导读

结直肠癌（Colorectal Carcinoma，CRC）是全球范围内常见的恶性肿瘤之一，其发生和发展涉及多基因、多阶段的复杂过程。近期，Nature背靠背发表两篇关于结直肠癌的基因组和转录组的相关文章，系统揭示了CRC的相关驱动基因以及其和预后的关联，下面是eGastroenterology对这两篇研究的解读。

第一篇

该研究由英国研究者完成，旨在通过全基因组测序（Whole Genome Sequencing，WGS）技术，深入解析CRC的基因组变异特征，特别是探讨免疫编辑在CRC驱动基因变异中的作用，以及这些变异如何影响肿瘤的免疫应答和进化。

该研究的主要思路如下：（1）收集了2023例包括MSI（微卫星不稳定）、MSS（微卫星稳定）和POL（聚合酶ε突变）等多种CRC亚型的样本，并使用WGS技术对样本进行测序，获取全面的基因组变异信息。（2）开展基因组分析， 鉴定了单核苷酸变异（SNV）、插入缺失（Indel）、结构变异（SV）和拷贝数变异（CNV）等多种类型的基因组变异。利用生物信息学工具分析变异对基因功能的影响，特别是对抗原呈递和加工基因（APG）及人类白细胞抗原（HLA）基因的影响。（3）开展免疫原性分析，量化突变产生新HLA结合表位的潜力。分析不同CRC亚型中驱动突变的免疫原性，并探讨HLA变异对免疫原性的影响。（4）开展免疫逃逸机制分析，研究了免疫逃逸相关的基因突变，包括APG和HLA基因的变异。通过多变量回归分析，评估免疫逃逸机制对肿瘤新抗原负担的影响。

小百科1：何为MSI（微卫星不稳定）和MSS（微卫星稳定）变异？

MSI和MSS是描述细胞基因组中微卫星序列变化状态的两种重要分类，它们在肿瘤学，特别是CRC的研究中具有显著意义。

1. MSI是指与正常组织相比，在肿瘤中某一微卫星由于重复单位的插入或缺失而造成的微卫星长度的任何改变，出现新的微卫星等位基因现象。这是DNA错配修复（MMR）功能异常导致的结果，MMR蛋白通常负责校正新复制的DNA链中的错误，当这些蛋白的功能出现缺陷时，就会导致MSI的发生。MSI是多种肿瘤，尤其是结直肠癌中常见的分子生物标志物。MSI状态对肿瘤的预后、治疗反应及患者生存率有显著影响。MSI-H（高度不稳定）状态的肿瘤通常被认为具有更好的免疫原性，因此对免疫治疗更为敏感。在某些情况下，MSI-H肿瘤患者对PD-1抑制剂等免疫检查点抑制剂的响应率更高。

2. MSS则是指人体DNA错配修复功能可以将复制的错误校对正确，即微卫星序列在肿瘤中保持相对稳定，没有出现显著的长度变化或新的等位基因产生。MSS作为直肠癌的一种常见分子亚型，其恶性程度相对较低，预后通常较好。MSS状态的直肠癌患者对接受胸苷酸合成酶抑制药单药辅助化疗的反应可能不如MSI-H患者敏感，但具体的治疗方式还需根据患者的病理分期、病理类型等因素综合判断。

通过上述分析，研究者发现：

1. 基因组变异特征：（1）CRC中存在大量的SNV、Indel、SV和CNV变异，这些变异在MSI、MSS和POL亚型中表现出不同的特征。（2）MSI亚型具有更高的SNV和Indel变异负荷，而MSS亚型则具有更多的SV和CNV变异。

2. 驱动突变的免疫原性：（1）大多数常见CRC驱动突变具有较低的免疫原性潜力。（2）HLA等位基因的功能丧失（如突变或杂合性缺失）进一步降低了驱动突变的免疫原性。（3）特定驱动基因（如BRAF、TP53、SMAD4、PIK3CA和KRAS）在免疫原性较低的患者中突变频率显著较高，提示免疫编辑影响驱动基因景观。

3. 免疫逃逸机制：（1）在MSI和POL肿瘤中，多个基因（如TAP2、B2M、IRF1、TAP1、HLA-A、HLA-B和HLA-C）被正式且独立地归类为CRC驱动基因，且这些基因在MSI肿瘤中信号最强。（2）在MSS肿瘤中，具有免疫逃逸突变的肿瘤具有更高的预测新抗原负担，而MSI肿瘤中，仅HLA和其他APG的蛋白质改变突变与较高的新抗原负担相关。（3）免疫逃逸机制通过多种方式显著影响新抗原负担，且这种影响在多元回归分析中依然显著。

4. 非编码区域的研究：（1）MSI肿瘤中存在非编码区域（如lincRNA LINC00673）的复发性焦点拷贝数缺失，这些区域与CRC驱动基因EZH2和PTPN11相互作用。（2）探讨了非编码变异在CRC发生和发展中的作用，扩展了对CRC基因组复杂性的理解。

5. 解剖位置与基因组特征：（1）MSS原发CRC在不同肠道部位的基因组特征存在差异，远端CRC具有更多的SV和CNV变异，但SNV和Indel变异较少。（2）远端CRC表现出更高的TP53突变频率和较低的AMER1、BRAF、KRAS和PIK3CA突变频率。（3）解剖位置与MSS CRC的亚群分布密切相关，提示位置特异性在CRC基因组变异中的重要性。

6. 位置特异性驱动基因：在不同肠道部位发现了48个新的位置特异性驱动基因，其中9个为全新癌症驱动基因，35个为CRC新驱动基因。这些基因包括ETV1（远端结肠）、LEF1（近端结肠）、NOTCH2（远端结直肠）、SRC（远端结直肠）、TFEB（直肠）和DDR2（近端结肠）等。

