院士论坛肝癌分子分型指导精准诊断与治疗的

　　

樊嘉院士

樊嘉高强

通信作者：樊嘉

本文来源?《中华消化外科杂志》年1月第19卷第1期28-31页作者单位

医院复旦大学肝癌研究所，上海

摘要肝癌未来数十年仍将是威胁我国人民生命健康的重大疾病。近年来，随着肝癌早诊早治、精准肝切除以及靶向和免疫治疗药物研发的进步，提高了肝癌患者的生存率。尽管如此，由于肝癌的高度异质性，同一临床分期的肝癌患者对治疗应答及预后仍存在很大差异，迫切需要新分期、分型指标以助力肝癌精准诊断与治疗，从而进一步提高患者生存率。多组学技术、单细胞技术、肿瘤分子可视化技术及医学人工智能等的不断进步和发展，使肝癌分子分型正越来越接近肿瘤生物学特征的真正本质，从而助力肝癌精准诊断与治疗的实施和健康中国的战略规划。关键词肝肿瘤；分子分型；诊断；治疗

原发性肝癌是我国第4位常见恶性肿瘤及第2位肿瘤致死病因，其中85%～90%为肝细胞癌(以下简称肝癌)。肝癌发生是多因素、多步骤和受多种机制调控的复杂过程，尽管临床分期有助于判断肝癌的预后和转归，并制订相应的治疗计划，但由于肝癌的高度异质性，临床分期目前尚不能满足肝癌精准诊断与治疗的需求。在已有的10多种肝癌临床分期中，TNM和巴塞罗那肝癌(Barcelonacliniclivercancer，BCLC)分期系统在国际上较为常用。中国人群肝癌在病因、机制和临床等方面具有独特性，中国肝癌指南因此采用了适合我国国情的中国分期系统［1］。例如第8版TNM分期进行了更新，将单发肿瘤直径≤2cm无论是否存在血管侵犯都归为T1a期，将肿瘤直径2cm不伴有血管侵犯归为T1b期。通过对第8版TNM分期进行中国人群验证，其结果显示：对于单发肿瘤直径≤2cm的患者，血管侵犯仍显著影响预后；与将2cm作为T1、T2分期界限相比，以5cm分界对预后分期更具指导意义［2］。因此，中国分期系统对单发肿瘤仍以5cm为界定义Ⅰa期及Ⅰb期［1］。欧美国家的肝癌指南对BCLCB期肝癌患者推荐介入治疗，中国分期系统将BCLCB期更加细分和治疗多样化；临床实践证明：对于部分BCLCB期患者，手术切除比介入治疗的临床获益更显著［3-4］。尽管如此，同一临床分期的肝癌患者对治疗应答及预后仍存在很大异质性，迫切需要新的分期分型指标以助力肝癌精准诊断与治疗，提高患者生存率。肿瘤的分子分型从起源和发生发展机制上对肿瘤进行归类，从生物学行为上解释肿瘤的临床异质性［5］。随着新一代组学等技术对肝癌多维度、多层次和跨组学的全面解析，笔者结合临床实践与文献，系统深入阐明肝癌的分子分型，期望为临床精准诊断与治疗带来新思路和新希望。

1基于转录组的分子分型

随着基因芯片和二代测序技术的进步，可以在全基因组水平无偏倚地分析肿瘤基因表达变化，肝癌分子分型最早开始于转录组学的探索。笔者单位早先对肝癌原发癌和转移癌的基因芯片进行分析，其结果显示：转移癌的基因表达谱取决于原发癌而且促进转移的基因在原发癌早期即已启动表达，通过构建的个基因表达标志物可以将肝癌分为转移型和非转移型，预测准确率达78%［6］。目前，多项研究通过转录组学方法将肝癌分为增殖型和非增殖型，两种分子类型各占50%［7-13］。增殖型以PI3K-AKT-mTOR、RAS-MAPK、MET等细胞增殖相关信号通路激活为特点，通常与HBV感染相关，以TP53失活、FGF19和(或)CCND1扩增为驱动因素，预后较差；非增殖型的异质性较强，通常与酒精性肝病及HCV感染相关，预后相对较好。增殖型可进一步分为HoshidaS1和S2亚型［7］。HoshidaS1亚型即WNT-TGF-β亚型，以非经典WNT信号通路激活为特点，HoshidaS2亚型即祖细胞亚型，以EPCAM、AFP、IGF2过表达以及特征性DNA高甲基化为特点。非增殖型即HoshidaS3亚型仍然存在异质性，包括以CTNNB1突变介导的经典WNT通路激活亚型等。国际肿瘤基因组(TCGA)协作组对例患者肝组织进行DNA拷贝数、甲基化、mRNA、miRNA、RPRA多维度分析，将肝癌分为iClust1～3亚型，是目前肝癌分子分型样本量最大的研究，与HoshidaS1～3亚型分型基本一致［10］。其中iClust1亚型对应HoshidaS2亚型(祖细胞亚型)，iClust2亚型对应HoshidaS3亚型(CTNNB1突变亚型)，iClust3亚型则对应TP53突变和染色体不稳定性HoshidaS1亚型。这些基于转录组的分子分型初步揭示了肝癌内在的分子特征，具有潜在的临床指导意义。

