文章信息
英文标题：Integrated Multiregional Analysis Proposing a New Model of Colorectal Cancer Evolution
中文标题：综合多区域分析提出结直肠癌进化新模式
期刊：《Plos Genetics》
影响因子: 5.174 发表时间: 2016 Feb 18
研究领域：结直肠癌
文献概述
问题：癌症是异质性疾病;不同患者的每个肿瘤都有不同的癌症基因组。此外，还存在另一个层次的异质性：即使是单个肿瘤也含有多个遗传上不同的亚克隆。这种肿瘤内异质性可能是治疗困难的原因之一，其理解在临床上是必要的。
方法：通过分析从9个结直肠肿瘤的地理上分开的区域获得的样本来研究结直肠癌的肿瘤内异质性。
结论：诱导环境变化的治疗作用会将许多中性突变中的一些转化为赋予治疗耐药性的驱动基因。这项研究不仅为结直肠癌的发病机制提供了见解，而且为设计治疗策略提供了新的依据。
实验结果
多区域外显子组测序揭示了广泛的肿瘤内异质性
从多区域测序获得的突变谱显示，所有九种结直肠肿瘤
将最大简约方法应用于多区域突变谱，能够描绘九个肿瘤的进化树
每个样本的进化树和地理位置之间的比较表明，亚克隆通常以地理相关的方式分开，表明随着结直肠癌的进化，地理关系得以维持。
在父系克隆的建立过程中，APC、KRAS和FBWX7等已知驱动基因的突变作为founder mutations。一旦建立了亲本克隆，这些克隆通过积累进步子突变分支成亚克隆。PIK3CA突变是结直肠癌进化的晚期事件。
早期获得性突变是由衰老引起的
计算了每种突变类别，然后确定了founder mutations数量与患者年龄，发现与衰老积累的founder mutations模型一致。为了研究嵌入在突变中的时间特征，随后比较了founder mutations and progressor mutations，CpG位点的C>T转变在founder mutations中比在progressor mutations中更突出。接下来计算了来自变异等位基因频率（VAF），读取深度和CN数据，founder mutations和progressor mutations倾向于在每个样本中分别以克隆和亚克隆突变的形式存在。ITH非常广泛，多区域采样的分辨率仍然不足以揭示其整体性。
克隆突变随着患者的年龄而增加，并且它们在CpG位点的C>T转变比例高于亚克隆突变。证实了这一结论：CpG位点上富含C>T转变的founder mutations是在衰老过程中积累的。
多区域CN谱显示，在多个肿瘤的所有样本中，7p，13q，10q，20p和20q的扩增频繁发生，即founder CN改变。与ITH突变程度相比，CN ITH的突变程度在病例中是可变的。arm-level gains往往发生在founder CN改变中，而局灶性缺失往往发生在progressor CN改变。
CpG岛高甲基化发生在进化的早期
对多区域甲基化特征的聚类分析显示，每个病例的聚类紧密，表明肿瘤间异质性（即病例间异质性）优先于ITH。值得注意的是，发现不同类别的甲基化探针对两种类型的方差的贡献不同。
通过结合三种类型的分类，从多区域甲基化数据中推断出时间特征：founder and progressor methylation;高甲基化和低甲基化;甲基化探针的位置类别。数据表明，CpG岛的高甲基化在创始人甲基化中比在进展的甲基化中更突出，这表明CpG岛高甲基化主要发生在结直肠癌进化的早期阶段。总的来说，我们的研究结果表明，CpG岛高甲基化作为结直肠癌进化的早期事件，是由衰老引起的，这与我们对突变的发现一致。另一方面，在进行或甲基化中对低甲基化的富集表明，全局低甲基化始于进化的相对较晚的阶段，并塑造了表观遗传ITH的很大一部分。
extensive ITH is generated by neutral evolution
基因组分析揭示了结直肠癌的异质性进化。我们发现PIK3CA突变和MYC扩增发生在进步阶段，这表明ITH的一部分是由正自然选择产生的。然而，进化树中的大多数分支都没有这种正自然选择的明确证据，即使在每个多区域样本中也存在ITH。与我们的9个案例类似，模拟的多区域突变谱包含founder, shared, and unique mutations，而异质性与地理位置密切相关。此外，每种类型的突变的VAF在从founder to shared and unique mutations。大多数进步突变是neutral mutations，不会赋予生长优势。结合我们对进化树中的大多数分支缺乏明显驱动力改变的观察，我们的数据表明，大部分ITH是由中性进化产生的。应该指出的是，我们的BEP模拟可以解释肿瘤间异质性的起源。
总结
- 体细胞突变与患者年龄之间存在关联。在衰老过程中，结直肠干/祖细胞可能积累体细胞突变，不幸的是，其中一些可能是将正常细胞转化为亲本克隆的驱动突变。
- CpG位点的CpG转变更频繁地发生在founder mutations中，而不是在progressor mutations中。
- 衰老引起的CpG岛高甲基化也使结直肠干/祖细胞易发生肿瘤，与体细胞突变合作。
- 遗传和表观遗传ITH是相互关联的。
- 提出了结直肠癌进化的新模型。
- 衰老导致早期阶段遗传和表观遗传改变的积累，而中性进化在后期形成广泛的ITH
