表观基因组cfDNA分析检测晚期EGFR突变肺腺癌患者的小细胞转

晚期EGFR突变型（EGFRm）肺腺癌（LUAD）患者经EGFR酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）治疗后，可能组织学会转化为小细胞肺癌（SCLC），这是一种治疗抵抗机制。目前诊断SCLC转化需要组织学复查，存在一定的局限性，如需要进行组织活检，具有一定风险且可能无法获取足够组织样本。因此开发一种基于表观基因组的无创方法，通过分析细胞游离DNA（cfDNA）来检测EGFR突变型LUAD患者的小细胞转化尤为重要。

2024年6月24日，美国丹娜—法伯癌症研究所(Dana-Farber Cancer Institute) Matthew L. Freedman 和Jacob E. Berchuck团队共同通讯在《CLINICAL CANCER RESEARCH》期刊发表题为“Detecting small cell transformation in patients with advanced EGFR mutant lung adenocarcinoma through epigenomic cfDNA profiling”的研究论文，研究通过表观基因组cfDNA分析DNA片段的表观遗传学特征（如DNA甲基化、组蛋白修饰等），揭示了可以通过cfDNA表观基因组分析无创地检测EGFR突变型LUAD患者中的小细胞转化，从而识别和监测癌症的存在和进展。

标题：Detecting small cell transformation in patients with advanced EGFR mutant lung adenocarcinoma through epigenomic cfDNA profiling（通过表观基因组cfDNA分析检测晚期EGFR突变型肺腺癌患者的小细胞转化现象）

时间：2024.06.24

期刊：CLINICAL CANCER RESEARCH

影响因子：IF 10 / 1区

实验方法：ChIP-seq、cfMeDIP-seq、ATAC-seq、RNA-seq等

实验设计：

为了表征LUAD转化型（t）SCLC（小细胞肺癌转化）和de novo SCLC的表观基因组特征，研究人员对26个肺癌患者来源的异种移植（PDX）肿瘤进行以下分析：

染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）分析H3K27ac、H3K4me3和H3K27me3组蛋白修饰；

甲基化DNA免疫沉淀测序（MeDIP-seq）；

转座酶可及性染色质测序（ATAC-seq）；

RNA测序（RNA-seq）。

从EGFR突变型LUAD患者（有或没有tSCLC）的1ml血浆中生成并分析了H3K27ac ChIP-seq、MeDIP-seq和全基因组测序cfDNA数据。

研究结果：

对来自肺癌PDX的126个表观基因组分析结果表明，LUAD和tSCLC之间存在广泛的表观基因组重编程，两者之间存在大量的显著差异：H3K27ac位点（24424）、DNA甲基化位点（3298）和染色质可及性位点（16352）。在cfDNA中对这三种表观基因组特征（H3K27ac、DNA甲基化和染色质可及性）进行肿瘤信息分析能够准确无创地区分EGFRm LUAD和tSCLC患者（AUROC=0.82-0.87）。整合这三种表观基因组特征的多分析物cfDNA基础分类器能够区分EGFRm LUAD与tSCLC（AUROC=0.94）。

以上研究数据结果表明，通过分析患者1ml血浆中的表观基因组cfDNA，检测EGFRm

LUAD患者小细胞转化的可行性，为晚期肺癌患者的诊断和精准治疗提供了新的范式。

研究亮点：

首次展示了通过表观基因组cfDNA分析无创检测EGFR突变型LUAD患者有或没有小细胞转化的能力。

验证了患者使用1ml血浆进行表观基因组cfDNA分析的可行性。

通过整合多种表观基因组分析，提高了无创检测的准确性，为临床诊断和治疗提供了新策略。

研究结果对于改善晚期肺癌患者的治疗管理具有重要的临床意义，尤其是在EGFR TKI治疗抵抗的情况下。

结果图形：

图1：对肺癌患者来源的异种移植物（PDX）进行全面表观基因组分析的实验方法概述，并对患者1mL血浆cfDNA进行多分析物表观基因组研究，以及非侵入性检测EGFRm LUAD患者的SCLC转化。 图2：对LUAD、tSCLC和de novo SCLC进行全面表观基因组分析，揭示了小细胞转化中的广泛表观基因组重编程。 A. ATAC-seq、H3K27ac ChIP-seq、H3K4me3 ChIP-seq、H3K27me3 ChIP-seq、MeDIP-seq和RNA-seq测序数据的主成分分析（PCA）图显示，tSCLC肿瘤与de novoSCLC肿瘤的聚集性，及其与LUAD肿瘤的区别。 B. EGFRm tSCLC、EGFRm LUAD和de novo SCLC PDX的代表性表观基因组数据，显示在tSCLC中谱系定义基因的活性基因转录标记（ATAC-seq、H3K27ac ChIP-seq、H3K4me3 ChIP-seq、基因体DNA甲基化）的信号增强，以及抑制性标记（H3K27me3 ChIP-seq）的信号丢失。每条轨迹描绘了指定样本中指定表观遗传标记的信号强度。 图3：比较分析鉴定出LUAD和SCLC之间一组具有显著差异的表观基因组特征。 A.     热图显示了LUAD和SCLC肿瘤之间差异H3K27ac位点（校正后的FDR-P值<0.001且log2倍数变化>2）的归一化H3K27ac标签密度，这些位点位于峰值中心±2kb范围内。 B.      火山图显示了LUAD和SCLC PDXs之间差异表达基因的log2倍数变化与各自在LUAD（蓝色）和SCLC（红色）中差异H3K27ac峰重叠富集。 图4：通过组织信息指导的表观基因组cfDNA分析无创检测tSCLC。 箱线图显示了基于H3K27ac cfChIP-seq分析（A）、H3K4me3 cfChIP-seq分析（B）、cfDNA甲基化分析（C）或cfDNA染色质可及性分析（D）的EGFRm-LUAD和EGFRm-tSCLC患者血浆样本的cfDNA SCLC风险评分。 图5：整合多种表观基因组cfDNA分析物提高了无创检测tSCLC能力。 A.     维恩图显示SCLC和LUAD PDXs之间差异H3K27ac、DNA甲基化和开放染色粒位点的重叠。 B.      箱线图显示基于整合H3K27ac、DNA甲基化和染色质可及性分析的表观基因组分类器，EGFR突变型LUAD患者和EGFR突变型tSCLC患者血浆样本的cfDNA SCLC风险评分。 C.     EGFR突变型tSCLC和EGFR突变型LUAD患者中SCLC风险评分与预测cfDNA肿瘤分数的相关性。 图6：患者案例强调了通过cfDNA表观基因组分析无创检测EGFR突变型LUAD患者小细胞转化的能力。纵向评估两名EGFRm LUAD患者的整合表观基因组cfDNA SCLC风险评分，经活检证实为小细胞肺癌。

参考文献：

ElZarif T, Meador CB, Qiu X, Seo JH, Davidsohn MP, Savignano H, LakshminarayananG, McClure HM, Canniff J, Fortunato B, Li R, Banwait MK, Semaan K, Eid M, LongH, Hung YP, Mahadevan NR, Barbie DA, Oser MG, Piotrowska Z, Choueiri TK, BacaSC, Hata AN, Freedman ML, Berchuck JE. Detecting small cell transformation inpatients with advanced EGFR mutant lung adenocarcinoma through epigenomic cfDNAprofiling. Clin Cancer Res. 2024 Jun 24. pii: 746147. doi:10.1158/1078-0432.CCR-24-0466. PubMed PMID: 38912901.