2020年11月荷兰马斯特里赫特大学医学中心 Heike I Grabsch 课题组联合杜克-新加坡国立大学医院 Patrick Tan 课题组在 Gut 发表了利用多组学对原位癌与转移癌胃癌的空间分布进行研究，进一步解释了肿瘤传播的原则。
胃癌病人匹配的原发性与局部区域转移的空间分布揭示肿瘤传播的原则
Spatial profiling of gastric cancer patient-matched primary and locoregional metastases reveals principles of tumour dissemination
【发表期刊】Gut（IF: 23.059）
【发表时间】2020年11月
【检测技术】Nanostring ‘PanCancer Progression Panel’转录组分析（770个基因）、NGS 技术（225个癌相关基因）、MLPA 分析 DNA 拷贝数、组织形态表型分型
研究背景
靶向肿瘤相关驱动基因治疗在肺癌、乳腺癌和结直肠癌中已经取得的较好的进展，但对胃癌（GC）效果有限。肿瘤间的异质性是胃癌治疗的主要阻碍之一，对于肿瘤间的异质性研究已有报道，但是对于肿瘤内异质性（ITH）的研究甚少。原位癌和转移癌的基因组差异是肿瘤精准治疗的障碍之一。临床上，由于深层区域和转移区的取样比较困难，癌症的诊断和治疗方式主要为对原发位浅表层组织（浅表区）进行内镜粘膜活检。原位癌浅表区与深层区之间在癌症相关基因和通路中是否存在系统性差异，这些差异是否与转移癌的分子表达谱相关？为此，研究人员进行了多试验策略，在基因组、转录组和组织形态学水平上对原发性胃癌和匹配的淋巴结转移瘤的不同区域进行分析。
研究路线
研究结果
1、不同空间亚区基因表达差异
对胃癌的不同区域进行区分，如图1，主要为4个区域：浅表区的 PTsup1 和 PTsup2、深层区 PTdeep、淋巴结转移区 LNmet。对亚区域之间的表达谱进行比较。64个 GC 的 NanoString 表达谱数据显示，浅表区的不同亚区域 PTsup1和 PTsup2 之间没有差异；与 PTdeep 相比，PTsup 中43%的基因表达差异显著（图2A），主要与 ECM 和“tumour growth”通路相关；与 LNmet 相比，38%的 PTsup 基因差异表达（图2B），主要涉及“angiogenesis”和“tumour invasion”通路；在 PTdeep 和 LNmet 之间，只有16%的基因差异表达（图2C），说明 LNmet 与原位癌深层区 PTdeep 的表达谱更加相似。一些潜在的治疗相关基因（IGF1，PIK3CD，TGFB1）在 PTdeep 和 LNmet 中都显著高表达，RT-PCR 进一步验证的这些基因的高表达。
图1.肿瘤亚区病理选择
图2. 不同区域间基因差异表达火山图
2、DNA水平的空间异质性
使用肠胃癌中共有的225个基因构成的集合，对8个 GC 病人的不同区域基因突变进行检测。在每个亚区域中检测到1-6个基因发生突变，但在病例 TH316 的每个亚区域检测到33-34个突变（因为该病例是 MMR 缺陷肿瘤）。TP53 突变是主要的突变类型，在50%的 GC 中存在。225个基因中，53个（24%）基因检测到突变。这些突变中，40%的基因存在 PTdeep 和/或 LNmet，6%的基因仅在 PTsup 中存在（图3）。44个基因中，至少有一个基因在三个区域间都有突变。比较各区域间等位基因频率变化，在33个基因中，LNmet 比 PTsup 区有更高。这些结果支持了 Nanostring 分析得到结论。
图3. 胃癌空间异质性的 NGS 分析
3、表型上的空间异质性
64个病例的228个区域进行了表型分型。27%的区域是低黏附性，69%是非低黏附性，4%是粘液性。比较肿瘤内亚区，只有8病例表现出不同的亚区表型分类。在表型和转录组表达谱间没有相关性，表型相同的区域具有不同的转录组表达水平，而表型不同的区域却有相似的转录组表达水平（图4）。选取没有表型差异的2个病例为例，具有低的 ITH 转录水平，具有高的 ITH 转录水平（图5）。
图4. 胃癌中的表型和转录组异质性
图5. 两个胃癌的表型和基因表达谱
研究结论
通过对胃癌原发位浅表区和深层区及局部淋巴结转移位的比较，通过组织表型、基因组和转录组分析，揭示了肿瘤内的空间异质性。同时，浅表区与深层区和转移区之间具有显著的差异，深层区 PTdeep 和转移区 LNmet 之间，只有16%的基因差异表达，意味着 LNmet 可能来源于原位肿瘤的深层区域。此外，在原发肿瘤深层区域和/或转移部位，一些治疗相关的基因仅在这些区域发生突变、过表达或扩增。因此，在未来新的靶向治疗的临床试验必须考虑对原发肿瘤深层区域和/或转移部位进行评估。
参考文献
Sundar R, Liu DH, Hutchins GG, et al. Spatial profiling of gastric cancer patient-matched primary and locoregional metastases reveals principles of tumour dissemination.Gut. 2021;70(10): 1823-1832. doi: 10.1136/gutjnl-2020-320805.
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