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结直肠癌（CRC）是世界第三高发癌症。其中，位于直肠的肿瘤占所有CRC的三分之一。虽然结肠癌和直肠癌曾经被划分为同一种癌症，二者的发病率，治疗手段，复发模式等都有很大的不同。
(相关资料图)
直肠癌的主要治疗手段是全直肠系膜切除术。因为直肠位于狭窄的骨盆空间中，周围遍布泌尿生殖器官和重要的神经血管结构，所以这种手术具有很大的挑战性。
与结肠癌相比，直肠癌术后复发率更高。因此，局部晚期直肠癌（LARC）患者需要接受新辅助疗法（包括放疗和化疗）来降低复发率，并增加保留括约肌功能的可能性。
新辅助疗法对大多数直肠癌具有一定的效果，其中一些肿瘤甚至可以被根治。因此，对一些患者来说，新辅助治疗可能比全直肠系膜切除术更加有益。然而，对于如何筛选有可能完全缓解的患者，目前还没有明确的标准。越来越多的研究发现，肿瘤的分子特征可能是影响治疗效果的关键。
近日，由纪念斯隆-凯特琳癌症中心的Francisco Sanchez-Vega和Julio Garcia-Aguilar领衔的研究团队，在《自然·医学》期刊发表了关于直肠癌分子生物学特征的重要研究成果[1]。
在对738名未经治疗的直肠癌患者的基因组和转录组进行综合分析之后，他们发现，APC突变在直肠下部少于直肠中部和上部，这可以解释远端肿瘤更具有侵袭性的特征。另外，在接受新辅助放化疗和巩固化疗的患者中，KRAS突变与复发相关。
他们还发现了IGF2和L1CAM过表达与新辅助治疗的疗效降低相关。最后，他们根据肿瘤的免疫浸润程度，确定了一个微卫星稳定的免疫热肿瘤亚型，这一亚型对新辅助疗法有更好的反应，并有更长的无病生存期。
该研究通过对迄今为止最大样本量的直肠癌进行了全面的分子层面的分析，建立了基因突变、转录组学、免疫学特征与临床治疗结果的联系。这些研究成果为预测患者对新辅助疗法的反应提供了重要参考。
论文首页截图
该研究的患者来自四个队列，分别为ACOSOG Z6041临床试验，TIMING临床试验，MSK-R和MSK-C。
研究人员首先利用MSK-IMPACT平台（包括341到505个癌症相关基因），对患者的DNA序列进行分析。他们发现，在错配修复蛋白完整/微卫星稳定（pMMR/MSS）的肿瘤中，最常见的基因突变为APC，TP53，KRAS，FBXW7和PIK3CA，最常改变的信号通路是WNT，TP53和RAS通路。此外，驱动基因突变的频率在各个肿瘤分期中基本相同。
在常见突变中，KRAS和AMER1突变同时发生，而TP53突变和PIK3CA以及KRAS突变则不共存。另外，APC蛋白的羧基端突变与KRAS及AMER1突变也会同时发生。
共存和不共存的突变基因和通路
接下来，他们比较了pMMR/MSS和dMMR/MSI（错配修复缺陷/微卫星不稳定）的肿瘤。他们发现在pMMR/MSS肿瘤中，TP53突变以及全基因组重复的比例更高。而且，TP53的失活与染色体不稳定相关，具体表现为更高的FGA（因拷贝数变化而改变的基因组比例）。另外，KRAS突变在42%的pMMR/MSS肿瘤中都存在，而且这些突变中大多数都是克隆性的，并发生在G12或G13密码子位置。
研究人员还对pMMR/MSS肿瘤的可治疗性进行了分析，结果仅在极少数肿瘤中找到了CRC标准疗法的靶点，例如BRAF V600E突变（占所有肿瘤的1%）和ERBB2扩增（占比3%）。不过，他们也发现了一些正在CRC开展探索性研究的靶点，包括KRAS G12C突变，以及PIK3CA、NRAS、ATM的突变。
