食管癌是全球高發(fā)惡性腫瘤之一，我國食管癌發(fā)病率和死亡率均居世界首位，最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在中國每年約有48萬新增食管癌病例，37萬例食管癌患者死亡。歐美與中國的食管癌病理分型不同，歐美以腺癌為主，而中國90%以上是鱗癌（Esophageal squamous cell carcinoma, ESCC），全球超過50%的ESCC發(fā)生在中國,由于病理分型不同，國外的理論和臨床研究不適應(yīng)于指導(dǎo)中國食管癌患者的診治。ESCC具有異質(zhì)性高、進(jìn)展快、預(yù)后差和明顯的地域發(fā)病等特點,早期患者缺乏特異癥狀，首次就診時多處于中晚期，5年生存率較低。傳統(tǒng)的手術(shù)、放療和化療雖然已取得巨大進(jìn)步，但療效有限，加之缺乏有效的靶向治療藥物，局部復(fù)發(fā)和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移依然是ESCC治療失敗的重要原因。限制中國ESCC診療水平的提升的關(guān)鍵原因是對分子變異基礎(chǔ)、分子分型和腫瘤微環(huán)境的理解不充分。
面向國家的重大需求，在國家及廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)重大項目的支持下，深圳灣實驗室詹啟敏院士/崔永萍教授團(tuán)隊聚焦我國高發(fā)惡性腫瘤食管鱗癌，通過與中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院劉芝華教授、四川大學(xué)黃燦華教授、北京大學(xué)張寧教授、香港城市大學(xué)王鑫教授等多個在食管鱗癌研究、氧化應(yīng)激與微環(huán)境及生物信息學(xué)領(lǐng)域的頂尖團(tuán)隊協(xié)同攻關(guān)，從臨床樣本出發(fā)，利用分子、細(xì)胞、模式動物等多層次研究手段，結(jié)合生物信息學(xué)及系統(tǒng)生物學(xué)分析，利用多種組學(xué)技術(shù)，希望通過繪制中國人群ESCC的全息生命信息圖譜，揭示ESCC的分子變異基礎(chǔ)，破解其致病機(jī)理，并基于全息圖譜“按圖索驥”，建立分子分型和靶向治療策略（圖1）。近年來，在ESCC的分子變異基礎(chǔ)、分子分型、靶點篩選等方面取得系列成果。
圖1 ESCC精準(zhǔn)診療研究路徑
（一）建立目前最大規(guī)模ESCC全基因組圖譜，揭示分子變異特征
目前已發(fā)現(xiàn)的ESCC中的突變基因中很少有可在臨床上起作用的，已批準(zhǔn)的治療晚期ESCC的抑制劑數(shù)量非常有限，需要基于全基因組測序（WGS）數(shù)據(jù)來鑒定新的ESCC癌癥驅(qū)動基因，并在具有可用臨床數(shù)據(jù)的更大范圍的ESCC患者中探索其他預(yù)后生物標(biāo)志物。2020年5月12日，詹啟敏院士/崔永萍教授團(tuán)隊聯(lián)合山西醫(yī)科大學(xué)、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院、北京大學(xué)統(tǒng)計科學(xué)中心、北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院、深圳北京大學(xué)香港科技大學(xué)醫(yī)學(xué)中心、百度公司等合作完成的一項大型食管鱗狀細(xì)胞癌（ESCC）基因組學(xué)研究成果，相關(guān)成果發(fā)表在Cell Research, 論文題為“Whole-genome sequencing of 508 patients identifies key molecular features associated with poor prognosis in esophageal squamous cell carcinoma”。該研究通過對508例來自山西及新疆的食管鱗癌患者進(jìn)行全基因組測序，建立了編碼區(qū)和非編碼區(qū)的驅(qū)動基因遺傳變化的基因圖譜，鑒定了5個與癌癥轉(zhuǎn)移和患者預(yù)后相關(guān)的新的顯著突變基因；將ESCC分為NFE2L2突變，RTK-RAS-MYC擴(kuò)增和雙陰性三種亞型，強(qiáng)有力地預(yù)測ESCC患者的預(yù)后生存。該研究利用大量中國患者隊列的深度全基因組測序，提供了迄今為止最全面的ESCC基因組特征，揭示了ESCC的分子病理學(xué)機(jī)理，為后續(xù)開發(fā)可用于ESCC診斷和治療的特異性生物標(biāo)志物進(jìn)一步奠定了基礎(chǔ)（圖2）。