2基于肿瘤微环境的分子分型

免疫炎症微环境是肿瘤的第七大特征［14］。肝癌是典型免疫炎症和微环境相关肿瘤，微环境免疫炎症反应失衡是肝癌发生、发展的关键机制之一［15-16］。笔者团队的研究结果显示：综合微环境免疫反应、血管生成、间质反应构建的肝癌预后模型，可以准确预测患者术后的复发转移［17］。根据肿瘤微环境中免疫相关基因表达水平，肝癌可分为免疫激活型、免疫耗竭型以及免疫豁免型，各占肝癌患者的10%～25%，其中免疫激活型高表达适应性免疫相关基因，免疫耗竭型高表达由TGF-β介导的免疫抑制和T细胞耗竭相关基因，免疫豁免型则以T细胞缺乏和CTNNB1突变为特征［11］。根据免疫细胞浸润情况分为高、中、低免疫反应3种亚型，其中高免疫反应亚型以B细胞、浆细胞、T细胞浸润显著增多为特点，预后最好；高Treg/CD4比值的低免疫亚型预后最差［18］。笔者团队进一步研究发现：综合肝癌免疫微环境评分(CD3、CD27、CD68、CD、PD1)和肿瘤大小，分化程度，GGT构建的预后模型显著优于传统的临床分期，可将患者分为高、中、低危3组［19］。免疫微环境分型具有一定临床指导价值。例如CTNNB1突变为特点的免疫豁免型，由于缺乏T细胞浸润，该亚型患者对程序性死亡-受体1(programmeddeath-1，PD-1)/程序性死亡-配体1(programmeddeathligand1，PD-L1)抑制剂治疗不应答。动物实验研究结果也证实了活化β-Catenin通过促进免疫逃逸介导肝癌对PD-1抑制剂的耐受［20］。毋容置疑，微环境免疫细胞具有高度可塑性和异质性。单细胞测序结果提示：肝癌微环境存在11种功能表型各异的T细胞亚群；深入阐明各亚型的微环境特征和调控机制十分必要［21］。此外，肝脏本身是肝癌最常见的转移器官，肝细胞和免疫细胞相互作用共同营造了“促转移微环境”。多项研究结果显示：癌旁肝组织或肿瘤交界区域的微环境在肝癌侵袭转移中的重要作用［22-23］。笔者单位与美国国立卫生研究院(NIH)合作进行研究，其结果显示：由CSF1等17个炎症细胞因子的基因表达标志物可以将癌周组织分为促转移微环境型和抗转移微环境型，其中促转移微环境型以高表达Th2细胞因子低表达Th1细胞因子为特征［24］。Hoshida等［25］通过分析癌旁肝组织表达谱，发现由肝功能和炎症反应相关的个基因组成的基因表达标志物可以将肝癌分为预后良好型和预后不良型，其中预后不良型以晚期复发为特征，提示该型癌周肝组织的基因标志物可能与肝癌的新发肿瘤有关。

