作者，Evil Genius
我们2025单细胞空间培训课程这就算正式开始了。
今天我们来分享一下关于基因组分析的内容，为生化小课---基因组与多组学课程做一下准备。
去年上过一次关于基因组的课程，在2024年外显子分析系列课程, 当然深度不太够，需要努力更新了。
虽然基因组学不是我的工作，但是多学习学习总是好的。
如果大家度过FDA、NCCN等指南，就会发现关于肺癌的内容是最多的，也是每年检测公司出具特检报告最为关注的内容。
我们来总结一下。
NSCLC编年史
在全球范围内，肺癌（主要是NSCLC）是癌症发病率和死亡率的主要来源，主要发生在65岁以上的人群中，只有一小部分病例在45岁以下的人群中确诊。发病率随年龄的增加可归因于多种因素，包括慢性遗传损伤的积累、表观遗传漂变、组织微环境的改变以及适应性和先天免疫功能障碍。肺癌的流行病学表现出与地区、性别、吸烟状况和社会经济因素相关的显著异质性和动态。按地区划分，北美、东亚和北方欧洲的肺癌发病率较高，匈牙利的发病率最高。美国癌症协会预测，美国癌症协会预测，2024年美国约有234580例肺癌新发病例和125070例肺癌死亡病例。相比之下，不幸的是，2022年肺癌病例总数的三分之一发生在中国，由于人口基数大，估计新增病例1060584例，死亡733291例。
肺癌是包括中国和美国在内的23个国家最常见的癌症死亡原因，肺癌在男性中发病率和死亡率均居第一位，在女性中发病率和死亡率均居第二位，发病率和死亡率的全球男女比例约为2。
一些国家的男性吸烟者比例最高，如中国、俄罗斯和印度尼西亚，这些国家也是世界上人口最多的国家。相比之下，女性吸烟率差异很大，在印度尼西亚、中国和大多数非洲国家，估计每天吸烟的女性比例很小（<5%）。然而，从全球来看，大约四分之一的肺癌病例归因于吸烟以外的原因。在女性吸烟率极低的东亚，非吸烟者肺癌在总体疾病负担中占很大比例，部分原因是环境暴露（二手烟）。
在NSCLC的分子流行病学中，存在显著的种族差异，特别是亚洲女性发生EGFR突变的可能性是白人女性的近4倍，尽管突变的特定亚型存在一些变异。另一方面，在亚洲患者中观察到的KRAS突变频率较低（8-10%与20-30%相比），KRASG12C突变的患病率为1.5- 4.3%，显著低于在高加索人中观察到的10-15%。
轻度或从不吸烟者和年轻患者更可能有EGFR突变和融合，如ROS-1，ALK和RET，而重度吸烟者更可能有KRAS，MAP2K1和TP53突变。此外，疾病进展或药物应激可导致各种遗传变异的丢失或获得。
非小细胞肺癌分子病理学相关临床前研究进展
非小细胞肺癌（包括肺腺癌（LUAD）和肺鳞状细胞癌（LUSC））的发展是由异质性遗传和表观遗传改变驱动的，这是一个多步骤的复杂过程，涉及不同途径之间的各种信号传导串扰。在分子水平上，LUSC的特征是基因突变率高和染色体不稳定，然而，在某些患者亚群中存在一些特殊的突变。
在LUAD中发现的常见驱动突变在LUSC中很少被鉴定，并且在LUSC中鉴定驱动突变的努力尚未取得成果。
LUSC中常见的染色体畸变模式可分为几类，包括鳞状细胞分化途径（NOTCH、SOX2和TP63）的上调、细胞周期调控的丧失（TP53、RB1、CDKN2A、MYC和SMARCB1）、通过RAS和PI3K途径的致癌信号转导的上调以及表观遗传调节因子（KMT2D、NSD1和KDM6A）的异常。
调节肿瘤发生的机制
到目前为止，大多数研究都集中在癌症形成中涉及的各种基因组学、蛋白质组学、代谢组学和免疫学特征和相互作用以及如何靶向它们。从根本上讲，癌细胞转化为正常细胞并不成功。
NSCLC的驱动突变
主要关注NSCLC中的驱动基因变异（也称为oncogene addiction），如KRAS、EGFR、间变性淋巴瘤激酶（ALK）、ROS1、BRAF、HER-2、MET、NTRK和RET突变，因为这些突变可以作为治疗靶点。然而，其他肿瘤相关基因如TP53、KEAP1、STK11和NF1的失活突变也很重要。
EGFR突变
EGFR是属于受体酪氨酸激酶家族的170 kDa蛋白质，其被同源配体（例如EGF、双调蛋白和转化生长因子-α（TGF-α））或非同源配体（例如β细胞素、肝素结合EGF和表皮调节蛋白）刺激，触发促进细胞存活、增殖和迁移但抑制凋亡的细胞内信号级联，甚至间接诱导TME内的血管生成。在肿瘤细胞中，EGFR酪氨酸激酶通过多种机制激活，包括突变、过表达和EGF家族配体的自分泌或旁分泌产生。因此，它们，特别是突变，可以作为治疗靶点。
