撰文 | 游
责编 | 翊竑
#肺癌#是对人类健康和生命安全威胁最大的肿瘤之一，每年约有200万人被确诊，而且它的发病率和死亡率还在不断的增长。众所周知，吸烟与肺癌的发生有密切的关联，但非吸烟型肺癌（lung cancer in never smokers, LCINS）也是肺癌的一大类型，占所有肺癌的10-25%。而且，大多数LCINS是肺恶性腺癌 (lung adenocarcinomas, LUAD)，是常见的高死亡率癌症。但是，此前对LUAD研究的样本主要是来自吸烟型肺癌，而且样本量较少。样本的有限性和分析的片面性，严重地限制了我们对于LCINS认识，尤其是它们的基因组特征和发生发展过程。
近日，来自美国马里兰州的国家癌症研究所的Maria Teresa Landi团队和他的合作者们，在Nature Genetics上发表重要研究成果Genomic and Evolutionary Classification of Lung Cancer in Never Smokers。他们通过全基因组测序的方法，分析了LCINS的基因组特征，并且探究了它们区别于吸烟型LUAD的主要基因组差异，以及影响诊断和生存率的不同克隆的进化模式。
首先，他们从五个不同的研究组织和中心获得了232名从未接受过治疗LCINS的新鲜肿瘤组织、全血样本和对应生殖细胞的DNA样本。在232个肿瘤中，189个为腺癌，36个为类癌，5个为肉瘤样癌或具有肉瘤样特征的未分化非小细胞癌和2个鳞状细胞癌。通过对LCINS样本进行高覆盖率的全基因组测序，根据体细胞拷贝数畸变（somatic copy number alternations, SCNAs）的特点，研究者将LCINS分成三个不同的亚型：piano型、mezzo-forte型和forte型，其中占比最高的是piano型。
首先，相较于吸烟型肺癌，非吸烟型肺癌的肿瘤突变负荷(tumor mutational burden, TMB)的中位数为1.1个突变每兆碱基对（Mut Mb-1），比吸烟者低七倍以上（图1）。且TMB与肿瘤分期、组织学和诊断年龄呈负相关，但与肿瘤纯度无明显相关性。对于先前报道的在肺癌中高发的24个基因突变，他们在吸烟型和非吸烟型肺癌中的表现差异很大。比如，经典的TP53突变在forte型肺癌中出现突变的频率最高（forte, mezzo-forte和piano中的突变频率分别是：1.9%、18.6%和7.0%），但是他们相比较于吸烟型要低的多（53.4%）。
图1：LCINS的肿瘤突变负荷
在LCINS的基因组特征方面，基因变异主要包括基因突变和基因组结构变化。基因突变主要发生在TP53基因和受体酪氨酸激酶-Ras（receptor tyrosine kinase-Ras, RTK-Ras）通路的相关基因上。这与吸烟型肺癌是相似的，但是在不同基因的突变频率上差异很大。在RTK-Ras通路的基因中，EGFR是突变频率最高的，为30.6%，其次是KRAS（7.3%）、ALK（6.0%）、MET（4.3%）、ERBB2（3.9%）、ROS1（2.6%）和RET（1.3%）。在54.3%的肿瘤中，这七个基因都存在一定的突变，并且在基因间的分布存在明显的互斥现象。TP53缺陷会增加肿瘤组织的突变负荷，同时具有TP53缺陷和激活RTK-Ras突变的肿瘤具有更高的TMB。
在基因结构变化上，主要包括SNVs、SCNAs、结构变异 (structural variants, SVs)，以及与DNA同源修复相关的kataegis、WGD、人类白细胞抗原的杂合性丢失和BRCA1中的杂合性丢失。并且经过对多种类型肿瘤的分析发现，SVs主要富集在一些热点区域，包括MDM2、TERT、6p21、MYC、CDKN2A、NKX2-1和GNAS。将基因突变和基因组结构变化综合来看，RTK-Ras+存在更高频率的SNVs/indels、SCNAs、SV、kataegis、全基因组加倍和BRCA2杂合性缺失，但肿瘤与相应正常组织的端粒长度比 (T/N:TL) 反而有所降低。
