前列腺癌基因组亚型（中文）

前列腺癌基因组亚型（中文） 前列腺癌基因组亚型

在过去的十年中，大规模平行 DNA 测序和计算生物学的进步使人们对几乎所有主要癌症类型的基本突变过程有了前所未有的洞察力。两个主要的癌症基因组学联盟——癌症基因组图谱 (TCGA) 和国际癌症基因组联盟 (ICGC)——已经生成了丰富的突变、病理和临床数据数据库，可以通过基于网络的门户网站进行挖掘，从而进行相关研究和在强大的患者队列上测试新假设。 在本章中，我们将回顾这些技术发展对了解促进前列腺癌发生、进展、转移和临床侵袭的分子亚型的影响。特别是，我们将专注于定义临床相关患者队列的分子亚型，并评估更好地理解这些亚型（在体细胞和生殖系基因组中）如何影响被诊断患有前列腺癌的个体男性的临床过程。

（前列腺）癌基因组分析的挑战 2000 年，人类基因组计划发布了人类基因组序列的初稿[ 1 ]。人类基因组计划在 10 年的时间里使用成对末端 Sanger 测序通过全基因组鸟枪法测序组装而成，耗资约 30 亿美元，最初包含基因组的大部分常染色区域，冗余度非常低（即读取深度）。2000 年代中期大规模并行测序的发展以及随后对该技术的改进产生了三个主要影响：首先，可以对较大的目标序列进行测序，例如人类基因组 (~3000 Mb)，其数量相对较短时间；其次，这种测序的成本大大低于基于 Sanger 的方法（10 5到 10截至 2019 年减少6倍）；第三，每个碱基的通量时间和成本的减少允许进行高度冗余的测序，每个碱基可以被测序 30 次或更多次，从而增加对被调用碱基的信心，并允许改进对低频体细胞变异的检测。 然而，相对于使用源自纯化白细胞的 DNA 对生殖系基因组进行测序，癌症基因组测序提出了基本挑战。这是因为癌症的特征是随着时间的推移获得突变，以及在肿瘤进化过程中克隆细胞群的分化。虽然在肿瘤进化早期出现的突变将存在于由祖细胞产生的整个所得细胞克隆中，但在肿瘤进化后期发生的突变必然限于获得该突变后出现的亚克隆群体。这产生了种系基因组中不存在的基因组异质性。此外，来自原发性实体瘤的细胞群很少不受非恶性细胞类型的污染。例如基质、相邻的良性上皮等），从而降低了肿瘤相关突变等位基因的相对丰度——即使是那些克隆的——在混合的肿瘤-正常细胞群中。 由于这些原因，癌症基因组的准确分析通常需要比生殖系基因组分析高两到三倍的测序覆盖率。增加基因组中每个碱基的平均读数不仅可以增强对每个碱基调用的信心，而且还可以增加低频变异的可能性——无论是由于亚克隆性还是非恶性来源的基因组 DNA 污染——会被检测到。自然地，在测序覆盖深度、样本通量和每个癌症基因组测序的总成本之间存在权衡。癌症基因组的分析也依赖于同一个体的种系基因组序列的存在。这一点尤其重要，因为大多数肿瘤测序研究依赖于短（~100-150 bp）测序读数的映射，重叠最小，2 ]。鉴于这些挑战，第一个被测序的癌症基因组来源于液体肿瘤（如急性髓性白血病 [ 3 ] ）也就不足为奇了，其中可以通过使用基于流式细胞术的方法纯化不同的细胞群来减少或消除正常污染，并且可以使用来自相同生物样本的非恶性淋巴细胞轻松地对正常基因组进行测序。在这些癌症中，检测相同丰度突变所需的测序深度相对低于实体瘤，从而降低了每个基因组的总成本。 在癌症基因组测序的初期阶段，许多团队——尤其是那些研究实体瘤的团队——选择对癌症的整个外显子组进行测序，而不是基因组；癌症基因组图谱 (TCGA) 计划就是这种方法的典型代表。在全外显子组测序中，首先使用体外捕获方法从基因组 DNA 中纯化基因组的编码区。因为它们仅占整个基因组的约 2%，所以外显子组可以以相同的成本被测序到比基因组更高的深度（或者，同样的深度以降低成本）。因此，全外显子组测序允许检测低频编码比全基因组测序灵敏度高得多的变异。然而，这是以无法检测编码区之外的分子畸变或评估全基因组结构变异为代价的。正如我们将看到的，这对于分析 C 类癌症 [ 4 ] 非常重要，例如前列腺癌，其中非编码变异、基因拷贝数异常和结构变异是肿瘤发生和疾病进展的关键驱动因素。

