肿瘤中，主要富集着3p和3q染色体的躯干缺失（truncal loss）。

　　而未分化的实体肿瘤与具有实体肿瘤成分的混合型肿瘤相比，染色体主干臂或3q染色体重复、以及SMARCA4基因突变的频率较高，这反映了不同的演化轨迹。克隆进化分析结果表明，肿瘤倾向于向更高级别的结构演变，其中不同的结构分别与胸内/胸外复发相关。这些数据揭示了肺腺癌形态、基础演化的基因组景观，及其与复发风险之间的关系。

　　前几篇研究从分子、细胞和组织层面对肺癌的发展进行了分析，最后一篇研究则从癌症相关的临床表现入手，剖析患者的临床表现和最终临床结局之间的相关性，及其背后的分子机制。

　　癌症相关恶病质（CAC）是影响非小细胞肺癌患者发病率和死亡率的主要因素。CAC的关键特征包括身体成分和体重的改变，据此研究人员探讨了NSCLC患者身体成分和体重与生存期之间的关联，并表征可能导致CAC发展的生物学过程和调控因子。

　　通过对TRACERx研究的651名受试者进行体成分分析，他们发现在确诊时骨骼肌或脂肪组织面积分布在末位20%的患者，其肺癌特异性生存期和总生存期明显缩短。这一发现在另一项独立研究的队列中得到验证。被标记为CAC的个体（癌症复发时出现脂肪或肌肉组织减少，或是体重减轻），与没有上述体表特征的个体相比，其肿瘤基因组和转录组特征不同。出现CAC特征的个体，其原发性NSCLC特征表现为炎症信号和上皮间质转化途径的富集。针对TRACERx研究中110位受试者进行的蛋白质组学分析表明，癌症复发时循环GDF15与体重、骨骼肌和脂肪组织的减少之间存在显著关联，这些结果支持了在CAC管理中靶向GDF15的潜在治疗方向。

　　总言之，基于TRACERx试验的一系列研究，从基因组/转录组、细胞、组织以及个体的临床表现等不同层面展开了细致分析，对肺癌的进展和转移路径、异质性、免疫微环境等关键癌症特征进行了表征。这些研究揭示了基因组变异在不同的肿瘤克隆演化模式和转移路径中的作用，基于这些结果，研究人员未来在开发抗肿瘤疗法时可以对肿瘤及其所处微环境有着更深入的了解。

　　参考资料

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