图1：来自第一项研究原文图1a的结直肠癌的驱动基因和结构变异图谱。

小结

本篇论文借助全基因组测序技术，深刻剖析了CRC的核心基因变异与突变谱系，并明晰了肿瘤免疫编辑与逃逸的复杂机制，为CRC的精准治疗奠定了坚实的分子分型基础。这些突破性发现不仅极大地丰富了CRC生物学与肿瘤免疫学的理论框架，还直接推动了新型靶向药物与免疫疗法的研发进程，同时赋能了疾病的早期诊断、预后评估及个体化治疗策略的制定，展现出巨大的临床应用前景。进一步深挖肿瘤免疫编辑机制，将为精准医疗的蓬勃发展注入新动力。基于分子分型的个性化治疗方案，旨在提升治疗效果，减轻患者负担。此外，新型靶向药物的研发与免疫治疗策略的优化，如联合疗法与肿瘤微环境的精准调控，正逐步成为现实。跨学科合作的加强，更是有望整合多方资源，加速CRC研究领域的突破性进展与临床转化应用。

第二篇

该研究主要由来自瑞典和中国的学者合作完成，研究者通过对1,063例原发性CRC的全基因组测序（WGS）和转录组测序（RNA-seq），结合长期随访的临床数据，全面分析了CRC的基因组变异、转录组变化及其与临床预后的关系，为CRC的个体化治疗提供科学依据。

该研究的具体思路如下：（1）样本收集与测序：研究纳入了1,063例原发性CRC样本，这些样本来自瑞典两家大学医院，具有长期的临床随访数据。对所有样本进行了WGS和RNA-seq，以获取全面的基因组变异和转录组信息。（2）基因组与转录组数据分析：使用多种生物信息学工具对WGS数据进行变异检测，包括单核苷酸变异（SNV）、插入缺失（Indel）、结构变异（SV）和拷贝数变异（CNV）。对RNA-seq数据进行转录组分析，量化基因表达水平，并检测基因融合事件。（3）预后标志物筛选：通过Cox比例风险模型等统计方法，分析基因组变异和转录组特征与CRC整体生存期（OS）和无复发生存期（RFS）的关系。利用无监督聚类方法，对CRC进行新的亚型分类，并验证这些亚型的预后意义。

具体研究结果如下：

1. 基因组变异特征：研究共鉴定了96个CRC驱动基因，其中24个为未在CRC中报道过的全新驱动基因，9个为在所有癌症类型中首次进行报道的驱动基因。MSI和MSS CRC在基因组变异模式上存在显著差异，MSI CRC具有更高的突变负荷，而MSS CRC则具有更多的染色体结构变异。

2. 新的驱动基因和突变特征：鉴定了多个新的CRC驱动基因，如ARHGAP5、BRAF、RNF43等，这些基因在CRC的发生和发展中起重要作用。发现了多个新的突变特征，包括与MSI、POLE突变和错配修复缺陷相关的特征，这些特征与CRC的预后相关。

3. 预后基因组特征：APC、MT-CYB、SIN3A等基因的突变与CRC的良好预后相关，而ARHGAP5、BRAF、RNF43等基因的突变则与不良预后相关。特定的拷贝数变异（如SMAD4缺失）和SV事件（如TCF7L2易位）也与CRC的预后密切相关。

4. 转录组特征与预后：CRC的转录组特征与基因组变异密切相关，特定基因的异常表达与CRC的预后相关。肿瘤微环境中免疫细胞的浸润程度也影响CRC的预后，如M1型巨噬细胞浸润与良好预后相关，而M2型巨噬细胞浸润则与不良预后相关。

5. CRC新的预后亚型：通过无监督聚类分析，将CRC分为五个新的预后亚型（CRPS1-5），这些亚型在基因组变异、转录组特征和临床预后上均存在显著差异。CRPS2亚型预后最好，而CRPS4亚型预后最差。CMS4肿瘤在CRPS中的分布也影响了其预后。

6. MSI肿瘤的进一步分类： MSI肿瘤进一步分为两个类别，这两类肿瘤在缺氧水平、免疫细胞浸润和预后上存在显著差异。MSI class 1肿瘤具有更高的缺氧水平和淋巴细胞浸润，而MSI class 2肿瘤则具有更多的红细胞和巨噬细胞浸润。

最后，该研究还指出：CRC线粒体基因组中存在大量的突变，特别是截断突变在CRC中富集，这提示特定线粒体基因的突变可能作为CRC的预后标志物。

图2：来自第二项研究原文图1的CRC驱动基因图谱。

本研究通过WGS与RNA-seq全面解析CRC的基因组与转录组特征，发现新预后标志物，提出五类预后亚型分类体系，并深入探索CRC免疫编辑机制。基于新发现，开发靶向药物，推动CRC精准医疗，提高治疗效果与患者生活质量。同时，强化跨学科合作与大数据分析，深化CRC复杂机制理解，为CRC个体化治疗提供坚实科学支撑。

总结

上述两篇文献从不同角度开展CRC驱动基因和预后分析，深入剖析了CRC的基因变异、转录组特征及免疫编辑机制，发现了新的预后标志物，并提出了CRC预后亚型分类体系，为CRC的精准治疗奠定了坚实的分子分型基础，加速CRC研究的突破性进展与临床转化应用，最终提高CRC的治疗效果与患者的生活质量。

引证文章

1. Cornish, A.J., Gruber, A.J., Kinnersley, B. et al. The genomic landscape of 2,023 colorectal cancers. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07747-9

2. Nunes, L., Li, F., Wu, M. et al. Prognostic genome and transcriptome signatures in colorectal cancers. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07769-3