Charles Swanton與Ramaswamy Govindan兩位教授合作在最近的新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志發(fā)文，全面綜述肺腺癌、鱗癌和小細胞肺癌這三種常見的病理類型的大規(guī)?；蚪M學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，及其在肺癌的發(fā)生發(fā)展和臨床診療中的意義。
基因組變異
基因組概覽
肺癌與吸煙高度相關(guān)，是突變負荷最強的少數(shù)幾種腫瘤之一。C→A堿基替換是與煙草暴露相關(guān)的特點，主要見于吸煙的腺癌，而非不吸煙腺癌病人。全外顯子組測序發(fā)現(xiàn)吸煙的肺癌患者每百萬堿基對中就有8-10個體細胞突變頻率，不吸煙患者則是0.8-1個突變。肺癌基因組的復(fù)雜性還體現(xiàn)在大量的染色體拷貝數(shù)變異與基因重排。
染色體變化與拷貝數(shù)變異
肺癌樣本的拷貝數(shù)分析已經(jīng)鑒定出一些不同病理亞型共有的變異，其他變異多在某些特定亞型中富集。例如，3號染色體短臂（3p）包含了多個抑癌基因，時常在各種肺癌亞型發(fā)生的早期出現(xiàn)缺失。肺癌其他常見的缺失位點還包括CDKN2A，編碼ARF和p16蛋白，分別調(diào)控p53和CDK4/6/pRB軸。染色體的選擇性擴增則傾向于組織學(xué)特異性，如鱗癌和小細胞癌的SOX2與腺癌的NKX2-1。
DNA單核苷酸變異、插入與缺失
現(xiàn)代高通量測序技術(shù)可以相當(dāng)準(zhǔn)確地鑒定出基因組的單個堿基對變異。肺腺癌最常見的突變致癌基因是KRAS(33%)、EGFR（14%）、BRAF（10%）、PIK3CA（7%）和MET（7%）。經(jīng)常突變的抑癌基因有TP53（46%）、STK11（17%）、KEAP（17%）、NF1（11%）、RB1（4%）和CDKN2A（4%）。10%的腺癌具有染色質(zhì)修飾基因（SETD2、ARID1A和SMARCA4和RNA剪切基因（RBM10和U2AF1）的突變。
盡管鱗癌和腺癌都具有TP53和CDKN2A的高頻突變，但鱗癌較少具有編碼受體酪氨酸激酶的基因突變，更多的是PTEN、NOTCH1、RB1等抑癌基因的功能缺失。
小細胞肺癌常出現(xiàn)基因的失活突變，如RB1、RBL1、RBL2、TP53和PTEN；RNA調(diào)控基因（XRN1）；編碼G蛋白偶聯(lián)受體通路分子的基因（RGS7和FPR1）以及中心體調(diào)控基因（ASPM、ALMS1和PED4DIP）。
表觀遺傳學(xué)改變
除了DNA序列改變，基因轉(zhuǎn)錄還收組蛋白修飾和DNA甲基化等表觀遺傳學(xué)改變的影響。染色質(zhì)修飾基因（SMARCA4、ARID1A和SETD2）的突變已在腺癌中報道。小細胞肺癌中已發(fā)現(xiàn)CREBBP和EP300的突變（可影響組蛋白轉(zhuǎn)移酶活性）和MLL基因（甲基轉(zhuǎn)移酶）的突變。
轉(zhuǎn)錄組變異
轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)了DNA系列變異對RNA轉(zhuǎn)錄本、剪切位點突變和基因融合的影響。腺癌的MET基因剪切位點突變導(dǎo)致了14號外顯子跳躍，形成持續(xù)活化的穩(wěn)定蛋白。腺癌基因融合和重排涉及ALK、ROS、NTRK1、NRG1、FGFR4、ERBB4、BRAF和RET，成為治療靶點。鱗癌中的FGFR家族基因重排同樣是一個潛在的治療靶點。然而，小細胞肺癌的多數(shù)重排，如MYCL1、CREBBP、PTEN、RB1和TP73等，目前尚不足以用于靶向治療。
細胞起源
呼吸道上皮由多種細胞構(gòu)成，細胞的成分和比例呈現(xiàn)高度異質(zhì)性。近端呼吸道以基底細胞、杯狀細胞、神經(jīng)內(nèi)分泌細胞、纖毛細胞和克拉克細胞為主，而肺泡則由I型和II型肺泡細胞組成。肺癌的最終組織學(xué)成分似乎取決于起源細胞特定分子特征、調(diào)控分化通路的變異以及這些過程中的細胞環(huán)境（如下圖）。小鼠實驗提示，TP53 和RB1的缺失足以導(dǎo)致小細胞肺癌的發(fā)生。支氣管肺泡管的II型肺泡細胞、克拉克細胞是小鼠腺癌的起源細胞。II型肺泡細胞在I型和II型細胞更新過程中發(fā)揮重要作用，該過程受I型細胞的死亡誘導(dǎo)，取決于EGFR、RAS和TGF-β信號通路。近端呼吸道的基底細胞被假定為鱗癌的起源細胞，盡管仍缺乏明確的功能性證據(jù)。對動物腫瘤起始細胞在腫瘤進展中各個時間點進行全面的分子分析將極大地提高我們對腫瘤起始和進展分子事件的認(rèn)識。
