全外显子组测序在肿瘤免疫治疗和耐药研究领域的应用

- 前 言 -

全外显子组测序（whole exon sequencing，WES）是指利用序列捕获技术将全基因组外显子区域DNA捕捉并富集后进行高通量测序的基因组分析方法，主要用于识别和研究与疾病、种群进化相关的基因编码区变异，结合临床相关资料，可以更好地解释基因变异和疾病之间的关联及致病机理。

接下来，小编就为大家介绍几个全外显子组测序在肿瘤免疫治疗和耐药研究领域的应用案例。

案例1

免疫治疗中的肿瘤和微环境进化研究

研究背景：免疫检查点抑制剂如何介导免疫激活来调节肿瘤的突变分布和影响肿瘤微环境的机理仍然知之甚少。

研究内容与结果：该研究通过全外显子组测序和转录组测序联用策略，对68个患有晚期黑色素瘤患者在使用抗PD-1治疗前后其基因组信息变化进行了综合性分析。发现抗PD-1治疗能诱导肿瘤突变负荷的发生变化，用药前后肿瘤基因表达模式变化显著并与临床反应相关联， 治疗四周后基因突变数目及肿瘤抗原数目均发生显著下降（图1），肿瘤克隆构成也存在明显变化（图2），抗PD-1疗法能够诱导肿瘤转录水平以及整个肿瘤微环境的改变。该研究揭示了免疫检查点抑制剂的作用机理和肿瘤微环境进化间的关系。

图1 | 免疫疗法影响肿瘤突变分布

图2 |治疗后肿瘤克隆构成的改变

参考文献

Riaz N, et al. Tumor and Microenvironment Evolution during Immunotherapy with Nivolumab.Cell. 2017, 171: 934–949.

案例2

结直肠癌耐药新机制研究

研究背景：结直肠癌靶向治疗中耐药相关基因的筛选和鉴定有助于揭示产生耐药的新机制，可以指导个体化治疗及帮助药物开发。

研究内容与结果：该研究通过对129个结直肠癌小鼠进行外显子测序以及拷贝数变异分析，对55个人类肿瘤样本进行目标区域测序，鉴别出了晚期大肠癌中与耐药和药物敏感性相关的6个基因的新突变， ERBB2、EGFR、FGFR1、PDGFRA、MAP2K1和IRS2，并揭示出了对西妥昔单治疗抗产生耐药的新机制。

图1 | 结直肠癌耐药机制研究框架图

 图2 | 不同体细胞突变对西妥昔单抗治疗肿瘤生长的影响

参考文献

Bertotti A, et al. The genomic landscape of response to EGFR blockade in colorectal cancer.Nature. 2015, 526(7572): 263-267.

案例3

ctDNA揭示癌症治疗获得性抗性机制

研究背景：癌症治疗容易出现获得性抗性，连续取样检测癌症基因组有助于探究病人产生耐药性的诱因。 活检实体癌症组织监测癌症进展不易，并受到肿瘤内部异质性影响。 ctDNA测序可作为一种无创活检手段，可检测到实体肿瘤组织所呈现的诸多基因组变化。

研究内容与结果：该研究对6位癌症患者药物治疗前和治疗后不同阶段19份血浆样本ctDNA进行全外显子组测序，并与已报道的digital PCR和TAm-Seq结果，以及药物治疗前手术切除的肿瘤组织的全外显子测序分析结果比较，发现ctDNA测序所检测到的等位基因突变频率的变化同样反映出病人接受治疗过程中肿瘤的生长进程。比较2位病人同时期的ctDNA全外显子测序和转移的肿瘤样品全基因组测序结果，结果显示 ctDNA测序所检测到的拷贝数变化结果不仅与之前文献报道相符，而且与转移的肿瘤样品的分析结果一致。同时从ctDNA和转移的肿瘤样品分别鉴定突变，两种方式检测的等位基因突变频率高度相关。根据ctDNA全外显子测序结果，比较患者接受治疗前后的体细胞突变的变化情况，结果显示病人接受治疗后可从ctDNA检测到明显增加的等位基因突变——其中一部分与治疗过程中出现的获得性抗性相关。

图1 | 利用全外显子组测序检测治疗相关的基因突变

参考文献

Murtaza M, et al. Non-invasive analysis of acquired resistance to cancer therapy by sequencing of plasma DNA. Nature. 2013, 497(7447): 108-12.