Ⅰ期肺腺癌气腔播散的基因组与转录组学特征研究

《British Journal of Cancer》：Genomic and transcriptomic landscape of spread through air spaces in stage 1 lung adenocarcinoma

　　

背景 气腔播散（spread through air spaces，STAS）是早期肺腺癌（lung adenocarcinoma，LUAD）的一项不良组织学特征，已被纳入第九版TNM分期系统。尽管其具有明确的临床意义，但Ⅰ期LUAD中STAS的分子特征仍未得到充分阐明。 方法 研究人员筛选了具有明确STAS状态记录的Ⅰ期LUAD患者，对肿瘤样本及其配对正常对照进行了全外显子测序（whole exome sequencing，WES）和RNA测序（RNA sequencing，RNA-seq）。采用Kaplan–Meier法和Cox回归分析评估无病生存期（disease-free survival，DFS）。 结果 在378例患者中，54.2%为STAS阳性（STAS+）肿瘤，其发生率在EGFR突变型和EGFR野生型LUAD中相近。STAS+肿瘤与ⅠB期疾病、脉管侵犯（lymphovascular invasion，LVI）、更高的组织学分级、微乳头或实体为主型腺癌亚型以及PD-L1肿瘤比例评分（tumour proportion score，TPS）≥1%显著相关。经多变量校正后，STAS+仍与较差的DFS独立相关（风险比2.32，95%置信区间1.16–4.63；p=0.017）。在分子水平上，STAS+肿瘤富集了TP53共突变、全基因组倍增（whole genome doubling，WGD）、非终末呼吸单位（terminal respiratory unit，TRU）转录组亚型以及细胞周期相关通路的上调，上述发现在EGFR突变型和EGFR野生型肿瘤中均呈现方向一致的结果。 结论 Ⅰ期LUAD中的STAS+与以基因组不稳定性和细胞周期失调为特征的独特分子表型相关，与其更具侵袭性的生物学表型一致，这对风险分层和辅助治疗选择具有潜在意义。

论文解读

一、研究背景与意义

气腔播散（STAS）于2015年首次被定义，指在显微镜下于主肿瘤边缘之外的邻近肺泡实质中观察到肺癌肿瘤细胞，表现为微乳头状簇、实性巢或单个细胞。STAS已被广泛证实为不良预后因素，尤其在早期肺腺癌（LUAD）中，多项研究一致报道STAS与较高的复发率相关，特别是在早期疾病接受局限性手术切除后。基于其预后相关性，国际肺癌研究协会（IASLC）近期建议将STAS作为组织学描述符纳入拟议的第九版TNM分期系统。在一项包含4061例Ⅰ期非小细胞肺癌（NSCLC）的研究中，STAS在校正年龄、性别、分级和脉管侵犯（LVI）后，仍与较差的生存结局显著相关，且独立于脏层胸膜侵犯（VPI）。

尽管STAS的预后意义已得到公认，但其分子相关性，特别是在特定癌基因亚群中的分子特征，仍未得到充分阐明。既往一项包含442例Ⅰ-Ⅲ期手术切除LUAD的中国大型队列研究，采用涵盖68个肺癌基因的panel-based二代测序（NGS）数据，发现STAS阳性（STAS+）肿瘤中TP53突变比例更高（49.8%对34.8%，p=0.002），而STAS阴性（STAS?）肿瘤中EGFR L858R错义突变更频繁（19.5%对37.6%，p<0.001）。然而，该研究未观察到STAS+与STAS?患者1年无病生存期（DFS）的差异，且缺乏针对Ⅰ期患者的具体数据。其他评估早期LUAD中STAS的研究在EGFR突变状态与临床结局的关联方面报道不一，凸显了在明确的癌基因亚群中进行更精细分子表征的必要性。

基于上述背景，研究人员旨在通过整合全外显子测序（WES）和转录组测序，在限定于Ⅰ期LUAD的队列中阐明STAS的分子机制，以期在不同癌基因驱动亚群中识别其不良预后影响的生物学基础。

二、主要技术方法

本研究纳入2016年1月1日至2024年3月31日期间在新加坡国立癌症中心确诊的AJCC第8版Ⅰ期LUAD患者，要求术后至少2年随访且具有可用的EGFR突变和STAS状态记录。STAS评估由专职胸部病理医师按照2015年WHO分类标准作为常规病理报告的一部分完成。肿瘤新鲜冷冻样本及配对正常对照进行了WES（肿瘤平均覆盖深度400×，配对正常样本100×）和RNA测序（目标深度5000万对双端读段/样本）。转录组亚型根据既往分类标准分为终末呼吸单位（TRU）、近端增殖型（PP）和近端炎症型（PI）。统计分析采用Fisher精确检验、Wilcoxon秩和检验、Kaplan–Meier法、log-rank检验及单因素和多因素Cox比例风险回归模型，多重检验采用Benjamini–Hochberg方法控制假发现率。