在大多数晚期NSCLC患者中，EGFR突变主要包括外显子19缺失（占45%）和L858R突变（占40%），单独或与其他突变联合。外显子20插入突变是NSCLC患者中第三常见的EGFR突变类型，约占病例的2%，并经常以4- 12%的比例与其他EGFR突变共存，其中最常见的插入位于Asp 770（28.7%），Val769（20.5%），Pro772（17.2%）和His 773（14.0%）。EGFR Thr 790 Met（T790 M）,突变在对TKI治疗获得性耐药的患者中更为典型。该突变，伴随STK11和TP53基因突变，与肺癌易感性增加相关，因此，强烈建议对其进行生殖系突变检测，同时提供遗传咨询。
KRAS突变
KRAS是最常见的突变癌基因之一，约占LUAD的30%，并且在显著烟草暴露的患者中也高度突变。突变的KRAS阻止了GTP酶的活性，阻断RAS蛋白与活性GTP的结合，导致下游效应信号通路持续激活，约80%的突变发生在第12位密码子，与KRAS的核苷酸结合和效应蛋白开关有关，其中最常见的突变是KRASG12C（甘氨酸转化为半胱氨酸，约40%），KRASG12V（甘氨酸至缬氨酸，约18-21%），和KRASG12D。除了密码子12之外，密码子13和61也经常突变，如甘氨酸突变为半胱氨酸（G13C）和谷氨酰胺突变为组氨酸（Q61H）。在NSCLC中，研究表明RAS通路抑制剂可能与针对其他致癌通路的抑制剂不同，可能通过一系列机制增强这些肿瘤的免疫原性，包括降低PD-L1表达，促进MHC-I分子的合成，改变肿瘤微环境以促进T细胞活性，本质上，突变选择性RAS抑制剂的部分功能在于刺激体内抗肿瘤适应性免疫应答，因为它们在缺乏T细胞的小鼠模型中的功效往往较弱。
ALK易位（也称为融合或重排）
ALK重排，主要涉及EML4-ALK融合，但也包括KIF5B-ALK、TFG-ALK和KLC1-ALK等，在约3-5%的NSCLC病例中检出。这些病例与EGFR突变有共同的临床特征，如腺癌组织学和轻度或不吸烟史。含有ALK激酶结构域的融合转录物可能促进下游生存信号中的激酶激活，从而使TKI治疗变得脆弱。
ROS1重排
通常情况下，ROS1基因融合与其他驱动突变相互排斥，并与静脉血栓栓塞的发生率较高相关。尽管ROS1是一种独立的受体酪氨酸激酶，但与ALK的激酶结构域具有约70%的同源性，因此可以被ALK抑制剂克唑替尼抑制。
BRAF突变
已发现超过200种BRAF突变，主要发生在第600位密码子（其中约50%为V600E，其他包括V600K、V600D、V600R和V600M突变），在约1-2%的NSCLC中发现，占所有BRAF突变的30-50%。其他突变包括从G464位到K601位的低活性BRAF变体。此类突变通常与吸烟习惯有关。BRAF突变通常与EGFR突变、MET外显子14跳跃突变、RET重排、ALK重排或ROS 1重排不一致。尽管频率较低，但也可考虑在转移性LUSC患者中进行BRAF突变检测。
NTRK1/2/3 Fusions
在NSCLC中，NTRK融合是罕见但复发的致癌驱动因子，估计发生在0.1- 0.2%的范围内，并且通常不与其他致癌驱动因子如EGFR重叠，携带NTRK融合的NSCLC患者往往更年轻，几乎没有吸烟史。
MET Alterations
MET外显子14跳跃突变的发生率在腺癌中约为3-4%，在鳞状细胞癌中约为1-2%，在肺母细胞瘤中约为20%。MET外显子14突变携带者在老年女性（中位年龄70岁）中更常见，与其他致癌突变相比，有更频繁的烟草暴露史。MET外显子14突变分别以34%、19%和11%的比率与MDM2、CDK4和MET扩增共存，TP53突变以42%的比率共存，但通常与其他致癌驱动因子相互排斥。
RET rearrangements
在NSCLC中，RET重排发生在约1-2%的病例中，尤其在相对年轻的低分化腺癌患者（≤60岁），很少或没有吸烟史，其典型特征是低PD-L1表达水平和低肿瘤突变负荷（TMB）。RET重排通常不与EGFR、ROS1、BRAF、MET外显子14跳跃和ALK的遗传变异重叠，但是，可能存在与KRAS共突变的零星情况。
