北京協和醫院趙海濤團隊等最新研究解析膽囊癌演化途徑及驅動事件 | Nature Communications

膽囊癌（GBC）是最常見的膽道惡性腫瘤，同時也是一種總體生存期較差的惡性腫瘤。大多數GBC患者難以達到臨床治愈，即使接受根治性手術切除，腫瘤復發的風險仍超過65％，總體5年生存率不到5％。

截至目前，GBC發病機制和促進其癌變的分子基礎研究還相對較少。

與其他類型的癌癥不同，臨床上只有30%的GBC患者可在術前被診斷，而更多的患者或者是在手術時被發現，或者病理檢測手術標本時診斷。

因此，若能在早期（T1）腫瘤階段進行根治性切除，患者預后可顯著改善，5年生存率達75％。因此，及早識別膽囊早期癌變、癌前病變將有效提高臨床生存率。

低級別膽道上皮內瘤變（LG-BilIN）和高級別膽道上皮內瘤變（HG-BilIN）是兩種常見的良性腫瘤息肉，因其存在潛在癌變風險而被認為是GBC的癌前病變。病理形態學研究發現，膽囊癌組織內可伴有BilIN的細胞成分。

同時，分子層面的研究也表明，TP53和KRAS在LG-BilIN和GBC中通常發生突變，并且p16/cyclin-D1/CDK4細胞周期通路的失調也與膽囊異型增生和癌細胞均相關。

已上觀察結果均表明，膽囊中腺瘤及上皮內瘤變可能是癌前病變狀態，可逐步演進發生成癌。但目前對BilIN如何發展成GBC的分子過程尚無更多研究，對癌前病變與癌細胞之間的分子進化關系也無明確定義。

近日，北京協和醫院肝臟外科趙海濤教授團隊、普瑞基準科技有限公司聯合MD安德森癌癥中心梁晗教授團隊在Nature Communications雜志在線發表了題為“Genomic characterization of co-existing neoplasia and carcinoma lesions reveals distinct evolutionary paths of gallbladder cancer”的論文。

研究團隊從基因組層面描繪了同一患者來源的不同病變階段組織的分子特征、進化關系和演進模式，對剖析膽囊上皮瘤變到癌變的分子過程提供了重要參考和新視角。

文章發表在Nature Communications

主要研究內容

膽囊癌患者不同組織的體細胞突變譜

研究人員使用顯微切割技術從多例膽囊癌患者中共存的膽囊癌、低級別膽道上皮內瘤變（LG-BilIN）、高級別膽道上皮內瘤變（HG-BilIN）和正常膽囊組織中分離不同病變階段的組織樣本，并進行全外顯子測序。

除了兩例患者年齡在38外，其他患者的年齡均高于60歲。隨后通過生物信息學分析等方法對樣本的突變譜、突變分子特征及分子進化等層面進行深入分析。

圖1. 膽囊上皮瘤變-癌變研究策略。來源：Nature Communications

首先，研究人員比較分析了三種膽囊病變的突變特征，結果發現GBC、 LG-BilIN和HG-BilIN的腫瘤突變負荷相似，無顯著差異。來自兩名年輕患者（P03和P11）的樣本顯示出比老年患者更少的突變數量，表明衰老可能是導致突變累積和促成癌變的主要因素。

圖2. 三種類型膽囊腫瘤組織突變特征的比較。來源：Nature Communications

進一步分析發現，來自同一患者不同類型的樣本通常表現出相似的突變特征，且在不同患者之間存在較大差異，提示潛在的突變機制更具患者特異性而非腫瘤類型特異性。

為了解腫瘤發展過程中關鍵的體細胞突變，研究團隊分析了潛在的體細胞突變驅動因素。在至少兩名患者中，發現16個潛在的突變驅動因素。其中，11例患者中有5例檢測到CTNNB1和ARID2突變，3例患者檢測到TP53和ERBB3突變。

圖3. 三種類型膽囊腫瘤組織突變譜。來源：Nature Communications

兩種GBC進化路徑由早期LOH和突變負載驅動

基因突變為癌癥的進化提供了分子足跡，考慮到SNV體細胞突變的高可靠性，研究人員根據GBC、LG-和HG-BilIN的SNV突變推斷它們之間的進化關系。

利用兩種獨立的進化樹構建方法（Treeomics和MEGAX），發現了兩種不同的膽囊癌演化途徑：癌細胞能夠更早地產生分歧進行更加獨立的演化，推測是源于在膽囊瘤變的初始階段，大量的雜合性缺失（LOH）和突變事件導致癌性生態位的形成，從而致使通過BilIN非依賴性途徑形成癌變 (BilIN-independent)；另一種是LOH、突變累積相對不足，會通過經典的腺瘤-不典型增生發展到癌的序列逐級模型來成癌（BilIN-dependent）。

圖4. 基于SNV突變信息的系統發育樹構建。來源：Nature Communications

更加有趣的是，雖然兩組的突變數量和診斷年齡都非常相似，但BilIN-independent組從共同祖先中獲得的突變數量顯著高于依賴組。以上結果表明，影響GBC進化路徑的是腫瘤發展早期積累的突變負荷，而不是GBC的總突變負荷。

圖5. 兩種演化模式下的突變信息比較。來源：Nature Communications

此外，基于染色體水平LOH狀態的聚類模式分析在很大程度上重現了基于突變進化樹拓撲關系的腫瘤分類。

為了更深入地了解克隆進化，研究人員使用FACETS估計GBC-LG-BilIN-HG-BilIN樣本的純度和倍性，然后使用PyClone推斷每個患者腫瘤進化的克隆數量。結果發現，與BilIN依賴組相比，BilIN獨立組腫瘤包含的克隆明顯更多，但沒有包含更多數量的體細胞突變。

圖6. LOH與克隆進化的比較。來源：Nature Communications

結 語

綜上所述，該研究通過對來自同一患者不同類型的膽囊腫瘤（包括良性和惡性）的體細胞基因突變的基因組特征進行分析，揭示了GBC在膽囊息肉中進化的詳細分子特征，并基于此構建了兩種GBC發生發展的進化模型，表明膽囊腫瘤發展初期LOH事件和體細胞突變的積累程度是決定癌發展后續路徑的關鍵。

與之前基于對不同患者群體的癌前病變和癌組織的研究不同，該研究基于同一患者來源的不同組織類型樣本提供了更為精準的分子信息和腫瘤演化模型。

這些結果重新定義了領域內對膽囊癌的腫瘤轉化和癌變進化軌跡的認識，為膽囊癌的早期診斷和有效治療奠定了理論基礎。

圖7. 膽囊上皮瘤變-癌變進化模式示意圖。來源：Nature Communications

參考文獻：

1. Lin, J., Peng, X., Dong, K. et al. Genomic characterization of co-existing neoplasia and carcinoma lesions reveals distinct evolutionary paths of gallbladder cancer. Nat Commun 12, 4753 (2021).

2. Wistuba, I. I. & Gazdar, A. F. Gallbladder cancer: lessons from a rare tumour. Nat. Rev. Cancer 4, 695–706 (2004).

3. Ellrott, K. et al. Scalable open science approach for mutation calling of tumor exomes using multiple genomic pipelines. Cell Syst. 6, 271–281 e7 (2018).

來源：測序中國

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