宝藤生物与西安交通大学医学院附属3201医院合作完成了120例晚期非小细胞肺癌（Non-small cell lung cancer, NSCLC）患者肿瘤组织/外周血cfDNA高通量测序及分析工作。我们系统比较了脑转移患者（Brain metastases, BM）和非脑转移患者（non-BM）在基因组体细胞突变、突变基因相互作用模式、关键信号通路、功能生物学和靶向药物的临床可用药靶点等方面的差异。本研究结果有助于阐明NSCLC患者中脑转移事件发生或进展相关的潜在分子机制。此外，我们也探究了循环肿瘤DNA（Plasma-derived circulating tumor DNA, ctDNA）对脑转移患者靶向基因检测是否优于non-BM患者，以期为ctDNA的临床应用提供更多的分子生物学证据。

该研究成果《Differences in actionable genomic alterations between brain metastases and non‑brain metastases in patients with non‑small cell lung cancer》于2022年发表于International Journal of Oncology杂志。

研究背景

10-20% NSCLC患者在初次诊断时已经发生脑转移，而在疾病进展过程中脑转移比例高达50%。BM事件的发生会导致NSCLC患者神经认知功能严重受损，且与患者不良预后密切相关。遗憾的是，肺癌发生脑转移的分子机制尚不十分清楚。此外，对于复发和疾病进展的NSCLC患者，也需要一种非侵入的、安全的和可靠的方法检测患者的肿瘤遗传学突变。

研究方法

对来源于120例晚期NSCLC患者的69个肿瘤组织和51个外周血ctDNA样本进行靶向捕获测序，系统探究BM患者和non-BM患者在基因组体细胞突变、突变基因相互作用模式、关键信号通路、功能生物学和靶向药物的临床可用药靶点等方面的差异。

研究结果

1．BM组和non-BM组间体细胞突变差异

在晚期NSCLC患者中我们共发现了35个突变基因，ALK、CDA、SMAD4、SOD2和VHL特异性地出现在BM组，18个基因（ATM，CDKN2A、ERBB4、HRAS和PIK3CA等）特异性地出现在non-BM组（图1）。

图1 晚期NSCLC患者基因突变的coBarplot图（A）和coOncoplot图（B）

2．BM组和non-BM组间突变基因相互作用差异

在NSCLC中，与EGFR野生型患者相比，携带EGFR突变的患者BM事件的发生率明显偏高。我们发现BM组和non-BM组间存在显著不同的体细胞突变基因互作模式。在non-BM组中，EGFR和KRAS是一组互斥基因（图2B），而这一互斥模式未在BM组观察到（图2A）。此外，共出现基因作用模式在两组之间也存在显著差异（图2）。

图2 晚期NSCLC伴BM患者(A) 和 non-BM患者 (B)突变基因互作模式图

3.靶向药物的临床可用药靶点分析

依据OncoKB的临床用药靶点注释数据库，所有突变被分为不同的水平（图3A）。在IV期NSCLC患者中，level_1占比为34.44%（31/90），包括BRAF、EGFR、IDH1、PDGFRA和PIK3CA的错义突变，ATM的无义突变和EGFR的移码插入突变；level_2占4.44%（4/90），包括NRAS和PIK3CA的错义突变和PIK3CA的移码缺失突变；level_3占比1.11%（1/90），包括EGFR的移码插入突变；level_4占比1.11%（1/90），包括CDKN2A的错义突变（图3B, E和H）。此外，我们也观察到non-BM患者的临床可用药基因突变百分比略高于BM患者（图3D, F, G, I和J）。

图3 基因突变OncoKB注释等级（A），晚期NSCLC 患者（n=90）（B），BM组（n=26）（C）和non-BM组（n=64）（D）可用药基因突变等级占比（每位患者按最高等级计算）；晚期NSCLC 患者（E）、BM组（F）和non-BM组（G）突变基因对应药物的分布；晚期NSCLC 患者（H），BM组（I）和non-BM组（J）可用药基因突变类型分布

4.与BM组相比，non-BM组的ctDNA与肿瘤组织DNA突变具有更高的一致性

为了研究ctDNA对BM患者靶向基因检测是否优于non-BM患者，我们不仅分析了BM组中14个肿瘤组织和12个外周血样本的体细胞突变特征（图4A和B），而且分析了non-BM组中39个肿瘤组织和25个外周血样本的体细胞突变特征（图4C和D）。在non-BM组中，43.33%（13/30）的突变基因均可在肿瘤组织DNA和ctDNA分析中检测到，而这一比例在BM组中仅为29.41%（5/17）。

图4 肿瘤组织DNA（A和C）和ctDNA（B和D）的晚期NSCLC伴BM患者（A和B）和non-BM患者（C和D）的体细胞突变图谱和突变基因维恩图(E)

结论

通过对脑转移和非脑转移非小细胞肺癌患者基因组体细胞突变特征的系统比较，我们观察到脑转移组和非脑转移组在体细胞突变、突变基因互作模式、关键信号通路、功能生物学和靶向药物靶标突变等方面存在显著差异。此外，通过对脑转移患者和非脑转移患者中肿瘤组织DNA和ctDNA基因突变一致性比较，我们发现ctDNA分析对于非脑转移患者基因体细胞突变分析更为可靠。

作为精准医学大数据领域的领先企业，宝藤目前可提供肿瘤、慢病、妇幼健康、感染和肠道微生态等各类疾病分子诊断的系统解决方案，覆盖疾病的早期风险评估、遗传易感性筛查、疾病精确分型、个体化用药指导和疾病实时监控等逾2000项专业的临床分子诊断项目。

宝藤肿瘤个体化系统解决方案：

肿瘤早期风险评估

知源^TM——明确根源 洞悉风险

- 肿瘤（超）早期筛查

- 肿瘤家族遗传性分析

肿瘤个体化用药指导

知安^TM——精准基因检测 最佳用药指导

- 化疗药物敏感及毒副作用检测

- 肿瘤靶向药物伴随检测

- 肿瘤用药综合指导（NGS）

- 肿瘤继发性耐药监测

肿瘤负荷实时监控

知康^TM——安全无创 实时监控

- 循环肿瘤细胞（CTC）监测

- 循环肿瘤DNA（ctDNA）监测

- 肿瘤蛋白标志物综合监测

参考文献：Differences in actionable genomic alterations between brain metastases and non‑brain metastases in patients with non‑small cell lung cancer. Int J Oncol. 2022 Sep;61(3):100.