Intratumor heterogeneity and branched evolution revealed by multiregion sequencing

doi:10.1056/NEJMoa1113205

.2012年3月8日；366(10):883-892.

doi:10.1056/NEJMoa1113205。

多区域测序揭示肿瘤内部异质性和分支进化

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¹英国伦敦癌症研究所（M.Gerlinger，A.J.R.，S.H.，D.E.，E.G.，P.M.，N.M.，A.S.，B.P.，S.B.，N.Q.M.，C.R.S.，B.S.-D.，G.C.，G.S.，J.D.，C.S.），皇家马斯登医院医学部（J.L.，M.N.，L.P.，G.S..，M.Gore），威康信托桑格研究所（P.T.，I.V.，A.B.，D.J.，K.R.，C.L.，P.A.F.），巴茨癌症研究所、伦敦医学和牙科学院（M.Gerlinger）以及伦敦大学学院癌症研究所（C.S.）——均位于伦敦；丹麦技术大学林比分校（A.C.E.，Z.S.）；和波士顿哈佛医学院（Z.S.）。英国伦敦癌症研究所转化癌症治疗实验室，44 Lincoln’s Inn Fields，London WC2A 3LY，英国，或charles.swanton@cancer.org.uk。

^#贡献均等。

PMID： 22397650
预防性维修识别码：项目经理4878653
内政部： 10.1056/NEJMoa1113205

多区域测序揭示肿瘤内部异质性和分支进化

马可·格林格等。 N英格兰J医学. 2012.

.2012年3月8日；366(10):883-892.

doi:10.1056/NEJMoa1113205。

作者

隶属关系

¹英国伦敦癌症研究所（M.Gerlinger，A.J.R.，S.H.，D.E.，E.G.，P.M.，N.M.，A.S.，B.P.，S.B.，N.Q.M.，C.R.S.，B.S.-D.，G.C.，G.S.，J.D.，C.S.），皇家马斯登医院医学部（J.L.，M.N.，L.P.，G.S..，M.Gore），威康信托桑格研究所（P.T.，I.V.，A.B.，D.J.，K.R.，C.L.，P.A.F.），巴茨癌症研究所、伦敦医学和牙科学院（M.Gerlinger）以及伦敦大学学院癌症研究所（C.S.）——均位于伦敦；丹麦林比工业大学（A.C.E.，Z.S.）；以及波士顿哈佛医学院。向英国伦敦癌症研究所转化癌症治疗实验室的Swanton博士（地址：44 Lincoln’s Inn Fields，London WC2A 3LY，United Kingdom）或charles.swanton@cancer.org.uk。

^#贡献均等。

PMID： 22397650
预防性维修识别码：项目经理4878653
内政部： 10.1056/NEJMoa1113205

勘误表in

N Engl J Med.2012年9月6日；367(10):976

摘要

背景：肿瘤内部异质性可能会促进肿瘤的进化和适应，并阻碍依赖单个肿瘤活检样本结果的个性化药物策略。

方法：为了检测肿瘤内异质性，我们对从原发性肾癌和相关转移部位获得的多个空间分离样本进行了外显子组测序、染色体畸变分析和倍性分析。我们通过免疫组织化学分析、突变功能分析和信使RNA表达谱分析来表征肿瘤内异质性的后果。

结果：系统发育重建揭示了分支进化肿瘤生长，在所有肿瘤区域中，63-69%的体细胞突变无法检测到。观察到雷帕霉素（mTOR）激酶哺乳动物靶点的自身抑制域内的肿瘤异质性突变，与体内S6和4EBP磷酸化以及体外mTOR激酶活性的组成激活相关。多个肿瘤抑制基因在功能丧失时聚合，肿瘤内存在突变异质性；SETD2、PTEN和KDM5C在单个肿瘤中经历了多个不同的和空间上分离的失活突变，表明表型进化趋同。在同一肿瘤的不同区域检测到预后良好和较差的基因表达特征。等位基因组成和倍体分析显示了广泛的肿瘤内异质性，来自四个肿瘤的30个肿瘤样本中有26个具有不同的等位基因不平衡性，四个肿瘤中有两个具有倍体异质性。

