【佳學(xué)基因檢測(cè)】如何對(duì)結(jié)直腸癌患者進(jìn)行的基因檢測(cè)分析?
佳學(xué)基因結(jié)直腸癌大數(shù)據(jù)分析簡(jiǎn)述
佳學(xué)基因運(yùn)用多組學(xué)腫瘤正確用藥物基因解碼分析方法,對(duì)來(lái)自腫瘤基因檢測(cè)合作醫(yī)院的146名結(jié)直腸癌(CRC)患者進(jìn)行了全方法基因檢測(cè)基因解碼分析,其中包括70名轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌(mCRC)患者和76名早期非轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌(non-mCRC)患者?;蚪獯a從每位患者身上獲取了原發(fā)腫瘤組織(T)、遠(yuǎn)端正常組織(N)、癌旁組織(P,即鄰近正常組織)以及匹配的外周血細(xì)胞(BC)。對(duì)于mCRC患者,結(jié)直腸癌全方法基因檢測(cè)分析還研究了43份可用的遠(yuǎn)處肝轉(zhuǎn)移組織(LM)。腫瘤正確用藥基因解碼基因檢測(cè)對(duì)330份樣本進(jìn)行了全外顯子測(cè)序(WES),這些樣本包括配對(duì)的原發(fā)腫瘤和外周血BC樣本(128對(duì)T-BC)或N(18對(duì)T-N),以及38份經(jīng)過(guò)DNA質(zhì)量控制的LMs。按照STAR方法所述,佳學(xué)基因利用MaxQuant和Spectronaut生成了CRC的雜交蛋白質(zhì)組或磷酸化蛋白質(zhì)組譜庫(kù)。CRC雜交蛋白質(zhì)組譜庫(kù)包含179,382個(gè)前體、113,291個(gè)肽段、11,510個(gè)蛋白質(zhì)組和9,942個(gè)基因產(chǎn)物。CRC雜交磷酸化蛋白質(zhì)組譜庫(kù)包含116,121個(gè)磷酸化前體、65,851個(gè)磷酸化肽段、9,977個(gè)磷酸化蛋白質(zhì)組和7,125個(gè)磷酸化基因產(chǎn)物。分析過(guò)程中利用數(shù)據(jù)非依賴采集方法,對(duì)由145對(duì)T-N-P組織、一對(duì)T-N組織和43份LM組織構(gòu)成的480份樣本的蛋白質(zhì)組(8,450個(gè)定量蛋白質(zhì)組)和磷酸化蛋白質(zhì)組(47,786個(gè)定量磷酸化位點(diǎn))進(jìn)行了表征。這些患者的中位隨訪時(shí)間為1,240天。
CCRC、TCGA和MSK隊(duì)列之間常見(jiàn)突變基因的比較。p值通過(guò)費(fèi)舍爾正確檢驗(yàn)計(jì)算得出。
佳學(xué)基因中國(guó)結(jié)直腸癌基因突變譜的繪制
在146名結(jié)直腸癌(CRC)患者的原發(fā)腫瘤中,平均發(fā)現(xiàn)了107個(gè)非同義體細(xì)胞單核苷酸變異和7個(gè)插入或缺失,這與TCGA CRC隊(duì)列的結(jié)果相似。在佳學(xué)基因中國(guó)結(jié)直腸癌大數(shù)據(jù)測(cè)試中,賊常見(jiàn)的癌癥相關(guān)突變是APC(突變頻率為65%)、TP53(64%)和KRAS(32%),這與先前的研究結(jié)果一致。臨床病理特征將中國(guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)隊(duì)列與TCGA(癌癥基因組圖譜,2012年)或MSK CRC隊(duì)列區(qū)分開(kāi)來(lái)。與TCGA CRC數(shù)據(jù)集相比,中國(guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)中轉(zhuǎn)移性CRC(mCRC)患者的比例更高(47.9%對(duì)14.4%;p<2.2E−16;圖1B)。此外,中國(guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)在這三個(gè)隊(duì)列中直腸癌病例的比例賊高(46.6%對(duì)25.5%對(duì)31.7%;p=5.3E−06;圖1B),這與之前的研究結(jié)果一致,即亞洲人群中直腸癌的發(fā)病率較高。
結(jié)直腸癌全面性提升項(xiàng)目組的研究發(fā)現(xiàn),與另外兩個(gè)隊(duì)列相比,中國(guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)中APC的突變頻率顯著降低(65.1%對(duì)76.9%;TCGA的p值為5.3E−03,而中國(guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)的65.1%對(duì)MSK的79%;p值為8.1E−04),TP53的突變頻率與MSK隊(duì)列相比也較低(63.7%對(duì)78%;p值為7.3E−04)。中國(guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)中APC和TP53的突變熱點(diǎn)與TCGA隊(duì)列相似。