ERBB2 (HER-2) mutations
HER-2是一种在正常上皮细胞表面发现的受体酪氨酸激酶，在NSCLC中作为一种确认的致癌驱动突变，其特征在于过表达或突变，影响1.5-3%的患者，中位年龄为62岁。NSCLC中最常见的突变涉及外显子20内的内含子插入，其中Y 772 dupYVMA插入占所有HER-2 20号外显子插入的68%，其次是G778dupGSP，占14%，G776delinsVC占9%。HER-2 20号外显子插入显示与EGFR突变和ALK重排的排除关系，在非吸烟者中更常见，在伴有脑转移的腺癌患者中发生率更高。对于转移性LUSC患者，也应考虑检测HER-2突变。
Other mutants
其他几十种不太常见的突变也被确定为NSCLC的致癌驱动突变，包括BRCA2、SRC、DSP、RGL2、BTN3A2和CCDC116等。此外，肿瘤抑制基因的功能丧失突变，如TP53和RB1，也经常发生。这些致病突变的治疗价值正在进行更深入的研究。
非突变表观遗传重编程
NSCLC表观遗传学研究的最新进展使我们进一步认识到，表观遗传学改变，包括DNA甲基化修饰、组蛋白修饰、非编码RNA调控等，可以驱动肿瘤的发生、发展和侵袭，并影响对药物治疗的反应。
DNA甲基化
DNA甲基化是指甲基转移到胞嘧啶-鸟嘌呤（cytosine-guanine，CpG）二核苷酸的5′端，常见于基因启动子的高密度区域，称为CpG岛。DNA甲基化异常（包括超甲基化和低甲基化）对转录调控和印记有着深远的影响。最近的研究表明，无论是整体DNA低甲基化还是局部DNA高甲基化，特别是基因特异性启动子的甲基化，似乎与肿瘤的进展密切相关。总体而言，基因组低甲基化是癌症的标志之一，它诱导原癌基因的激活，印迹丢失和基因组不稳定性。DNA甲基化状态的高分辨率作图表明，广泛的DNA低甲基化特异性地发生在重复序列上，包括短和长散布的核元件和LTR元件。
组蛋白修饰
非编码RNA（ncRNA）
癌细胞的扩增
在肿瘤细胞的扩张方面，肿瘤内的异质性为肿瘤提供了生存、生长、转移和逃避免疫攻击的适应性，在肺癌的扩张和转移过程中，肿瘤细胞产生了基因组不稳定性的时空多样性。
通过无偏单细胞RNA测序（scRNA-seq）或其他高分辨率多组学技术，绘制NSCLC内细胞类型特异性转录组学图谱的研究表明，来自不同患者的肿瘤在细胞组成、染色体结构、发育轨迹、细胞间信号网络和表型优势方面表现出广泛的异质性。
转移
内在途径调节癌细胞EMT形成
原发性非小细胞肺癌是一种上皮性肿瘤，在转移的第一阶段即侵入基底膜和间质，通过EMT，上皮样癌细胞失去极性，转化为间质表型，从而获得转移能力
NSCLC患者中的致病性突变也影响肿瘤细胞的转移
最近，非编码RNA如miRNA也被鉴定为EMT的有效调节剂和生物标志物。
启动肿瘤微环境的途径
TEM由恶性肿瘤细胞、肿瘤相关成纤维细胞（CAFs）、免疫细胞和内皮细胞等基质细胞以及沿着细胞外基质（ECM）组成，它们共同支持肿瘤的生存和发展，肿瘤细胞与TME的相互协调是肿瘤转移的基础。深入了解肿瘤细胞与其微环境在非小细胞肺癌发展过程中的复杂相互作用将有助于开发有效的抗肿瘤转移治疗方法。
CAFs:这个王凌华的文章是最好的。
ECM：细胞外基质（ECM）是构成癌细胞周围结构的非细胞成分，恶性肿瘤的发生、发展和转移往往伴随着ECM含量和结构的改变。
免疫细胞：为了进行性生长并向远处转移，癌细胞必须从TME中的免疫细胞中产生免疫逃逸，作为对抗癌细胞的主要杀手，细胞毒性CD8+ T淋巴细胞的存在与NSCLC患者的良好预后相关。
调节血管生成的途径：血管生成是肿瘤生长和转移的关键过程，为肿瘤细胞提供必需的营养和氧气，经过几十年的研究，发现了大量促进肿瘤血管生成的信号分子。
涉及NSCLC的TME内的空间特征
TME是一个由多种细胞类型和细胞外成分组成的复杂而动态的生态系统。在这个环境中，免疫细胞，如T细胞，通常聚集在内皮细胞周围，而巨噬细胞则显示出不同的分布模式，从均匀分散到聚集。肿瘤相关TLS（三级淋巴结构）或脉管系统发育已被证明会影响癌症免疫疗法的功效。
空间组学技术使我们分享的重点，就不过多赘述了。
目前NSCLC的治疗策略
最后附上药物治疗的table