结论：肿瘤内部异质性可能导致低估单个肿瘤活检样本所描绘的肿瘤基因组学景观，并可能对个性化医学和生物标记物开发提出重大挑战。肿瘤内异质性与异质性蛋白功能相关，可能通过达尔文选择促进肿瘤适应和治疗失败。（由医学研究委员会和其他机构资助。）。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者提供的披露表格可在NEJM.org上查看本文全文。

数字

**图1。四名患者的活检和治疗时间表。**
对来自原发肿瘤（PreP）和胸壁转移（PreM）预处理活检样本、肾切除标本的原发肿瘤区域（R1至R9）、肾切除样本的肾周转移（M1）和切除的胸壁转移的两个区域（M2a和M2b）的肿瘤DNA进行外显子捕获测序。LM表示肝转移和PD进行性疾病。绿色方框表示依维莫司治疗周期，治疗持续时间以周为单位。虚线表示活检的时间点，星号表示因毒性而延迟肾切除。

**图2。患者1的肿瘤内遗传异质性和系统发育。**
A组显示了肾切除和转移切除标本的核心活检部位和区域。G表示肿瘤等级。B组显示了101个非同义点突变和32个indels在肾切除标本的7个原发肿瘤区域（R1至R5和R8至R9）、肾切除标本肾周脂肪（M1）和切除胸壁转移瘤的两个区域（M2a和M2b）的区域分布，通过外显子组测序（包括*VHL（甚高频）*通过Sanger测序检测到的突变）。区域R6和R7被排除在分析之外，因为只有一个非同义变体通过了过滤。热图表明每个区域存在突变（灰色）或不存在突变（深蓝色）。热图上方的颜色条表示突变的分类，根据它们是普遍存在的、由原发肿瘤区域共享的、由转移部位共享的还是该区域独有的（私有）。在这些基因名称中，紫色表示突变有效，橙色表示突变无效。由于DNA可用性有限，在原发肿瘤（PreP）和胸壁转移瘤（PreM）的预处理样品中仅验证了6个突变（*VHL、MTOR、SOX9、ALKBH8、SETD2、，*和*KDM5C系列*拼接位点）。C组显示了肿瘤区域的系统发育关系。R4a和R4b是在R4中检测到的子克隆。问号表示检测到*设置D2*剪接位点突变可能存在于R4a中，而R4b最有可能共享*设置D2*在其他原发肿瘤区域也发现移码突变。分支长度与分隔分支点的非同义突变数成正比。潜在的驱动基因突变由分支中的指示基因获得（箭头）。面板D显示了区域倍性分析。所有其他原发肿瘤区域均为二倍体（未显示）。DI表示非整倍体峰的DNA指数，表示与二倍体基因组相比的DNA含量。

**图3。患者1基因型与表型的相关性。**
A组显示磷酸-S6（Ser235/236）和磷酸-4EBP（Thr37/46）染色。所有携带mTOR（L2431P）的肿瘤区域都增加了下游mTOR途径靶点磷酸化-S6和磷酸化-4EBP的染色。含有野生型mTOR的区域在肿瘤细胞中没有磷酸化S6和磷酸化4EBP染色。B组显示了Caki1细胞（来源于人类肾细胞癌）的免疫印迹，这些细胞仅瞬时转染绿色荧光蛋白（GFP）载体（模拟）、GFP-mTOR（野生型）或GFP-mTOR（L2431P），有无血清饥饿。C组显示了基于两个分子亚群的预后特征基因的样本分层聚类：clear-cell A（ccA）表示预后良好，clear-cell B（ccB）表示预后不良。转移位点（M2a和M2b）和原发肿瘤位点R4分离在一起，富集了透明细胞A亚组中的基因，而其余的肿瘤区域富集了透明细胞B亚组，这表明如果从单个活检中获得样本，基因表达特征可能无法正确预测结果。热图（树状图）右侧的括号表示根据分析基因的表达对样本进行的层次聚类。z分数表示样本中基因的mRNA表达与所有样本的平均mRNA表达之间的标准偏差差异。