此外,中國(guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)中BRAF和PTEN的突變頻率也顯著低于西方數(shù)據(jù)集。相反,佳學(xué)基因腫瘤基因解碼在中國(guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)中發(fā)現(xiàn)了PRRC2A、PPFIA4、CPD和NURP1L基因的突變頻率較高??紤]到中國(guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)隊(duì)列在人口統(tǒng)計(jì)學(xué)上與TCGA隊(duì)列不同,且包含更多晚期病例和直腸癌病例,結(jié)直腸癌更全面的基因檢測(cè)構(gòu)建團(tuán)隊(duì)對(duì)兩個(gè)隊(duì)列的臨床特征進(jìn)行了傾向評(píng)分匹配(PSM),以便比較基因組特征(STAR方法)。傾向評(píng)分匹配(PSM),這些突變?cè)谥袊?guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)隊(duì)列中更為常見(jiàn),表明這些可能是亞洲CRC特有的遺傳特征。
為了確定與轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因,佳學(xué)基因結(jié)直腸癌靶向用藥基因檢測(cè)比較了中國(guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)隊(duì)列中非轉(zhuǎn)移性CRC(non-mCRC)和轉(zhuǎn)移性CRC(mCRC)的基因組改變頻率。與non-mCRC相比,mCRC原發(fā)腫瘤的突變負(fù)擔(dān)降低,這在非高突變CRC病例中也觀察到。在CRC中賊常發(fā)生突變的基因中,只有SMAD4在mCRC患者原發(fā)腫瘤中的突變率顯著較高(20%對(duì)6.6%;p=0.015);XIRP2在mCRC患者原發(fā)腫瘤中也顯著富集,據(jù)報(bào)道,這與乳腺癌進(jìn)展相關(guān)。
結(jié)直腸癌基因檢測(cè)TOP10鑒定小組進(jìn)一步應(yīng)用非負(fù)矩陣分解來(lái)提取突變特征。在146例中國(guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)原發(fā)腫瘤中發(fā)現(xiàn)了四個(gè)特征,其中COSMIC SBS 6、SBS 1、SBS 45和SBS 5的特征如之前所定義。值得注意的是,SBS 1對(duì)mCRC的貢獻(xiàn)率顯著高于non-mCRC,從而表明mCRC具有更嚴(yán)重的內(nèi)生性突變狀態(tài)。此外,富集SBS 1的基因,如HYDIN、C1QB和COL22A1,之前已被報(bào)道為結(jié)腸癌和乳腺癌的轉(zhuǎn)移特征。賊常見(jiàn)的體細(xì)胞拷貝數(shù)改變(SCNAs)在mCRC和non-mCRC原發(fā)腫瘤之間無(wú)明顯差異。然而,與non-mCRC患者相比,mCRC患者的原發(fā)腫瘤展現(xiàn)出更多的多克隆結(jié)構(gòu)(分別為63%和39%;p=0.01),這表明T中mCRC的轉(zhuǎn)移可能性。
佳學(xué)基因檢測(cè)如何改進(jìn)結(jié)直腸癌的分型:基于蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的亞型分類
為了利用我們的深度蛋白質(zhì)組,以提供有關(guān)與結(jié)直腸癌(CRC)相關(guān)的細(xì)胞和分子異質(zhì)性的見(jiàn)解,結(jié)直腸癌正確用藥物基因檢測(cè)對(duì)原發(fā)腫瘤和N之間的2440種差異表達(dá)蛋白進(jìn)行了共識(shí)聚類分析(STAR方法)。在146例中國(guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)原發(fā)腫瘤中,結(jié)直腸癌分子分型改進(jìn)團(tuán)隊(duì)確定了三個(gè)共識(shí)聚類(CCs)。CC1的特征是RNA加工和DNA錯(cuò)配修復(fù)(MMR)增加。CC2中上調(diào)的蛋白富集于細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)-受體整合、黏著斑和免疫相關(guān)通路。CC3的特征是DNA復(fù)制和代謝通路的上調(diào)富集。
臨床病理特征顯示,除術(shù)前治療外(p=0.014;Fisher正確檢驗(yàn)),不同亞型之間無(wú)顯著差異,這可能是由于CC2和CC3中mCRC的輕微富集。這三種亞型具有不同的無(wú)反復(fù)生存概率(p=0.014),而經(jīng)過(guò)多變量分析調(diào)整腫瘤分期和術(shù)前治療后,亞型分類仍是一個(gè)獨(dú)立的預(yù)后因素(p=0.017)。此外,與CC1和CC2亞型的mCRC患者相比,CC3中的mCRC患者也顯示出賊差的無(wú)反復(fù)生存概率(p=0.004)。相比之下,非mCRC患者在三個(gè)亞型之間的無(wú)反復(fù)生存方面沒(méi)有顯著差異,這可能是由于通過(guò)各種治療,非轉(zhuǎn)移性CRC的整體預(yù)后普遍良好。此外,跨不同CC亞型的所有mCRC原發(fā)腫瘤均表現(xiàn)出獨(dú)特的特征。具體而言,CC3中升高的蛋白質(zhì)主要與檸檬酸循環(huán)、氧化磷酸化和代謝途徑有關(guān)。
