Nat Genet | 全面基因组表征分析：深入了解早期膀胱癌，探寻生物标志物

撰文 | 觉主在路上

膀胱癌（Bladder Cancer） 是常见的恶性肿瘤之一，其在分子机制、克隆亚型和临床疗效等方面表现出高度异质性【1】。根据肿瘤浸润深度，可将其分为非肌层浸润性膀胱癌 （non-muscular invasive bladder cancer,NMIBC） 和肌层浸润性膀胱癌（muscular invasive bladder cancer,MIBC） 。尽管大多数NMIBC患者的生存率较高，但约40%的患者在5年内易复发，并可能进展为恶性程度更高、病死率更高的MIBC【2】。因此，全面解析NMIBC的分子图谱，不仅有助于精准识别高复发风险患者，还能为治疗方案提供支持。既往研究表明，NMIBC患者具有FGFR3、PIKC、STAG2等基因突变、大量拷贝数改变 （copy number alteration, CNA） 以及基因组不稳定 （genomic instability） 等特征。然而，由于检测技术和临床样本量的限制，相关研究结果尚不够全面深入，仍需进一步探索以揭示其分子机制。

近日，来自Aarhus University Hospital的Lars Dyrskjøt团队在Nature Genetics上发表了文章Comprehensive genomic characterization of early-stage bladder cancer。该团队采用全外显子测序 （whole-exome sequencing, WEC） 、低深度全基因组测序 （shallow whole-genome sequencing, sWGS） 以及RNA测序技术，对包括所有类型NMIBC在内的438个临床肿瘤样本进行了全面的基因组分析。研究发现，相当一部分肿瘤存在FGFR3和/或TP53的杂合性丢失 （loss of heterozygosity, LOH） ；此外，约15%的肿瘤发生了全基因组加倍 （whole-genome doubling, WGD） 事件。WGD的发生会导致基因组不稳定及细胞周期相关基因的突变，同时改变免疫微环境的组成，从而对患者预后产生不利影响。通过整合多组学数据，研究团队将NMIBC分为4个亚组，提供了一种更加全面的分类方式，有助于优化患者的风险评估和精准治疗策略。

NMIBC基因突变图谱 （mutational landscape）

通过对438名NMIBC患者的配对肿瘤组织与外周白细胞进行全外显子测序 （WES） 分析，研究发现共有33个基因在超过5%的肿瘤中发生突变。其中，最常见的突变包括FGFR3 （58%） 、KDM6A （42%） 、KMT2D （36%） 、PIK3CA （31%） 和STAG2 （24%） 。进一步对362个肿瘤样本进行低深度全基因组测序 （sWGS） 分析，结果显示一些关键基因区域 （如4p16的FGFR3位点） 存在大量拷贝中性杂合性缺失 （copy-neutral LOH） ，这表明FGFR3野生型等位基因的丢失可能是推动肿瘤发生发展的早期驱动因素之一。将这些基因突变与临床数据相关联的分析表明，恶性程度较高的肿瘤亚型通常伴随着TP53 （17%） 和RB1 （6%） 的高频突变，这些突变能够显著促进细胞基因组不稳定性的发生，从而推动肿瘤进展。

全基因组加倍（WGD）肿瘤定义和特性

通过对362个肿瘤样本的CNA图谱进行低深度全基因组测序 （sWGS） 分析，研究团队定义了WGD （whole-genome doubling） 为具有高拷贝数特性的肿瘤，即>50%的基因组区域具有>2的拷贝数。结果显示，大约15%的肿瘤具有WGD特性。与二倍体肿瘤 （diploid tumors） 相比，WGD肿瘤表现出显著更高的肿瘤突变负荷 （tumor mutational burden, TMB） 以及更短的无进展生存期 （progression-free survival, PFS） 。此外，WGD肿瘤与TP53突变呈显著相关性 （40%的WGD肿瘤 vs 9%的二倍体肿瘤） 。研究还发现，WGD肿瘤在细胞周期相关基因 （如ARID1A、ERBB2和RB1） 上具有更高频率的突变，为其肿瘤驱动特性提供了进一步的分子证据。

此外，研究团队利用RNA测序 （RNAseq） 对肿瘤的免疫图谱进行了深入分析。理论上，WGD肿瘤由于携带更多突变，理应更容易被免疫细胞识别。然而，研究发现，这些高度基因组改变的肿瘤及其进展为MIBC的后续肿瘤，能够通过多种机制实现免疫逃逸。一方面，这些肿瘤通过诱导T细胞耗竭 （如上调PD-1表达） 和降低抗原呈递能力 （如上调MHC-I表达并下调肽段修剪酶ERAP1和ERAP2的表达） 来逃避免疫识别；另一方面，在肿瘤微环境中观察到大量中性粒细胞 （neutrophil） 、肥大细胞 （mast cell） 和树突状细胞 （dendritic cell） 的浸润，形成了以炎症为主导的免疫微环境。这些机制共同促进了肿瘤的免疫逃逸并推动其进一步进展。

新分子亚型分类（iClusters）

团队使用230个肿瘤内多组学数据整合分析，根据体细胞突变、CNAs和基因表达数据将NMIBC肿瘤分为iClus1-4种亚型，恶性程度依次增高，并和PFS具有相关性。其中iClus4型具有高基因组不稳定性、细胞周期失调和免疫功能失活等特点，涵盖了几乎所有的WGD肿瘤和高风险的diploid肿瘤，具有最强的肿瘤进展风险。

总的来说，该研究利用大量NMIBC样本，从基因变化角度增强了疾病理解，并提供了与临床疗效息息相关的WGD和iClus4肿瘤亚型，为识别高风险NMIBC肿瘤病人提供了可靠的预测性生物标志物。

https://www.nature.com/articles/s41588-024-02030-z

制版人：十一

参考文献

1. Dyrskjøt, L. et al. Bladder cancer.Nat. Rev. Dis. Primers9, 58 (2023).

2. Babjuk, M. et al. European Association of Urology Guidelines on non-muscle-invasive bladder cancer (Ta, T1, and carcinoma in situ).Eur. Urol.81, 75–94 (2022).

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