《Cancer Cell》：Integrated clinicogenomic analysis reveals the evolution and metastatic tropisms of advanced colorectal cancer
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摘要翻译：
研究人员对超过7,000例连续测序的结直肠癌（colorectal cancer, CRC）样本进行了整合临床与基因组学分析，以全面刻画CRC的遗传驱动因素和转移趋向性。研究发现，基因组进化事件（如克隆性突变和致癌性突变等位基因不平衡）选择性增强
摘要翻译：
研究人员对超过7,000例连续测序的结直肠癌（colorectal cancer, CRC）样本进行了整合临床与基因组学分析，以全面刻画CRC的遗传驱动因素和转移趋向性。研究发现，基因组进化事件（如克隆性突变和致癌性突变等位基因不平衡）选择性增强了复发性致癌改变的效应。研究人员确定了器官特异性转移的相对时间顺序，显示在微卫星稳定（microsatellite stable, MSS）的CRC中，转移呈序贯性进展，其中脑转移和肾上腺转移为晚期事件；同时发现某些转移部位倾向于聚集发生，如肺、骨和脑转移。研究还识别出增加或降低各转移部位风险的基因组事件，其中WNT通路激活总体具有保护作用，而RAS通路激活则增加向所有转移部位播散的风险。该数据表明，尽管CRC存在异质性，但基因组进化增强了复发性改变的效应，整合肿瘤原发部位和基因组信息可用于预测器官特异性转移风险。
论文解读：
**一、研究背景**
结直肠癌（colorectal cancer, CRC）是致死率最高的恶性肿瘤之一，转移性CRC患者5年生存率不足五分之一，且发病率上升使其成为50岁以下人群癌症死亡的首要原因。然而，不同患者的转移发生时间和累及范围差异很大。理解CRC的转移趋向性（metastatic tropisms）、各转移部位发生的时间与预后意义，以及CRC分子亚型、原发肿瘤部位和肿瘤基因组学的贡献，将有助于制定更精准的监测策略，并识别可能阻断转移扩展的潜在靶点。
CRC也是多步骤获得基因组改变驱动癌症进展的经典模型，通常需要3至6个驱动基因改变才能发展为浸润性CRC。尽管针对BRAF V600E、KRAS G12C和TP53 Y220C等关键驱动改变的选择性抑制剂已显示出临床效用，但化疗仍是转移性CRC治疗的基石，且这些选择性抑制剂在CRC中的活性低于其他癌种。因此，需要更全面地了解这些靶点的基因组特征，包括这些改变是否为克隆性、是否存在于所有转移部位、是否通过突变等位基因获得或野生型等位基因缺失（等位基因不平衡）而在肿瘤进化中被增强，以及继发突变的作用、频率和克隆性，以优化CRC的治疗策略。
**二、研究目的与主要发现**
为填补上述知识空白，研究人员利用一个包含7,000余例在临床环境中进行高深度前瞻性测序的CRC数据集，结合完整的临床数据和分子谱，全面表征了CRC的基因组改变。研究发现，基因组进化改变（如克隆性突变和致癌性突变等位基因不平衡）选择性增强了复发性致癌改变的效应。研究确定了器官特异性转移的相对时间顺序，显示MSS CRC中转移呈序贯性进展，脑和肾上腺转移为晚期事件；转移部位存在聚集现象，如肺、骨和脑转移；并识别出增强或降低各转移部位风险的基因组事件，其中WNT通路激活总体具有保护作用，而RAS通路激活增加了向所有转移部位播散的风险。数据表明，尽管CRC存在异质性，基因组进化增强了复发性改变的效应，整合原发肿瘤部位和基因组信息可用于预测器官特异性转移风险。该研究发表在《Cancer Cell》。
**三、主要技术方法**
研究人员使用MSK-IMPACT（Memorial Sloan Kettering-Integrated Mutation Profiling of Actionable Cancer Targets）平台对7,238例CRC样本进行靶向下一代测序，平均测序深度622×。使用FACETS（Fraction and Allele-Specific Copy Number Estimates from Tumor Sequencing）算法推断等位基因特异性拷贝数谱，用于评估克隆性、突变剂量、等位基因不平衡和全基因组加倍（whole genome doubling, WGD）状态。MSIsensor用于确定微卫星不稳定性（microsatellite instability, MSI）状态，OncoKB用于注释基因组改变的致癌性。转移部位数据通过自然语言处理（natural language processing, NLP）方法从影像学报告中自动提取。研究队列来自纪念斯隆凯特琳癌症中心（MSK），并利用TCGA、GENIE BPC、GDSC和Caris Life Sciences独立队列进行验证。