隨后,結(jié)直腸癌基因檢測(cè)先進(jìn)應(yīng)用團(tuán)隊(duì)在三個(gè)亞型中識(shí)別了差異突變的基因或SCNAs。對(duì)于在三個(gè)CC亞型之間在基因突變、SCNA和蛋白質(zhì)水平方面存在差異的基因,佳學(xué)基因發(fā)現(xiàn)突變?cè)贑C3和直腸癌中顯著富集(圖2E),這與亞洲人群中CRC的腫瘤位置偏倚一致。接下來(lái),腫瘤基因解碼發(fā)現(xiàn)FBXW7、HYDIN和HSPG2在CC3亞型中顯著富集。在重疊基因中,CC3亞型的SCNAs顯著缺失,而蛋白質(zhì)上調(diào)。然后,結(jié)直腸癌的基因檢測(cè)檢查了具有差異SCNAs和蛋白質(zhì)豐度的295個(gè)基因的相關(guān)性。有趣的是,與CC1和CC2相比,CC3中的大多數(shù)SCNA基因顯示更大的缺失,而CC3中的蛋白質(zhì)表現(xiàn)出更高的表達(dá)水平。這些基因在氧化磷酸化、RNA剪接、中性粒細(xì)胞脫粒和替代剪接相關(guān)通路中顯著富集。具體來(lái)說(shuō),19q區(qū)域的SCNA基因從CC1到CC3逐漸增加缺失頻率,盡管該區(qū)域的蛋白質(zhì)豐度在CC2中賊低,在CC3中賊高。例如,與氧化磷酸化相關(guān)的COX6C,以及替代剪接通路中的PTBP1和ELAVL1,在CC3中的拷貝數(shù)均較低,盡管它們的蛋白質(zhì)水平在CC3中顯著高于CC1、CC2和N。此外,這三種基因的高蛋白質(zhì)豐度與較差的無(wú)反復(fù)生存概率相關(guān),這表明在預(yù)后較差的腫瘤中,拷貝數(shù)和蛋白質(zhì)豐度是解耦的。
在CC2中下調(diào)的蛋白質(zhì)在DNA錯(cuò)配修復(fù)(MMR)途徑中富集,但與微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI)狀態(tài)無(wú)明顯相關(guān)性。與基因解碼通常報(bào)道的MLH1、MLH3、MSH2、MSH3和MSH6等MMR蛋白不同,佳學(xué)基因發(fā)現(xiàn)PCNA、RFC1、RFC3、RFC4和SSBP1等MMR途徑蛋白在CC2中與其他亞型相比差異富集且下調(diào)。為了進(jìn)一步探索驅(qū)動(dòng)MMR的機(jī)制,結(jié)直腸癌正確性基因檢測(cè)基于蛋白質(zhì)表達(dá)水平選擇了32個(gè)樣本(CC1、CC2和CC3分別為6、13和13個(gè)樣本),進(jìn)行Illumina 850K甲基化陣列分析(STAR方法),發(fā)現(xiàn)RFC3和SSBP1的甲基化水平與它們編碼的蛋白質(zhì)表達(dá)水平呈顯著負(fù)相關(guān)。這些結(jié)果表明,CC2亞型具有一種與蛋白質(zhì)模式相關(guān)的獨(dú)特且非典型的表觀遺傳特征。通過(guò)蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)識(shí)別的亞型與先前CPTAC蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)集和CMS分類的研究中的亞型基本一致。值得注意的是,CC1與CPTAC亞型A和E相匹配,分別包含CMS1和CMS3,并顯示出相對(duì)良好的預(yù)后,如之前所報(bào)道的CC2同樣與亞型C和CMS4相匹配,但通常表現(xiàn)出比CC1更差的預(yù)后,這是由于細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)富集且具有間充質(zhì)特征。CC3蛋白質(zhì)組對(duì)應(yīng)于CPTAC亞型B,MSI富集。然而,佳學(xué)基因在CC3中并未觀察到MSI富集。在腫瘤基因解碼的分析中,CC3與多種CMS相匹配,并顯示出賊差的無(wú)反復(fù)生存概率,這說(shuō)明了這一亞型的復(fù)雜性。這些結(jié)果可能與消化道腫瘤的中國(guó)結(jié)直腸癌基因檢測(cè)大數(shù)據(jù)隊(duì)列(CCRC)隊(duì)列中轉(zhuǎn)移性患者數(shù)量顯著多于TCGA/CPTAC隊(duì)列有關(guān),而拷貝數(shù)變異(CNV)與蛋白質(zhì)表達(dá)之間的差異進(jìn)一步導(dǎo)致了CC3亞型的異質(zhì)性,從而導(dǎo)致了其不一致性。
所有146名CCRC患者的基因譜及相關(guān)的臨床病理特征。上方的條形圖表示每個(gè)患者的體細(xì)胞突變總數(shù)。右側(cè)的條形圖代表每個(gè)基因中突變類型的分布和組成。