圖2 全面刻畫ESCC的編碼和非編碼基因分子變異圖譜
（二）鑒定ESCC復(fù)雜結(jié)構(gòu)變異，深化對ESCC遺傳變異的理解
基于基因測序技術(shù)，在一定程度上揭示了ESCC腫瘤發(fā)生過程中的驅(qū)動突變、突變過程和關(guān)鍵通路/克隆動力學(xué)。然而目前人們對于基因組結(jié)構(gòu)變異（SV）及其機(jī)制的分析依然是有限的。針對這個問題，詹啟敏院士/崔永萍教授團(tuán)隊進(jìn)行了深入研究，期望進(jìn)一步揭示ESCC的致病機(jī)理。2022年10月22日，團(tuán)隊聯(lián)合中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院、山西醫(yī)科大學(xué)、北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院、深圳北京大學(xué)香港科技大學(xué)醫(yī)學(xué)中心等合作者在《自然通訊》（Nature Communications）發(fā)表題為“Characterization of somatic structural variations in 528 Chinese individuals with Esophageal squamous cell carcinoma”的文章。為了揭示ESCC基因組的復(fù)雜結(jié)構(gòu)變異（SV）特征，團(tuán)隊開發(fā)了復(fù)雜SV檢測方法FindRear，對528對（癌和癌旁配對組織）全基因組測序數(shù)據(jù)進(jìn)行了群體水平的基因組結(jié)構(gòu)變異分析，系統(tǒng)闡述了ESCC的結(jié)構(gòu)變異類型，包括TDP（tandem duplication phenotype）、Insertion、Inversion、融合基因分型等，并深入分析了染色體外環(huán)狀DNA（ecDNA），Katagsis以及染色體碎裂等。這項研究首次明確了ESCC在很早期階段就發(fā)生結(jié)構(gòu)變異事件并且是高SV負(fù)荷的腫瘤，其中串聯(lián)重復(fù)TD-c2和ecDNA是導(dǎo)致癌基因擴(kuò)增的重要因素。值得一提的是，本研究發(fā)現(xiàn)了一種新型的超級增強(qiáng)子形成的機(jī)制，在特定的癌基因增強(qiáng)子區(qū)域存在以增強(qiáng)子串聯(lián)重復(fù)的形式形成超級增強(qiáng)子，這也是導(dǎo)致癌基因過表達(dá)的重要機(jī)制，這個新發(fā)現(xiàn)拓展了學(xué)界對超級增強(qiáng)子的理解（圖3）。
圖3 大樣本全基因組分析揭示ESCC結(jié)構(gòu)變異圖譜及機(jī)制
（三）解析ESCC化療耐藥的遺傳和表觀遺傳機(jī)制
腫瘤異質(zhì)性是導(dǎo)致耐藥和復(fù)發(fā)的關(guān)鍵。詹啟敏院士/崔永萍教授團(tuán)隊2021年9月8日發(fā)表在JCI Insight雜志上題為“Genomic and epigenomic evolution of acquired resistance to combination therapy in esophageal squamous cell carcinoma”的論文表明，在接受化療后出現(xiàn)進(jìn)展的ESCC患者表現(xiàn)出明顯更高的基因組和表觀基因組時序異質(zhì)性。在化療聯(lián)合維拉帕米治療期間觀察到耐藥介導(dǎo)的新突變亞克隆擴(kuò)增。研究發(fā)現(xiàn)，SLC7A8是一個潛在的新多藥耐藥（MDR）基因，功能分析表明突變型SLC7A8促進(jìn)了ESCC細(xì)胞系的耐藥表型。治療期間的啟動子甲基化動態(tài)顯示，8個耐藥蛋白編碼基因的啟動子區(qū)域甲基化程度較低。有趣的是，SLC8A3和突變體SLC7A8的啟動子低甲基化以相同的途徑富集，即蛋白質(zhì)消化和吸收，表明在治療期間可能存在一種新的MDR機(jī)制。這項研究整合了多組學(xué)數(shù)據(jù)揭示了時序遺傳和表觀遺傳的腫瘤間和腫瘤內(nèi)異質(zhì)性、克隆進(jìn)化過程和表觀基因組變化，為聯(lián)合治療期間ESCC耐藥患者提供了潛在的MDR治療靶點（圖4）。
圖4 多組學(xué)技術(shù)揭示ESCC化療耐藥的新機(jī)制
（四）建立ESCC分子分型體系，指導(dǎo)精準(zhǔn)治療
