多组学数据揭示转移性肝癌的时空进化

研究背景

• 肝细胞癌（HCC）是全球癌症死亡的第三大原因。

• 转移性HCC的治疗选择有限，了解其转移过程对于改善晚期HCC患者的预后至关重要。

研究方法

• 患者和样本：182例HCC患者，共收集了 461 个FFPE 样本，257 个原发性和 176 个转移区域进行了多组学分析。由2个发现队列和2个验证队列组成：

• 发现队列：

• 肝外转移组（MET组，n=335）包括78例成对原发肿瘤 （PTs） 、肝内复发性肿瘤 （RTs） 和肝外转移性肿瘤 （MTs）

• 无复发/转移组 （NRM 组） 包括 31 例术后无复发或转移患者的 PT 组织 （R6 年）

• 验证队列：

• 内部验证队列包括 65 名具有不同临床结果的未配对 PT 患者

• 外部验证队列包括来自天津医科大学肿瘤研究所和医院的 8 名配对 PTs 和 MT 患者

• 测序：有点复杂，作者用了一个图来表示：WES RNAseq DSP TCR scRNAseq等，没什么规律。后面侧重看 WES 和 RNAseq 的结果

• WES 数据分析：个人认为这个WES流程是比较标准的流程。如果参考基因组用 GRCh38 版本就更好了。

• WES 高级分析：突变特征（只分析了PT样本，没有分析MT样本）、拷贝数变异、克隆分析、显著性突变基因分析等

研究结果

体细胞基因组突变图谱：在MET 分组的肝癌原发灶（PT）和转移灶（MT）样本中，使用 Mutect2 call somatic SNV 和 Indel，分别得到的突变位点中位数为 945（PT）和 964（MT）。使用 MutSigCV 鉴定到的8个显著性突变基因是 TP53, RB1, PTEN, ALB, CTNNB1, RPS6KA3, BRD7, and ARID1A ，突变图谱以及部分拷贝数变异信息如下fig1D所示，同一个病人的PT和MT 并列展示，其中 3 个抑癌基因被鉴定为 MT 中显著复发的突变：TP53 （32/72） 、 RB1 （11/72） 和 PTEN （7/72）。且研究人员还随机挑选了 289个SNV 和 50个Indel 进行了 sanger 测序，验证了大于 95% 的位点：

HCC转移的克隆起源：使用 Treeomics 和 PTI 对同一患者的所有样本进行系统发育重建，主要是3种复杂的患者类型：多原发灶（PT），复发（RT）和转移（MT），多转移灶（MT）的患者。RT 可分为遗传相似的肝内转移 （IM） 和遗传不同的多中心发生 （MO）。肝外转移是以单系方式播种的，来自该谱系的任何阶段的肿瘤 （PT、IM-RT 或 MT） 都可能是潜在的来源。

PT转移为MT的时间：一般认为，转移性疾病是晚期事件。但越来越多的证据表明，转移可能在多种癌症中是早期开始的。在这里，研究团队将克隆突变分为 PT-private 、 MT-private 和PT-MT共享突变。PT-private突变计数显著高于共享和 MT-private突变计数（Fig4A）。因此，研究团队开发了一个基于配对PT-MT基因组异质性程度的模型（Fig4B）。通过计算R值来定义早期和晚期转移肿瘤。如患者 M055 的 R 为 0.1，表明腹膜转移的早期发生，而患者 M158 的 R* 为 0.7，表明晚期腹膜转移（fig4C）

MT 在 HCC 中表现出更高水平的肿瘤内异质性：研究团队通过与MSK-MET 进行比较（Fig 5A和B），得出的研究结果一致，即该队列中的 MT 表现出与配对 PT 相似的亚克隆突变水平（Fig 5C）。通过亚克隆新抗原分数 （neo-ITH） 估计，定义为高于 0.11 的阈值（下四分位数）为高新抗原 ITH 的 MT，显着缩短的总生存期相关 （p = 0.04） （图 5E ）。高新抗原异质性与转移中功能失调的抗肿瘤 T 细胞免疫相关，与低新抗原 ITH MT 相比，在具有高新抗原 ITH 的 MT 中更频繁地观察到抗原呈递机制（APM）的破坏。高新抗原 ITH MTs 在转移定植后随着新抗原呈递功能障碍而进化，这可能会损害抗肿瘤 T 细胞免疫并导致不良临床结局。

驱动 HCC 转移的 SCNA：MT 的 SCNA 负担高于 PT（Fig6A），但是PTs 和 MTs 之间的肿瘤突变负荷 （TMB） 没有显著差异 ，但与 NRM 组相比，肝外转移的 PT 显示 wGII 显着升高（Fig6B）。三个局灶性 SCNA 缺失 （11p15.5 、 14q32.33 和 4q35.2） 和 四个臂水平缺失 （14q、 19p 、 21p 和 22q ） 在选定的克隆中显著富集 （Fig 6D 和 6E）。

Wnt-wt 亚克隆比 Wnt-mut 亚克隆显示出更强的转移选择：作者将具有四个频繁突变的 Wnt 相关基因 （APC、CTNNB1、NCOR1 和 AXIN1） 之一的样本分为 Wnt 突变型 （Wnt-mut），而那些没有 Wnt 相关基因突变的样本为 Wnt 野生型 （Wnt-wt）（Fig7C）。在 RNAseq 、scRNAseq和IHC的结果中，两者显示出差异，如单样本 GSEA 和 IHC 证实，与 Wnt-wt 样本相比，Wnt-mut 样本的特征是 Wnt 下游基因表达和 GS 染色显着升高。这些结果揭示了 Wnt-wt 癌细胞具有更强的转移传播能力。

总结

研究表明，肝癌 HCC 中，对 257个原发灶PT和176个转移灶进行了多组学分析，揭示了转移性HCC中的高肿瘤内异质性（ITH）和复杂的进化轨迹。拷贝数变异（SCNA）事件驱动肿瘤转移。Wnt-wt 突变的亚克隆显示出比有Wnt-mut的亚克隆更强的转移选择优势。