多区域的膀胱癌测序揭示癌症的进化、表型以及对靶向治疗的影响
The Journal of Pathology 2019 Feb 04
Institute of Pathology RWTH Aachen University, Germany
Abstract
采用多区域全外显子组测序，对10个全膀胱切除术标本中人类膀胱癌发生的遗传事件的相对时间进行了进化分析。我们对膀胱癌的驱动因素、突变特征、倍性和拷贝数的改变进行了计时，为肿瘤区域和组织学表型的kataegis和相关改变提供了证据。
我们发现:(1)异质性肿瘤区域/表型具有明显的驱动突变，(2)乳头状侵袭性肿瘤早期分为两个平行进化的分支，(3)亚片段驱动突变发生平行进化。发现APOBEC突变信号是非常早期的事件，在原位癌中是活跃的，并且通常在整个肿瘤进化过程中仍然是突变的主要来源。NA13/FAT1、ZBTB7B或EP300/USP28/KMT2D驱动突变后原位癌的遗传进展。我们的结果指出了膀胱肿瘤发生的更多样的突变轨迹，并强调了膀胱癌中突变过程和克隆构建的时机的重要性，这是成功预测和治疗的重要方面。
Methods
对来自10个完整膀胱切除术标本的人膀胱癌（3-12个区域）进行全外显子组测序，对肿瘤发生的遗传事件的相对时间进行了进化分析。
分析包括：
驱动基因分布特点
推测的癌症进化过程
与癌症相关的因素
驱动基因突变分布特点
本膀胱癌队列中的克隆和亚克隆改变反映了肿瘤异质性和细胞表型。
figure1 A 体细胞驱动基因突变主要是克隆，在单个肿瘤区域有一些私人驱动基因突变（显示了通过TCGA识别的驱动基因；颜色显示了突变类型）。 细胞内的数字表示患者中基因的多个（平行）突变的不同组合。
figure1 B 反复缺失（顶部）或扩增（底部）的cytobands
（先前由TCGA鉴定的反复改变的cytobands）的NAs在所有肿瘤区域均显示出稳定的克隆增减，亚克隆CNA则不那么明显。 颜色表示相对于样品平均倍数的拷贝数（蓝色：丢失；红色：增加）。 P，乳头状肿瘤面积； S，浅表浸润性肿瘤区域； V，弥漫性深部浸润性肿瘤区域
图2 分析膀胱癌的克隆成分
对于每位患者，均显示了簇状体细胞突变的VAF（上图），从SNA推断的系统发生关系（下图）和膀胱中样品位置的物理图（右图）
patient 1 乳头状肿瘤部分在TP53突变后进展为浸润性生长
patient 2,3 驱动基因的平行进化
patient 4,5,6 CIS与侵袭性肿瘤之间共享大部分突变
patient 7,8,9,10 单克隆扩增
图3 Genome-wide clonal DNA CNAs.
图4 #2患者的肿瘤中FGFR3突变的平行演变表明发生了重要的致瘤事件。 （A）2号患者膀胱的采样图。 沿横轴在浅表（三角形标记）和深（圆形标记）区域中取样（标记）肿瘤（黑色）。 突变的单独分析允许鉴定两个不同的乳头状亚克隆（P（＃）：黄色和橙色）和大部分为弥漫性浸润性亚克隆（V（＃）：红色）。 （B）对来自两个乳头状亚克隆的样品P1和P2的突变频率和估计的拷贝数（等位基因多样性，AM）的组合分析清楚地表明了两个distinctFGFR3等位基因的分别突变和扩增。 突变根据分配给它们的树的边缘进行着色（请参阅（A））。 （C）FGFR3等位基因的组合（灰色：野生型等位基因;黄色：p.R248C;薄荷：p.S249C）在不同样品中的组合，可以从（B）中的AM分析图中得出。 （D）单独进行的FISH分析证实了相对于乳头状肿瘤区域内的染色体4的着丝粒区域（红色信号）而言，FGFR3（绿色信号）的扩增。 （E）整个膀胱切除术TMA的免疫组织化学（见补充材料附录2.5）显示乳头状肿瘤区域中FGFR3（棕色）过表达，弥漫性浸润性肿瘤区域中FGFR3表达不足
表1 膀胱癌样本中鉴定了许多突变特征，并且与某些环境/生活方式因素（例如衰老或吸烟）以及DNA胞苷脱氨酶（APOBEC）的活性相关。吸烟是影响膀胱癌的重要因素。
图5 ＃3和＃7患者在肿瘤发展的不同阶段的详细突变特征谱表明了早期APOBEC背景。
图6 膀胱癌演变和靶向治疗效果的总结
总结：10个样本，多区域取样，克隆进化树
落脚点是：
1）靶向治疗的疗效
2）致癌影响因素（吸烟）
网友评论