三、研究结果

患者特征：STAS+与STAS?比较

共纳入378例Ⅰ期LUAD患者，其中205例（54.2%）为STAS+，280例（74.1%）为EGFR突变型。STAS+肿瘤与ⅠB期疾病（40.0%对22.0%，p<0.001）、LVI（30.7%对9.2%，p<0.001）、低分化组织学分级（18.5%对2.9%，p<0.001）以及微乳头或实体为主型腺癌亚型（10.7%对1.2%，p<0.001）显著相关。STAS+肿瘤的PD-L1表达显著更高，46.4%的PD-L1 TPS≥1%，而STAS?肿瘤为27.2%（p<0.001）。两组在年龄、种族、非吸烟者比例、性别和EGFR突变亚型方面无显著差异。

患者特征：EGFR突变型与EGFR野生型比较

与EGFR野生型肿瘤相比，EGFR突变型LUAD中非吸烟者比例更高（77.5%对54.1%，p<0.001），ⅠB期疾病更多（35.0%对22.4%，p=0.023）。腺泡/乳头为主型组织学在EGFR突变型中更常见（81.1%对52.1%，p<0.001），而微乳头/实体为主型在EGFR野生型中更常见（14.3%对3.6%，p<0.001）。EGFR野生型肿瘤的PD-L1表达显著更高（TPS≥1%：52.0%对32.5%，p=0.002）。在EGFR野生型肿瘤中，27.6%（27/98）检出其他致癌改变，包括ALK重排（9.2%）、KRAS G12C突变（7.1%）、RET重排（5.1%）、ROS1重排（4.1%）和BRAF V600E突变（2.0%）。两组接受辅助全身治疗的患者均不足5%。

按STAS和EGFR状态分层的无病生存期

总体队列中，STAS+患者的DFS显著劣于STAS?患者。STAS+组2年DFS为85.5%（95%CI 80.8–90.5），STAS?组为94.0%（95%CI 90.4–97.7）（p=0.009）；5年DFS分别为65.0%（95%CI 58.1–72.7）和88.9%（95%CI 84.0–94.1）（p<0.001）。在ⅠA期和ⅠB期分别分析时，STAS+均与显著较差的DFS相关。EGFR突变型与野生型肿瘤之间的DFS无显著差异（p=0.9）。在EGFR突变型患者中，STAS+与显著较差的DFS相关（5年DFS 62.8%对93.4%，p<0.001）；EGFR野生型中呈类似趋势但未达统计学显著（5年DFS 69.8%对76.7%，p=0.415）。按STAS和TP53共突变状态进一步分层后，在TP53突变肿瘤中STAS+与较差的DFS显著相关（p=0.026），尤其在ⅠA期亚组（p=0.018）；在TP53野生型肿瘤中，总体呈STAS+较差DFS的趋势（HR 1.73，p=0.145），但各亚组均未达统计学显著。

多因素Cox回归分析在校正分期、手术类型、TP53突变状态、LVI、EGFR突变状态和辅助治疗后，STAS+（HR 2.32，95%CI 1.16–4.63；p=0.017）和亚肺叶切除（HR 2.64，95%CI 1.12–6.22；p=0.026）均为DFS的独立不良预测因素。探索性分析中，STAS+肿瘤的远处转移比例高于STAS?肿瘤（66.7%对53.3%），而STAS?肿瘤的局部复发更常见（46.7%对33.3%），但差异未达统计学显著。