由于APC在直肠癌中极为常见，因此，研究人员仔细分析了APC突变及其通路的特征。他们发现，在pMMR/MSS肿瘤中，APC突变及WNT通路的改变在上部和中部直肠中显著多于下部直肠。
为了进一步确认这一发现，他们分析了9个肛门癌样本。在这9个样本中，只有一个带有APC突变，这印证了肛门边缘的WNT通路激活相对少见这一假设。另外，在不同直肠位置，研究人员没有观察到APC蛋白的羧基端和氨基端突变频率的显著差异。
各个信号通路在直肠的不同解刨位置发生变化的频率
接下来，研究人员分析了新辅助疗法的疗效与肿瘤分子特征的关系。
他们首先分析了肿瘤的基因组特征。他们发现，KRAS，TP53和APC突变，以及肿瘤分期，肿瘤位置，均与治疗效果无关。除此之外，除了KRAS突变与较短的无病生存期相关以外，上述其他变量均与无病生存期不相关。
与基因组特征不同，肿瘤的转录组特征在不同疗效的组别中，则表现出明显差异。研究人员比较了完全缓解组和不完全缓解组的患者的基因表达，发现在不完全缓解组中，IGF2和L1CAM表达显著升高。L1CAM的高表达与较低的完全缓解率，较短的无病生存期，以及较高的转移率相关。
研究人员进一步通过免疫组化发现，在不完全缓解组的患者中，L1CAM的表达在新辅助治疗的过程中升高，这些发现与目前已知的L1CAM功能相符。L1CAM与结直肠癌的转移和化疗的抗药性相关，并且已有人提出可以使用L1CAM抑制剂作为可手术切除的早期疾病的辅助治疗方案[2]。
接下来，研究人员决定探索肿瘤免疫微环境与新辅助疗法的疗效的关系。他们首先利用DNA和RNA测序数据计算单样本基因富集（ssGSEA）分数。然后，研究人员将肿瘤分为四个组别，dMMR/MSI因其已知的抗肿瘤的免疫微环境，而被列为一个独立的组别（IG4），其余的pMMR/MSS肿瘤则被分为三组（IG1、IG2、IG3），其中IG3具有广泛的免疫浸润，被定义为热肿瘤，而IG1和IG2则分别具有低度和中度的免疫浸润。
研究人员发现，IG3和IG4比IG1和IG2具有更好的治疗反应和更长的无病生存期。另外，IG3有更多的T细胞，尤其是辅助性T细胞Th1（Th1可以产生炎症因子并与抗肿瘤免疫相关）。
IG1-4组病人的无病生存期及对新辅助疗法产生反应的概率
（绿色：完全缓解；红色：无完全缓解）
更重要的是，在IG3中，免疫检查点基因，包括PDCD1（PD-1）、CD274（PD-L1）、CTLA-4、HAVCR2（TIM3）以及LAG3，都具有高表达。这表明这些患者可能可以从免疫疗法中获益。
据了解，这个研究的所有基因组数据和临床数据，都可以通过cBioPortal数据库获得。
总的来说，该研究确定了与接受新辅助治疗的LARC患者的临床结果差异相关的基因组、转录组和肿瘤免疫微环境的特征。这些新的发现可用于改善直肠癌患者的预后，并开发新的治疗策略。另外，该团队提供的开源性数据也丰富了CRC数据库，为更多的新发现提供了宝贵的资源。
参考文献：
[2]. Ganesh K, Basnet H, Kaygusuz Y, et al. L1CAM defines the regenerative origin of metastasis-initiating cells in colorectal cancer [published correction appears in Nat Cancer. 2020 Nov;1(11):1128]. Nat Cancer. 2020;1(1):28-45. doi:10.1038/s43018-019-0006-x
责任编辑丨BioTalker