**四、研究结果**
1. **队列定义**：研究队列包括6,789例患者的7,238个CRC样本，其中5,174个原发灶和2,063个转移灶样本。按分子亚型分为5,946例MSS、775例MSI-H和68例超突变（致病性POLE/POLD1，pPOLE/POLD1）。与TCGA CRC队列相比，本队列包含更高比例的转移样本、直肠原发肿瘤、50岁以下诊断患者和诊断时为IV期疾病的患者。治疗模式分析显示，超过90%的转移性MSS肿瘤患者接受化疗，约半数MSI-H转移性CRC患者接受免疫检查点阻断治疗。
2. **MSS CRC的克隆性和突变剂量**：在MSS CRC中，最常改变基因为TP53、APC和KRAS。高频突变基因中的致癌突变通常为克隆性，且与基因改变频率显著相关。TP53、KRAS、PIK3CA、SOX9和BRAF的克隆性突变与突变等位基因正性选择相关，而APC则不然。含≥2个APC突变的样本中亚克隆突变比例更高，仅含单个APC突变的肿瘤突变剂量显著更高，提示单个APC突变伴等位基因不平衡和多个APC突变不伴拷贝数改变是增强这些改变效应的两种机制。在139对配对原发-转移样本中，87.6%的原发肿瘤致癌突变与相应转移样本共享，共享突变更常显示正性等位基因选择和克隆性。关于突变剂量的临床意义，KRAS或BRAF突变的存在与较差生存相关，但增强突变剂量通常不影响生存，仅在转移性左半CRC中突变KRAS获得与较短生存相关。
3. **TP53状态对拷贝数改变的影响**：从MSI-H到MSS WGD?再到MSS WGD+病例，FGA进行性增加，p53通路改变的频率和突变等位基因正性选择比例也逐步增加，提示p53通路改变可能解释MSI-H和MSS病例间及MSS内部FGA的差异。在MSS WGD?肿瘤中，p53通路野生型样本中12号染色体获得频率增加（12p和12q臂，分别携带KRAS和MDM2基因）。KRAS突变且p53未改变的病例12p获得率最高。在TCGA和独立Caris Life Sciences MSS CRC队列中，TP53野生型和KRAS突变型CRC中MDM2表达最高。GDSC药物反应数据显示，TP53野生型伴MDM2获得的CRC细胞系对MDM2抑制剂Nutlin-3a的敏感性增加。
4. **转移扩散模式**：在MSS转移性病例中，肝转移中位时间最短（1.2个月），脑转移最长（23.2个月）。多元Cox回归分析显示，骨或肺转移存在时脑转移风险显著升高；生殖系统转移常与腹膜转移共存。MSS病例中肝或腹膜转移存在时死亡风险最高，而生殖系统和肺转移对生存影响最小。脑和肾上腺转移的诊断后中位OS不足一年，提示为转移扩散的晚期事件。
5. **原发肿瘤基因组学和原发部位在转移趋向性中的作用**：MYC、RAS和TGF-β通路激活与转移性疾病频率增加相关，而DDR、NOTCH和WNT通路改变与转移发生率降低相关。不同解剖部位的转移风险受不同通路影响，肺、脑和肾上腺转移在RAS和p53通路改变存在时更频繁，腹膜和生殖系统转移在RAS和TGF-β通路改变存在时更频繁，WNT通路激活仅与肝转移风险增加相关。RAS通路激活与所有七个转移部位风险增加相关。研究人员基于通路改变和原发肿瘤部位构建了七个器官特异性"风险评分"，可有效分层各器官的转移时间，并在独立队列中验证了肝、肺和腹膜评分的有效性。肺和骨转移并存且肿瘤存在TGF-β通路改变的患者发生脑转移的风险极高。
**五、讨论与结论**
讨论部分指出，CRC发展呈现趋同进化模式，一组关键的复发性致癌改变在肿瘤进化和转移过程中被增强和保留。克隆性和突变剂量分析揭示了复杂的信号网络，如KRAS获得仅在左半CRC中与较差生存相关；WGD+ CRC中大多数癌基因的等位基因不平衡源于野生型等位基因缺失，但KRAS突变CRC存在突变等位基因获得。KRAS突变和等位基因不平衡与TP53野生型CRC中MDM2获得相关，提示KRAS等位基因不平衡是早于腺瘤-癌转变的早期事件。关键驱动基因（如KRAS、PIK3CA和SOX9）的突变可能降低p53通路改变的选择压力。WNT通路激活与较好预后和腹膜转移风险降低相关。研究还发现早期发病CRC与平均发病年龄疾病大体相似。该研究提供了器官特异性转移风险的全面表征，整合原发肿瘤部位、转移部位共现模式和基因组特征可推断各器官的转移趋向性，经前瞻性验证后可能实现从反应性向主动式诊断策略的转变，尤其对于脑转移和腹膜癌病等标准影像学评估不佳的部位。研究数据已通过cBioPortal公开，为转移性CRC新假设的检验和验证提供了重要资源。
