吉因加携多家知名医院发表最新肿瘤研究成果

神经内分泌肿瘤（NENs）是一组起源于肽能神经元和神经内分泌细胞的肿瘤，可发生在全身多个器官和组织，胃肠道是最常见的发病部位之一。其中，分化差的胃肠道神经内分泌肿瘤（GI-NEC)，可进一步分为小细胞神经内分泌癌（GI-SCNEC）和大细胞神经内分泌癌（GI-LCNEC）。近30年以来，胃肠道神经内分泌癌（GI-NEC）仍然是一种预后严峻的疾病，治疗选择有限，且它们的分子特征仍未确定。这迫切需要一套为GI-NEC量身定制的预后分层系统和治疗策略来协助解决这些问题。


在此背景下，由吉因加携手北京协和医院病理科、河北医科大学第四医院病理科、中国医学科学院肿瘤医院病理科、首都医科大学宣武医院病理科、苏州大学附属第一医院病理科、南方医科大学南方医院病理科、华中科技大学同济医学院附属协和医院病理科、浙江省肿瘤医院病理科等多家知名医院开展了一项名为“基于国产测序仪的中国人群常见消化道恶性肿瘤大数据研究计划”的多中心项目。近日，基于项目合作探究胃肠道神经内分泌癌（GI-NEC）基因组特征和异质性的相关学术成果Genomic characterization reveals distinct mutation landscapes and therapeutic implications in neuroendocrine carcinomas of the gastrointestinal tract在线发表于Cancer Communications期刊（IF=15.283）。





项目采用吉因加NGS全流程产品中的国产Gene+Seq-2000测序仪进行全外显子测序，配合吉因加整合实验室设计与布局、流程规划、质量管理体系搭建、人员培训、技术支持的一体化流程、一站式服务方案，成功实现标准化、合规化的国产NGS一体化解决方案入院应用落地、成功运行，助力研究顺利开展。
此次研究招募了被确诊为纯GI-NEC、尚未接受新辅助治疗的患者，并收集胃肠道不同解剖部位的NEC组织和邻近正常组织样本，通过NGS平台进行全外显子组测序，以此表征GI-NEC的基因组特征及其异质性。


研究成果
1.GI-NEC与非NEC的体细胞突变
在2008年10月至2019年12月期间，有8家医疗中心回顾性纳入符合要求的GI-NEC手术切除样本143例。依据不同的胃肠道切除部位，可分为：胃（87，60.8%）、食道（29，20.3%）、结直肠（20，14.0%）和小肠（7，4.9%）。同时，83例（58.0%）被组织学分类为GI-SCNEC，而其他60例（42.0%）被诊断为GI-LCNEC。


在体细胞突变上，所有GI-NEC中最常见的突变基因为TP53（127/143，88.8%），其次是RB1，APC，LRP1B和FAT4（图1A）。胃肠道不同部位NEC共享发生突变的7个基因（TP53，RB1，APC，PCLO，MUC4，MAP3K13和CSMD3）。胃肠道不同部位的NEC存在基因突变频率的组间差异，表现出不同部位NEC的突变偏好性。如在食管NEC中的RB1和NOTCH1高突变，在胃NEC中的LRP1B高突变，在结直肠NEC中的APC高突变等（图1B-C）。此外，类似的结果也出现在GI-LCNEC和GI-SCNEC之间的比较分析上。



图1：143个GI-NECs的突变景观


鉴于潜在的遗传相似性，使用GI-NEC中不同解剖部位（胃、食道、结直肠和小肠）对应的非NEC肿瘤（胃腺癌、食管癌、结肠癌和直肠腺癌）的TCGA数据进行比较分析。结果发现，食管NEC和食管癌都出现极高的TP53突变频率，组内突变频率前三的APC、TP53和KRAS在结直肠NEC和结肠癌间无组间差异，但也存在突变频率出现组间差异的部分基因，这表明同一部位的GI-NEC和非NEC之间呈现不同的基因突变景观（图1D-F）。此外，鉴于GI-NEC的组织学标准参考肺部肿瘤，故将GI-SCNEC和GI-LCNEC的突变谱分别与SCLC和L-LCNEC进行了比较分析，也观察到类似的结果。