3基于蛋白组的分子分型

蛋白质是生命活动的直接执行者，蛋白组学是寻找分子标志物有效方法之一。近日，笔者团队与贺福初院士团队进行合作研究，通过蛋白组学分析比较例早期肝癌的分子特征，系统揭示了我国早期肝癌的异质性，并将其分为S-Ⅰ～Ⅲ3个亚型［26］。其中S-Ⅲ亚型高表达TGF-β等肿瘤增殖相关蛋白与HoshidaS1亚型一致，预后差；S-Ⅱ亚型、S-I亚型以WNT、CTNNB1高表达为特点，与HoshidaS2、S3亚型一致。蛋白组学也是寻找药物靶标的有效途径，目前以多激酶抑制剂为主的肝癌靶向药物以及以免疫检查点抑制剂为主的免疫治疗直接作用靶点均为蛋白质。在预后最差的S-Ⅲ亚型早期肝癌中，甾醇氧-乙酰转移酶(sterolO-acyltransferase,SOAT1)高表达，下调SOAT1后细胞质膜上胆固醇分布发生了改变，而且肝癌细胞的增殖和迁移得到有效抑制［26］。同时，SOAT1抑制剂avasimibe在人肝癌移植瘤模型中的抑制作用进一步表明SOAT1可能成为S-Ⅲ亚型即HoshidaS1亚型肝癌的新靶标。此外，笔者团队对例乙型病毒性肝炎相关肝癌进行外显子、转录组、蛋白组、磷酸化组的多组学分析，其结果显示：肝癌被分为代谢驱动型(S-Mb)、微环境失调型(S-Me)以及增殖型(S-Pf)3个亚型［27］。其中，S-Mb亚型高表达ACAT1、ADH1A、G6PC等代谢相关蛋白，提示其保留了部分正常肝功能，预后最好；S-Pf亚型的肿瘤中高表达PARP1、TOP2A、PCNA等增殖相关蛋白，预后最差；S-Me亚型低表达CD4、CD8A、SA12等免疫、炎症和基质相关蛋白，预后介于两者之间。值得注意的是，36例蛋白组分型和转录组分型归类不一致肝癌患者的样本，蛋白分型可以提供更好的预后分析。马兜铃酸诱导基因突变是除乙型病毒性肝炎外颇具中国乃至亚洲地区的特色致病因素［28］。基于上述中国人肝癌蛋白组学数据的分析结果，马兜铃酸的突变“指纹”与肿瘤突变负荷，肿瘤新抗原负荷，CD8+T细胞浸润，免疫微环境耐受(ICOS、OX40、PD-1和LAG3等免疫检查点丰度)显著正相关，提示该类患者可能从免疫治疗中获益［21］。另一方面，CTNNB1突变患者微环境中表现为免疫豁免型，可能无法从免疫治疗中获益，进一步通过肝癌的多组学分析发现CTNNB1突变与果糖二磷酸醛缩酶A(fructose-1，6-bisphosphatealdolase，ALDOA)第36位丝氨酸的磷酸化相关［27］。ALDOA磷酸化通过促进无氧糖酵解促进肿瘤细胞增殖，敲减ALDOA显著抑制肿瘤增殖。因此，ALDOA可能是CTNNB1突变亚型肝癌的一个重要潜在治疗靶点。

4基于代谢特征的分子分型

细胞代谢处于基因调控和蛋白作用网络的下游，反映生命活动的终端信息。肝脏作为人体最大的代谢器官，代谢重编程无疑在肝癌发生发展中起到重要作用［29］。多组学研究结果显示：糖酵解和脂肪酸代谢在肝癌组织中整体上调，而参与糖异生、解毒、胆汁酸代谢和尿素-氨代谢等肝脏特异性的代谢通路在肝癌组织中整体下调；在S-Pf亚型中，参与肿瘤细胞增殖相关代谢酶，如胆固醇代谢的关键酶(SOAT1、SOAT2和HMGCR等)和谷氨酰胺代谢相关蛋白(GLS和GLUD2)表达上调［27］。基于代谢组学技术鉴定的由甘氨酸胆酸、苯丙酰色氨酸的组合标志物可提前1年准确诊断肝癌［30］。肝癌突变谱和表达谱的高度异质性，必然会导致其代谢组水平的异质性。通过构建基因组规模的代谢网络模型可将肝癌分为iHCC1～3型［31］。其中，iHCC1型高表达TDO、KMO、AADAT等犬尿氨酸途径相关基因，与肥胖症相关，预后最好；iHCC2型以低脂肪酸合成、高谷氨酰胺代谢以及与β-catenin相关的脂肪酸上调为特征；iHCC3型以PI3K/AKT/mTOR信号通路激活以及高脂肪酸合成和强Warburg效应为特征，预后最差。肿瘤代谢重编程是癌变的启动因素还是癌变的伴随结果，目前尚存在较大争议。初步研究结果显示：脯氨酸合成酶PYCR1等氨基酸代谢相关基因在肝癌发生发展中起到重要作用［32］。

5结语

中国肝癌的发病率和死亡率均全世界50%。近年来肝癌药物治疗取得众多突破，继索拉非尼之后，仑伐替尼、瑞戈非尼、卡博替尼以及以免疫检查点为核心的组合疗法相继问世，促进肝癌药物治疗的进步。但是，由于肝癌的高度异质性，上述药物的整体有效率依然有限。精准的肝癌分子分型不仅有助于肝癌个体化诊断与治疗的决策、个性化的药物治疗，而且将极大加深临床医师对肝癌复杂性和异质性的理解，以便制订更加精准、有效的治疗策略。新的分子分型体系应该与临床病理信息紧密结合，既可以反映分子水平变化，又对临床诊断和个性化治疗或预测预后有指导意义。笔者相信：随着多组学技术、单细胞技术、肿瘤分子可视化技术及医学人工智能等的进步和发展，肝癌分子分型必将越来越接近肿瘤生物学特征的本质，从而准确地指导临床精准诊断与治疗，最终提高患者生存率。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献

参考文献略

本文引用格式

樊嘉,高强.肝癌分子分型指导精准诊断与治疗的研究前沿［J］.中华消化外科杂志,,19(1):28-31.DOI:10./cma.j.issn.-..01..

FanJia,GaoQiang.Researchadvancesinmolecularclassificationforprecisiondiagnosisandtreatmentofhepatocellularcarcinoma［J］.ChinJDigSurg,,19(1):28-31.DOI:10./cma.j.issn.-..01..

(收稿日期：-01-02)

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