合作北京协和医院：世和WES揭示超级多原发肺癌分子特征和发病机制

导读

随着肺癌筛查技术的不断进步，多原发肺癌（Multiple primary lung cancers，MPLC）的确诊率显著提升。最新研究显示，将分子特征纳入诊断标准可以显著提升MPLC的诊断准确性。然而值得注意的是，既往MPLC研究多报道的是每位患者2-4个病灶的情况，而同一患者具有5个或以上病灶的研究相对较少。

我们将这类具有5个或以上病灶的独特患者亚群定义为“超级MPLC”，为了进一步阐明超级MPLC与其他MPLC之间的差异，北京协和医院胸外科李单青教授、梁乃新教授团队与世和基因合作开展了PUMCH-ssesMPLC队列研究，纳入18例超级MPLC患者，共收集了130份来自不同原发灶的肿瘤组织进行全外显子测序（WES）。结果显示，这类患者具有高频BRAF突变与低频EGFR突变的典型特征，这一发现不仅深化了我们对超级MPLC发病机制的理解，也为患者的精准治疗提供了重要指导。相关研究成果已于近日发表在NPJ Precision Oncology（IF=7.9）^[1]。

研究背景

为深入探究MPLC的发病机制，北京协和医院胸外科李单青教授、梁乃新教授团队与世和基因合作开展了一系列前沿探索。

2020年，我们报道了一例56岁男性MPLC患者的病例，通过NGS技术揭示了该患者6个不同病灶的分子特征，为MPLC的多原发诊断提供了有力支持^[2]。

2022年，我们进一步扩大了研究规模，对32例MPLC患者的115份肿瘤组织（平均每位患者3.59个病灶）进行了全外显子测序（WES），揭示了MAPK/ERK通路在MPLC发展中的关键作用：早期（如不典型腺瘤样增生AAH）MAP2K1和BRAF变异高发；后期（如微浸润腺癌MIA和浸润性腺癌ADC）BRAF和EGFR变异最为富集^[3]。

基于前期研究成果，我们还发现具有5个或以上病灶的患者构成了一个独特的亚群，并定义其为超级MPLC。本研究则进一步阐明超级MPLC与其他MPLC之间的差异。

研究结果

对130个肿瘤病灶进行WES测序发现，BRAF突变发生频率最高（31.5%），其次是KRAS（18.5%）、EGFR（13.8%）和TP53突变（5.4%）（图1A）。按照患者整体突变情况来看，近90%的超级多原发肺癌均存在BRAF突变，这一比例显著高于病灶较少的MPLC队列。与早期肺癌、转移性肺癌及病灶较少的MPLC队列相比，超级MPLC队列中BRAF突变频率显著更高，而EGFR突变频率显著更低。随着MPLC的平均病灶数量增加，BRAF突变频率逐渐上升，而EGFR突变频率逐渐下降（图1B）。

相关性分析显示，BRAF突变与EGFR突变是互斥的（p=0.013），但也存在少数两者共突变情况；BRAF突变与KRAS和MAP2K1突变也相互排斥；EGFR和KRAS突变之间也表现出互斥性（图1D）。通路富集分析显示，超级MPLC突变主要集中在MAPK、PI3K-Akt和磷脂酶D信号通路中（图1C）。

图1. 超级MPLC的分子突变特征

BRAF突变分为三类：第一类（V600D/E/K/R）、第二类（G464V、G469A/S/V、L597Q/R、K601X）和第三类（G466E、D594G/N、G596R、N581S/I）。第一类中的V600E是肺腺癌的主要突变亚型，而在超级MPLC队列中最常见的BRAF突变类型是第二类（图2B）：G469A/V/S和K601；V600E仅在5个（5.4%）样本中被检测到。BRAF第二类突变的发生率显著高于第一类和第三类（图2C）。

在检出的18个EGFR突变中，EGFR 19del和L858R的发生率最高，分别为33.3%和38.9%；约30%的患者携带罕见EGFR突变，包含EGFR 20ins、L861Q和M277E（图2A）。与其他研究相比，超级MPLC中EGFR 19del的比例（33.3%）要高于其他MPLC（21%）和亚实性结节（SSNs）（20%），而L858R突变比例相似。

KRAS发生率最高的突变位点是G12D（46%）和G12V（23%）。MAP2K1最常见的突变亚型是E102_I103del（5.4%），TP53发生率最高的突变位点是R151A（3.8%）（图2A）。

图2. 超级MPLC中关键驱动基因的突变位点和亚型分布

对比肺癌四种不同病理类型（AAH、AIS、MIA和IAC）的分子特征发现，每种病理类型独有的突变数量分别为470、407、85和1250 （图3A）。不同病灶中，每种病理类型的平均独有突变数量分别为8.5、11.3、5.7和52.1。此外，侵袭性病灶（MIA和IAC）的肿瘤突变负荷（TMB，p=0.0088）和染色体不稳定性（CIS，p=0.0003）均显著高于非侵袭性病灶（AAH和AIS）（图3B、C）。随着肿瘤进展，BRAF突变，尤其是第二类BRAF突变的比例持续增加（图3D、E）；IAC中的BRAF突变发生率显著高于AAH（p=0.014，图3D）。这说明，随着肿瘤进展， 超级MPLC的突变逐渐积累，并形成关键和典型的突变模式。

图3.超级MPLC不同病理亚型之间的突变频谱比较

为了探索超级MPLC不同病灶之间的克隆关系，研究根据突变图谱构建了系统发育树。同一患者不同病灶之间的突变没有显著重叠或仅有一个短的共同主干（图4），这也证实了超级MPLC中不同病灶的独立起源。

图4. 超级多原发肺癌的克隆进化举例

基于研究，我们提出了超级MPLC的分子进化假设机制（图5）：在多个原发性肿瘤的趋同进化机制下，各病灶的突变主要集中在包含EGFR和BRAF的MAPK通路中；EGFR和BRAF突变表现出互斥的特征；携带EGFR突变的病灶具有更高的侵袭性，并会抑制周围较小病灶的生长。因此在超级MPLC中，病灶倾向于保持较低的侵袭性并具有BRAF突变，而非EGFR突变。

图5. 超级MPLC的分子进化假设机制

总结

PUMCH-ssesMPLC队列研究采用WES技术发现，相较于病灶数量较少的多原发肺癌，超级多原发肺癌的BRAF突变频率显著更高，EGFR突变频率则较低，这一特性可能限制了EGFR-TKI靶向药物在此类患者中的有效应用。研究加深了我们对于多原发肺癌的理解，为患者精准治疗提供参考方向，且进一步提体现了NGS在多原发肺癌辅助诊断和治疗决策中的价值。

参考文献