前列腺癌基因组 在讨论前列腺癌基因组学时，区分局部和转移性疾病至关重要。在广泛的前列腺特异性抗原 (PSA) 基因组检测时代，绝大多数新诊断属于局部、低级别疾病，预后良好 [ 5 ]，原发性新发转移性疾病的诊断相对较少。在某些情况下，转移性去势抵抗性前列腺癌 (mCRPC) 在局部治疗（根治性前列腺切除术和/或放射治疗）和全身性雄激素剥夺治疗 (ADT) 均失败后发展，并且本身可能会接受额外的全身性治疗，例如多西紫杉醇[ 6]。相对于最初接种它们的原发性肿瘤，这些全身性疗法会诱导强大的选择压力，这可以改变转移性病变的基因组构成。事实上，最近的证据表明，在 ADT [ 7 ]期间，对特定分子改变的明确选择（阳性和阴性）。因此，将局部前列腺癌的分子景观与转移性疾病的分子景观根本不同是适当的。然而，正如我们将看到的，对前列腺癌发展、进展和临床侵袭性的重要见解可以从对局部的、未经治疗的疾病状态的深入分析中推断出来。 局部前列腺癌的体细胞分子图谱 传统上，局部前列腺癌的分子检测受到临床相关癌症相对缓慢的生长以及局灶异质性和低肿瘤细胞性的阻碍。这些限制限制了对具有足够高 DNA 产量的高细胞肿瘤进行深度下一代测序的分析。事实上，直到 2011 年 [ 8 ]，即第一个肿瘤全基因组 [ 3 ]（表1）发表几年后，局部前列腺癌全基因组景观的首次描述才出现。 表 1 局限性前列腺癌全基因组测序研究总结 参考 测序的全基因组的数量和类型 重大意义 伯杰等人[ 8 ] 7种原发性高危肿瘤 首次对局部前列腺癌进行全基因组测序。闭环链重排的识别 巴卡等人[ 24 ] 55 个原发性肿瘤，2 个神经内分泌转移瘤 表征前列腺癌结构变异的时间变化（“chromoplexy”） 参考 测序的全基因组的数量和类型 重大意义 Weischenfeldt 等人[ 26 ] 11 个早发性原发性肿瘤 7 个老年性原发性肿瘤 50岁以下男性前列腺癌中富含雄激素依赖性结构变异

癌症基因组图谱研究网络 [ 16 ] 19个原发性肿瘤 局限性前列腺癌的分子亚类 布特罗斯等人[ 57 ] 来自 5 个原发性肿瘤的 23 个恶性病灶 局限性前列腺癌的空间异质性 库珀等人[ 89 ] 来自 3 个原发性肿瘤的 12 个恶性病灶 局限性前列腺癌的时空异质性。形态正常前列腺上皮异常的鉴定 弗雷泽等人[ 25 ] 200 种中等风险原发性肿瘤 迄今为止最大的前列腺癌全基因组研究。识别与不良临床结果相关的反复驱动畸变

泰勒等人[ 65 ] 来自 14 个种系BRCA2突变携带者 的 19 个病灶 BRCA2突变携带者 的肿瘤基因组与去势抵抗性转移性疾病的基因组非常相似。MED12/MED12L 通路作为临床攻击的驱动因素

卡马乔等人[ 131 ] 103 原发肿瘤 评估体细胞全基因组拷贝数异常和拷贝数丢失机制

任等人[ 38 ] 来自中国男性的 65 例原发性肿瘤 中国前列腺癌中TMPRSS2:ERG融合的 低频率。鉴定新的肿瘤抑制基因

埃斯皮里图等人[ 56 ] 93 种中等风险原发性肿瘤 前列腺癌的时间演变分析。开发具有克隆性意识的不良临床结果的多模式生物标志物

楔形等[ 37 ] 87 个原发肿瘤，20 个转移灶 前列腺癌的时间演变。确定局部疾病中潜在的药物靶点 苏等人[ 132 ] 来自 2 个原发性肿瘤的 17 个细胞核 前列腺癌单核全基因组测序的首次报道。同一腺体内显着的空间异质性

格豪泽等人[ 96 ] 292 名 55 岁以下男性的原发性肿瘤 影响年轻男性前列腺癌早期演变的突变特征的表征。基于多模态分析的临床相关亚组的识别

我们对前列腺癌肿瘤发生和侵袭的分子决定因素的理解起源于当前的基因组时代。几十年来，雄激素消融治疗前列腺癌的有效性已得到认可 [ 9 ]，这强烈（且准确地）表明 AR 活动与前列腺癌进展之间存在联系 [ 10 ]。临床研究表明，雄激素受体突变和扩增事件在晚期前列腺癌中很常见，并且可能在雄激素剥夺治疗过程中出现 [ 11 , 12 ]。一个开创性的发现是ETS家族癌基因ERG在 40-50% 的原发性前列腺癌中过度表达 [ 13 ]，这是继发于染色体 21q22.2- 上的雄激素依赖性基因组重排 (GR) 22.3，产生包含TMPRSS2基因5'调控区和ERG编码区的融合产物[ 14 ]（图1）。这种融合是由于删除了TMPRSS2和ERG基因（'edel'）之间的中间约 2.8 Mbp 或中间区域易位到其他位

置（'esplit'）[ 15]。所有这些都可以使用三色“分离”荧光原位杂交 (FISH) 分析来区分，而 edel 融合也可以从干预基因组区域的拷贝数丢失中推断出来（见下文）。 图。1

TMPRSS2 和 ERG 基因的雄激素依赖性融合。TMPRSS2和ERG基因从染色体 21q22.3 的 (-) 链转录。TMPRSS2在其 5' 启动子/增强子区域（5'-ARE；紫色）中含有强雄激素反应元件。5'-ARE（通常是TMPRSS2的第一外显子的一小部分）与ERG癌基因的编码区融合产

生融合产物（TMPRSS2:ERG；T2E），其中 ERG 表达在雄激素-响应方式。这可以通过荧光原位杂交 (FISH) 直接检测 [ 28]、RNA 或 DNA 测序、qPCR 或间接通过 ERG 免疫组织化学。在大约 50% 的情况下，T2E 融合伴随着插入序列的缺失（“edel”融合），而在另外 50% 的情况下，插入序列被保留，通常通过整合到其他染色体位置。这些可以使用分解鱼来区分 [ 15 ] TMPRSS2:ERG融合 (T2E) 存在于约 45% 的所有本地化 PC 中，

而另外约 5-10% 的融合涉及另一个ETS家族原癌基因（例如ETV1、