同时在肿瘤突变负荷（TMB）上，胃肠道不同部位或不同组织学亚型的NEC中未出现组间差异。值得注意的是，相比没有出现LRP1B突变，出现LRP1B突变的GI-NEC的TMB显著更高，类似的结果也在出现微卫星高度不稳定（MSI-H）的GI-NEC中观察到。同时，MSI-H状态与错配修复系统（MMR）基因突变之间存在显着关联，携带MMR基因体细胞突变的GI-NEC患者TMB明显高于野生型（图1G）。



图1：143个GI-NECs的突变景观


2.不同部位NEC体细胞突变的通路富集
对胃肠道不同部位NEC的突变基因进行通路富集分析，结果表明，WNT-β-连环蛋白通路基因突变出现在58.6%胃NEC中，NOTCH通路基因突变出现在51.7%食管NEC中，ERBB信号通路基因突变则出现在在75%结直肠NEC中。可见，基因组改变的关键信号通路呈现出NEC肿瘤部位的异质性（图2A-D）。



图2：GI-NECs中肿瘤位置的关键信号通路反复突变


3.体细胞拷贝数变异（CNV）存在部位异质性
在体细胞 CNV 的分析上，染色体19q12（CCNE1）在胃和食管NEC中显著扩增， 17q12（ERBB2）在胃和结直肠NEC中显著扩增，8q24.21（MYC） 在胃、食道和结直肠 NEC 中显著扩增。同时，胃肠道不同部位的NEC也存在较多具备部位独特性的CNV扩增和缺失特征，这进一步表明胃肠道不同部位的NEC在CNV特征上存在一定的共享性，但也存在较大的异质性（图3A-B）。



此外，不同部位NEC间存在CNV负荷的组间差异，而在GI-LCNEC和GI-SCNEC之间观察到相似或相差不大的CNV负荷，这表明NEC的CNV负荷受不同部位的影响，而受组织学亚型的影响有限（图3C-D）。



图3：GI-NECs中体细胞CNV显著改变的景观


4.体细胞突变潜在的治疗价值
对靶基因或相关重要基因的突变检测，在针对肿瘤患者的靶向治疗中起到越来越重要的作用。结果表明，绝大部分GI-NEC检测到临床治疗相关基因的驱动突变，但不同部位的NEC表现出多样性，其主要的潜在治疗收益来源于不同类型的靶向药物。可见，鉴于不同肿瘤部位的基因突变差异，依据NEC主要起源部位量身定制相应的靶向治疗方案是很有必要的（图4A-E）。




图4：使用PHIAL软件对143个GI-NECs的临床相关体细胞改变的揭示


5.全基因组倍增（WGD）和克隆突变分析
进一步地计算了体细胞突变的癌细胞分数，以此模拟和识别GI-NEC分子发病机制中突变克隆和WGD的演变。结果表明，NEC出现WGD的频率因不同部位而异，但在GI-LCNECs和GI-SCNECs间未见组间差异。超过50%的癌驱动基因（如TP53等）突变被鉴定为克隆突变，而亚克隆突变则包括ARID3A，PCLO和CSMD3等基因（图5A）。
依据突变克隆性和与WGD相关的潜在时间顺序，以此进行分组的比较分析，得出的结果支持一个理论的产生：GI-NEC肿瘤细胞首先在TP53，RB1、NOTCH1和APC出现克隆突变，随后在出现WGD前后，癌症相关基因（LRP1B、CSMD3、FAT4和ERBB4等）出现克隆突变，最后在RELN、PCLO、MKL1等基因中发展出亚克隆突变（图5B-D）。






图5：GI-NEC的WGD和克隆结构分析


6.关联GI-NEC的预后因素
最后，探究关联预后的因素。结果表明，发生NEC的胃肠道不同部位、出现CNV且携带RB1双等位基因失活均为与患者总生存期显著相关的独立预后因素。其中，与其他部位NEC相比，胃NEC患者总生存期显著更长（图6A-F）。



图6：143个GI-NEC的OS和PFS的Kaplan-Meier曲线


研究结论
该研究通过对基因组特征的分析，发现GI-NEC显示出显著的肿瘤部位异质性，而非组织学亚型异质性，且在同一部位具有与非NEC和肺癌不同的遗传特征，这极大地丰富了GI-NEC的基因组特征研究，给当前GI-NEC预后分层和治疗方案的优化提供证据，具有重要的预后和治疗意义，能更大程度帮助患者获益。