值得注意的是，LCINS的几个基因组特征在不同的亚型间有所不同（图2）。Piano型通常具有体细胞UBA1突变、生殖系AR变异和干细胞样特性，包括突变负荷较低、肿瘤内高异质性、端粒较长、KRAS突变频繁和生长较慢的特点。Mezzo-forte型的特点是MDM2会出现特异性扩增的现象，超过一半的肿瘤具有EGFR突变，而只有1.4%具有KRAS突变。在forte型中，TP53突变频率最高，单个肿瘤中SVs变异的中位数最大，且全基因组加倍的普遍性也更高，这也反映出fore型肿瘤的基因组更加不稳定。此外，该研究团队还在一些肿瘤中发现了一些独有的变异，比如forte型中的CDK4、mezzo-forte型中的SOS1和piano型中的RET、MSH6和UBA1。值得一提的是，66.7%的piano型都存在UBA1的突变，它很可能是一种新的驱动性癌变基因。
图2：LCINS的不同分类和基因组特点
在生存率上，与LCINS和非小细胞肺癌的报道一致，TP53突变或MDM2扩增的肿瘤生存率普遍较差。受体酪氨酸激酶-Ras (receptor tyrosine kinase-Ras, RTK-Ras) 通路上的基因对存活率有明显的影响，这些基因突变都会使得死亡率加倍。此外，CHEK2杂合性缺失、22q丢失和15q丢失也与生存率下降明显相关。但是，在不同的亚型间，piano型肿瘤患者的总体生存率更高，forte型生存率偏低。
此外该研究团队还重建了复发性基因组畸变的可能发生顺序。各个亚型中，驱动基因TP53、RBM10、KRAS或EGFR的突变通常是最早发生的，其次是WGD和SCNAs。不同类型肿瘤的早期事件也各有特点。Mezzo-forte型肿瘤中17p上TP53的杂合性缺失和3p12.2上的杂合性缺失可能发生的较早，这也可能是mezzo-forte肿瘤的早期驱动因素。与mezzo-forte相比，forte型中WGD通常发生在其他关键SCNAs之后。Piano型的早期事件主要包括SETD2、8p和17p的杂合性缺失突变，以及涉及免疫球蛋白基因IGKV1-5的3p12.2和2p11.2局灶性增益。
在肿瘤的诊断治疗上，对于piano型肿瘤而言，祖细胞早在肿瘤被诊断出来前十几年就出现了，这也为早期检测提供了最佳时间窗口。相比之下，forte型和mezzo-forte亚型中的驱动基因突变、WGD和SCNA通常是克隆性的，发病较晚，潜伏期短，随后是单个祖细胞的快速扩增。它们的克隆性质可以通过活体组织检测鉴定出来，这有利于开展有效的治疗。
目前，针对forte和mezzo-forte中频率较高的基因组改变的治疗性研究工作已经在开展，有些甚至已经在进行临床试验研究。这些治疗策略通常是靶向TP53和EGFR、ERBB2突变，以及MDM2-TP53相互作用。在该研究中，他们也发现一些可能的新型诊断和治疗策略：
1. 在研究中，他们发现除了常见的肺癌基因突变外，forte型肺癌中经常伴有染色体22q和15q丢失以及CHEK2杂合性缺失等特点。这表明探索靶向旁支相关基因的化合物，也可以成为肺癌治疗的新方式。
2. 其次，超过15%的肿瘤具有（homologous recombination deficiency, HRD）相关基因的杂合性缺失的现象，HRD相关基因的突变可以作为免疫检查点抑制剂反应的预测因子。靶向这些基因也可能是一种很有前景的治疗选择。
3. 在目前的研究中，尚且不明确piano型肺癌的驱动性，通过靶向KRAS和干细胞相关信号通路，或调节干细胞微环境，可能是对于该亚型是有希望的治疗措施。
最后，希望该研究能够增加我们对LCINS的基因组特征和发展过程的认识，也希望能为日后针对LCINS的分析和治疗做出贡献，为更早更准确的肺癌诊断打下基础，为个性化的治疗开辟新的道路。
原文连接：
/10.1038/s41588-021-00920-0.
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