分子分型指導(dǎo)下的精準(zhǔn)治療已在乳腺癌、結(jié)直腸癌、胃癌、肺癌、肝癌等多種實體腫瘤的臨床實踐中取得顯著的成效，有效改善了患者的生存期。然而，目前ESCC尚無穩(wěn)健的分子分型，究其原因是既往的研究大多從單一組學(xué)出發(fā)、且樣本例數(shù)較少，僅僅揭示了有限的ESCC分子變異特征。因此，從多組學(xué)多層面多視角挖掘ESCC的致病機(jī)制，明確其分子分型，提其高診治水平，已成為食管鱗癌研究領(lǐng)域的重大研究課題。2022年12月29日，團(tuán)隊聯(lián)合中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院、山西醫(yī)科大學(xué)、北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院在Cancer Cell上發(fā)表了文章“Integrated Multi-omics Profiling Yields a Clinically-Relevant Molecular Classification for Esophageal Squamous Cell Carcinoma”。研究者基于多組學(xué)數(shù)據(jù)分析，將ESCC分為四個分子亞型：細(xì)胞周期通路激活型（CCA）、NRF2通路激活型（NRFA）、免疫抑制型（IS）和免疫調(diào)節(jié)型（IM）。這是國際上首次基于多組學(xué)數(shù)據(jù)的ESCC分類標(biāo)準(zhǔn)，并為每個亞型尋找了潛在的治療靶標(biāo)和/或診斷標(biāo)志物。
研究者納入155例ESCC患者配對樣本進(jìn)行了全基因組、表觀基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)層面的全面整合分析；利用多組學(xué)分析首次將ESCC分為CCA、NRFA、IS和IM四個亞型（圖4）。CCA亞型體現(xiàn)在細(xì)胞周期檢查點基因的變異，而NRFA亞型則有NRF2通路基因的激活。CCA和NRFA亞型患者均具有CpG島甲基化表型（E-CIMP+），并與淋巴節(jié)轉(zhuǎn)移和臨床分期相關(guān)。IS和IM亞型是免疫細(xì)胞高浸潤型，但腫瘤組織浸潤的免疫細(xì)胞類型不同。研究者進(jìn)一步利用43例接受PD-1抗體單藥治療隊列研究，發(fā)現(xiàn)IM亞型對免疫檢查點阻斷療法（ICB）有更好的治療響應(yīng)，并基于該隊列ESCC組織多組學(xué)數(shù)據(jù)開發(fā)了識別IM亞型患者的分子特征分類器，體現(xiàn)了基于多組學(xué)數(shù)據(jù)分子分型的臨床價值?？偟膩碚f，這項研究首次建立了ESCC多組學(xué)分子分型體系，不同亞型獨特的分子特征是臨床轉(zhuǎn)化的“航向標(biāo)”，破除了以往ESCC治療“方向模糊”的困難，有助于醫(yī)學(xué)專家“對癥下藥”，有望真正將ESCC的診治提升到精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的層面，提高患者的生存獲益。團(tuán)隊后續(xù)將開展針對ESCC各亞型的藥物研發(fā)及臨床實驗研究，盡早實現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化，制定出針對不同亞型ESCC的治療策略，讓患者盡快進(jìn)入ESCC分子分型基礎(chǔ)上的精準(zhǔn)治療時代。
圖5 食管鱗癌多組學(xué)分子四分型及其潛在治療靶標(biāo)
除了上述在分子變異基礎(chǔ)和分子分型方面的研究外，團(tuán)隊在ESCC發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制和潛在治療靶點方面也取得豐碩的成果，鑒定了FAM135B、MAGE-C3、NOX5、FAK、lncRNA VESTAR、cir-PUM1等一系列調(diào)控ESCC惡性進(jìn)展的關(guān)鍵因子，并解析了其分子機(jī)制，為臨床治療提供了潛在的治療靶點，相關(guān)研究成果發(fā)表在Signal Transduction and Targeted Therapy（2022）、Cancer Research（2021）、Cellular & Molecular Immunology（2022）、Cancer Communications（2021）、Clinical and Translational Medicine（2021）。
綜上，深圳灣實驗室詹啟敏/崔永萍團(tuán)隊基于既往堅實的研究基礎(chǔ)和廣泛密切的合作關(guān)系，圍繞我國高發(fā)特色惡性腫瘤食管鱗癌，取得了系列成果，不斷補(bǔ)充食管鱗癌的分子變異拼圖和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖，為制定食管鱗癌的“中國方案”提供的豐富的理論基礎(chǔ)。 
