【生信文献200篇】51 探索PDAC癌前病变

00 文章信息

「英文标题：」 Precancerous neoplastic cells can move through the pancreatic ductal system

「中文标题：」 癌前肿瘤细胞可以通过胰腺导管系统移动

「期刊：」《Nature.》

「影响因子:」 49.963 「发表时间:」 2018-09-03

「研究领域：」 胰腺癌 癌发生

「DOI：」 https://doi.org/10.1038/s41586-018-0481-8

01 总述

研究人员分析了同一胰腺的不同区域的胰腺癌和前体病变样本的体细胞变异情况。研究人员发现祖细胞克隆形成了一个或多个病变，随后驱动基因突变形成了侵袭型胰腺癌。该文献的数据重新构建了胰腺癌的逐步发生发展模型。

02 背景

胰腺导管腺癌(PDAC，pancreatic ductal adenocarcinoma)最常见的前体病变是胰腺腺管内上皮瘤(PanIN，pancreatic intraepithelial neoplasia)。

形态水平上，PanINs分类：

• low-grade PanINs (LG-PanIN, PanIN-1 and PanIN-2)
• higher-grade PanINs (HG-PanIN, PanIN-3)

其中higher-grade PanINs 有更明显的细胞异质性，并且HG-PanIN在形态学上更表现出侵袭特征。

多数的PanIN存在KRAS突变，而HG-PanIN 存在TP53, CDKN2A, and SMAD4等驱动基因突变。此外，PanINs and neighbouring PDACs 存在相同的基因突变，所以PDACs arises from adjacent PanINs。

03 进化的3种假设

图1a 展示了同一个患者的PanIN和PDAC之间存在3种可能的发生发展关系：

D1和D2表示两个假设的驱动基因突变；蓝色细胞代表种系细胞（Germline，正常胰腺细胞）；橙色细胞代表PanIN和PDAC最近的共同祖细胞（most recent common ancestor, MRCA）。

04 全外显子组测序和系统发育分析

研究人员选取了至少有一种LG-PanIN (PanIN-2)或HG-PanIN (PanIN-3)，并与PDAC区域较远的样本。最终从8名患者中采取了12个PanINs和8个PDACs样品，并对每种组织样品进行「LCM镭射激光显微切割取样并进行WES分析」（ EGAS00001002778 ）。

通过将每个病变与其匹配的正常DNA进行比较，确定了2,886个单碱基替换（SNV）和小插入或缺失（Indels）。PanINs和PDACs有同等比例的SNV和indels，但PDACs中CNAs的数量高于PanINs。

此外，通过分析发现较多驱动基因发生了体细胞突变，如KRAS、CDKN2A、TP53、SMAD4、U2AF1和KMT2D。

研究人员使用了「一种系统发育方法Treeomics」通过对SNVs和indels分析，推断患者PanINs和pdac之间的进化关系。

• 注：PIN为患者编号

为了评估使用所有体细胞变异的遗传相关性，研究人员量化了每种情况下成对病变之间的Jaccard相似性系数（图2d）。

05 PanINs和PDACs的进化模式

从上图可知，两名患者(PIN102和PIN105)的PDAC和PanIN没有共同的基因突变（支持假设1）。四名患者结果明显证实了假设2：共同的祖先细胞发生起始和克隆，形成一个或多个PanINs，再由其他驱动基因突变引起克隆扩增最终导致PDAC。两名患者（PIN106和PIN107）与假设3一致，胰腺中的所有病变都共享已识别的所有驱动基因突变。

由于PanINs在结构上完全不同，且远离PDAC，因此研究人员认为单个突变克隆已经通过胰腺导管系统传播以产生共存的肿瘤病变。

LG-PanIN和HG-PanIN病变表现出不同程度的核和细胞异型性前体。

Left：LG-PanIN发展和播种一个细胞，并转移到第二个管道中；

Middle：第一个LG-PanIN成熟为HG-PanIN，而一个LG-PanIN在第二个位点发育，随后细胞进入第三个管道；

Right：第二位点的LG-PanIN发育为HG-PanIN，而第三位点的LG-PanIN发育

此外，研究人员结合系统发育分析估计在不同肿瘤谱系中导致PDAC或共存的PanIN的突变标记。

06 胰腺癌进化的时间模型

研究人员根据WES数据使用 「treeomics」 建立模型，估计从非侵入性，肿瘤克隆到侵袭性胰腺癌所需的时间。

研究人员在去除数据中的驱动突变或亚克隆突变的基因后，通过基因数量的变化来推断时间。因为这些病变中的绝大多数突变都是passengers genes，与正或负的生长优势无关，这些突变可以作为一个分子钟。

基于此前估计的突变率和PanINs中测量的细胞分裂时间。研究人员发现PanIN的共同祖细胞和初始克隆产生间的平均时间是7.1年。祖细胞和PDAC初始细胞之间的平均时间是4.3年。研究人员发现从共同祖先细胞的诞生到临床明显群体的出现，平均至少要经过8.1年。