与STAS+相关的基因组和转录组特征

212例患者完成了WES和RNA-seq。STAS+肿瘤的TP53突变频率显著更高（42.1%对18.6%，p<0.001），此外还富集了CUX1（7.1%对0%，p=0.012）、BRCA2（5.6%对0%，p=0.043）、BCL11B（5.6%对0%，p=0.043）和ATM（5.6%对0%，p=0.043）等共突变。STAS+肿瘤表现出更高的基因组不稳定性，全基因组倍增（WGD）在STAS+中占59.5%，STAS?中占41.9%（p=0.012）；肿瘤突变负荷（TMB）中位数也更高（2.58对2.25突变/Mb，p=0.010）。转录组水平上，STAS+肿瘤显著向非TRU亚型偏移，PP和PI表型在STAS+中占55.7%，STAS?中仅占23.3%（p<0.001）；TRU亚型在STAS?中占主导（76.7%对44.3%，p<0.001）。STAS+肿瘤的PD-L1表达显著更高（TPS≥1%：47.8%对25.3%，p=0.005）。尽管图2中列出的前五位差异最显著的拷贝数改变在STAS?肿瘤中更频繁，但STAS+肿瘤的整体基因组不稳定性指数（GII）更高。这些拷贝数改变几乎仅见于EGFR突变型肿瘤，在仅限EGFR突变型的分析中，STAS?肿瘤仍显著富集局灶性缺失和RAP1B、IL21R、IL32、NBPF1的拷贝数增加，表明该模式不能仅归因于EGFR突变频率差异。

按EGFR突变状态分层后，STAS+与TP53突变频率增加、WGD、非TRU转录组亚型和PD-L1表达的关联在EGFR突变型和EGFR野生型中方向一致，但EGFR野生型亚组未达统计学显著，可能反映样本量较小。按ⅠA期和ⅠB期分层时也观察到总体一致的模式。TP53共突变频率的差异在ⅠA期更显著（51.5%对17.7%，p<0.001），而WGD的差异在ⅠB期更显著（63.8%对33.3%，p=0.030）。

与STAS+相关的基因表达通路

差异基因表达分析鉴定出多个在STAS+肿瘤中显著上调的基因。基因集富集分析（GSEA）显示STAS+肿瘤显著富集DNA复制和细胞周期相关通路，而STAS?肿瘤相对富集代谢过程和稳态相关通路。在单个肿瘤水平上，DNA复制相关基因集的富集与STAS+肿瘤中的基因组不稳定性特征（包括WGD和TP53共突变）共存。按TP53突变状态分层后，无论TP53状态如何，STAS+肿瘤均一致显示细胞周期相关通路的上调；DNA复制通路的富集主要在TP53突变的STAS+肿瘤中观察到，而免疫相关通路在TP53突变的STAS?肿瘤中富集。STAS+与STAS?肿瘤在TP53突变组（p=0.79）和TP53野生型组（p=0.48）中的肿瘤纯度相当，排除了肿瘤细胞含量差异对免疫通路富集结果的影响。

四、讨论与结论

讨论总结

本研究是首个在限定于Ⅰ期LUAD的队列中，整合临床病理特征、WES和转录组表征对STAS进行综合分析的研究，并进一步按EGFR突变状态分层。研究结果表明，STAS不仅是一个组织学描述符，更反映了基因组不稳定性和细胞周期失调的状态，这对Ⅰ期LUAD的风险分层具有潜在意义。STAS+在多变量校正后仍为DFS的独立不良预测因素，支持其作为Ⅰ期LUAD的独立预后生物标志物。STAS+肿瘤中DNA损伤修复相关基因（如ATM和BRCA2）突变的富集，进一步支持DNA修复受损与基因组不稳定表型之间的机制联系。值得注意的是，细胞周期相关通路的上调在按TP53突变状态分层后仍然存在，表明该转录组特征并非仅由TP53共突变富集所致。分子关联在EGFR突变型和野生型中方向一致，提示STAS的分子相关性可能在不同癌基因亚群间共享。STAS+是否应指导Ⅰ期LUAD患者辅助治疗的选择，以及细胞周期通路上调和DNA损伤修复基因突变富集是否赋予对铂类化疗等DNA损伤药物的敏感性，均有待前瞻性验证。

研究局限性

本研究中EGFR突变型肿瘤比例较高，可能限制研究结果向其他人群（尤其是EGFR突变率显著较低的西方人群）的推广。EGFR野生型病例及其他癌基因驱动改变（如ALK和KRAS G12C）的代表性不足，限制了分子亚组比较的统计效力。复发模式的深入分析受限于患者数量较少。STAS+的基因组和转录组相关性的外部验证受限于具有可比深度测序且标注STAS状态的Ⅰ期队列的可获得性。

研究结论

Ⅰ期LUAD中的STAS+与以基因组不稳定性增加（包括TP53共突变和WGD）以及独立于TP53突变状态的细胞周期相关通路上调为特征的独特分子表型相关。这些发现为STAS在不同癌基因驱动亚群中提供了分子背景，表明STAS+反映了侵袭性的疾病生物学，对Ⅰ期LUAD的风险分层具有意义，有助于识别可能从铂类化疗等辅助治疗或强化监测策略中获益的患者。