**图4。患者2的肿瘤内遗传异质性和系统发育。**
图A显示了通过外显子组测序在热图中检测到的体细胞突变的区域分布，灰色表示存在突变，深蓝色表示没有突变。热图上方的颜色条表示突变的分类，根据它们是普遍存在的、由原发肿瘤区域共享的还是该区域独有的（私有）。对于基因名称，紫色表示突变有效，橙色表示突变无效。B组显示了肿瘤区域的系统发育关系。分支长度与分离分支点的体细胞突变数量成比例。潜在的驱动突变是由分支中的指示基因获得的（箭头）。

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中的注释

肿瘤异质性和个性化药物。
Longo DL。 Longo DL。《新英格兰医学杂志》，2012年3月8日；366(10):956-7. doi:10.1056/NEJMe1200656。《新英格兰医学杂志》，2012年。 PMID：22397658 没有可用的摘要。
遗传学：个性化药物和肿瘤异质性。
柯克·R。柯克·R。 Nat Rev临床肿瘤学。2012年3月20日；9(5):250. doi:10.1038/nrclinonc.2012.46。 Nat Rev临床肿瘤学。2012 PMID：22430855 没有可用的摘要。
肾癌：个性化治疗的坏消息。
克莱恩·M。克莱恩·M。 Nat Rev Urol公司。2012年4月11日；9(4):179. doi:10.1038/nrurol.2012.53。 Nat Rev Urol公司。2012 PMID：22491390 没有可用的摘要。
肿瘤异质性：达尔文雀。
麦卡锡N。麦卡锡N。 Nat Rev癌症。2012年4月12日；12(5):317. doi:10.1038/nrc3269。 Nat Rev癌症。2012 PMID：22495322 没有可用的摘要。
肿瘤内部异质性和分支进化。
O'Reilly S.电力总经理Bambury RM。 Bambury RM等人。《新英格兰医学杂志》，2012年5月31日；366(22):2132; 作者回复2133。doi:10.1056/NEJMc1204069。《新英格兰医学杂志》，2012年。 PMID：22646642 没有可用的摘要。
瘤内异质性和分支进化。
Wersto RP，科斯LG。 Wersto RP等人。《新英格兰医学杂志》，2012年5月31日；366(22):2132; 作者回复2133。doi:10.1056/NEJMc1204069。《新英格兰医学杂志》，2012年。 PMID：22646643 没有可用的摘要。
诱导期内分子异质性对肝癌个体化治疗的影响。
Villanueva A，Llovet JM公司。 Villanueva A等人。肝病学。2012年12月；56(6):2416-9. doi:10.1002/hep.26124。肝病学。2012 PMID：23212778 没有可用的摘要。
主题：通过多区域测序揭示肿瘤内异质性和分支进化。
Logothetis CJ公司。 Logothetis CJ公司。欧洲乌拉尔。2013年7月；64(1):170. doi:10.1016/j.eururo.2013.04.025。欧洲乌拉尔。2013 PMID：23746321 没有可用的摘要。
智慧之言。主题：通过多区域测序揭示肿瘤内部异质性和分支进化。
坦诺克IF。坦诺克IF。欧洲乌拉尔。2014年4月；65(4):846-7. doi:10.1016/j.eururo.2013.12.033。欧洲乌拉尔。2014 PMID：24559903 没有可用的摘要。
让司机适应道路：癌症进化的新策略？
Touat M、Dhermain F、AndréF、Sanson M。 Touat M等人。安·昂科尔（Ann Oncol）。2015年5月；26(5):827-829. doi:10.1093/annonc/mdv137。Epub 2015年3月6日。安·昂科尔（Ann Oncol）。2015 PMID：25748650 没有可用的摘要。

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