克隆進化與瘤內(nèi)異質(zhì)性
實體瘤的基因組學(xué)分析提供了越來越多的分支進化的證據(jù)，即腫瘤由多個不同的亞克隆組成，他們具有共同的祖先，但在腫瘤進化過程中形成了大量的不同的基因組學(xué)變異。亞克隆可混雜在一個腫瘤樣本中，也可原發(fā)灶的不同部位、原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶或不同轉(zhuǎn)移灶間獨立存在，為腫瘤的適應(yīng)、選擇和進化提供基礎(chǔ)（見下圖）。
Zhang等對11例早期腺癌（其中8例是I期）進行了多區(qū)域全外顯子測序，每例都發(fā)現(xiàn)了瘤內(nèi)異質(zhì)性和分支進化的明確證據(jù)。在21個已知的肺癌相關(guān)突變中，有20個在每個區(qū)域均檢出，提示早期肺癌的單一位點活檢足以明確驅(qū)動突變。同時，術(shù)后早期復(fù)發(fā)的腫瘤具有更大比例的亞克隆突變。De Bruin等對7例非小細胞肺癌（5例為II-IIIB期）進行多區(qū)域測序，發(fā)現(xiàn)了體細胞突變和拷貝數(shù)的異質(zhì)性，以及在腫瘤進化的早期便出現(xiàn)基因組加倍的證據(jù)。在這個分期較高的隊列中，單次活檢有42%的概率漏掉驅(qū)動突變。兩個研究提示單次活檢錯過驅(qū)動突變的風(fēng)險歲分期升高而增加，這個假設(shè)有待TRACERx等項目的進一步驗證。
這些研究同時有助于理解分支進化的基礎(chǔ)。在吸煙的腺癌中，C→A替換的比例在分支中下降，提示在后期的進化中可能有另外的突變過程取代了煙草暴露的致癌效應(yīng)。與此一致的發(fā)現(xiàn)是，亞克隆富集了C→T和C→G突變，這由APOBEC族引起。有證據(jù)提示鉑類等治療肺癌的細胞毒藥物具有誘發(fā)亞克隆突變的可能。
治療意義
鑒定治療的分子靶點
腺癌的某些特定分子亞型的治療取得了重大進展，比如EGFR和ALK小分子抑制劑的應(yīng)用，顯著提高了這些患者的生存。NCI資助的一項大型試驗Lung-MAP正在開展，探索在肺鱗癌中應(yīng)用多基因檢測技術(shù)和分子靶向治療的效果。
免疫治療應(yīng)答的標(biāo)志物
Rizvi等研究表明抗PD-1治療與吸煙史及腫瘤的非同義（編碼）突變負荷相關(guān)。而且，腫瘤退縮與CD8 T細胞的新抗原特異性應(yīng)答相關(guān)，這些表明了基于腫瘤基因組特點選擇和個體化免疫治療的潛能。
循環(huán)腫瘤標(biāo)志物的應(yīng)用潛能
在早期和晚期腫瘤中可在“液體活檢”獲取的循環(huán)DNA中運用敏感測序技術(shù)檢測腫瘤的體細胞突變和拷貝數(shù)變異。該技術(shù)可用于追蹤不同時間的腫瘤基因組進化，同時檢測可治療的突變事件或耐藥亞克隆，避免重復(fù)活檢，具有指導(dǎo)治療的意義。
未來研究方向
盡管測序技術(shù)取得了重大進展，但鑒定手術(shù)切除后易于復(fù)發(fā)的病例的能力幾乎沒有進步，晚期肺癌的轉(zhuǎn)移過程和生物學(xué)特點亦知之甚少。對肺癌進化的空間和時間動態(tài)性的深入了解有助于研發(fā)新的治療路徑，預(yù)先阻止下一步進化，避免進化的“死胡同”。
在治療上，亦有很大的進步空間。研發(fā)靶向KRAS突變的治療策略將是重中之重，這是肺腺癌最常見的突變，協(xié)同致死的治療策略是目前的研究熱點。肺癌的突變負荷可能是免疫治療的重要方向。部分化療和放療可能增加新亞克隆突變的獲得，可能影響對免疫治療的應(yīng)答，在確定治療順序時需考慮這種醫(yī)源性的致突變效應(yīng)。最后，理解免疫微環(huán)境編輯腫瘤基因組的方式以及利用機體免疫系統(tǒng)靶向腫瘤新抗原的方式可能有助于提高肺癌患者的預(yù)后。
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