78%的ACVR2A突变率！结直肠癌的隐藏驱动基因曝光了？

为何仍有众多CRC患者对标准治疗方案反应不佳？为何预后评估仍难以精准把握，导致治疗选择的个体化差异难以捉摸？近期一项研究或许能为我们带来答案 ，为CRC的精准治疗提供了全新的视角和潜在的解决方案。

01▼结直肠癌基因与转录组学研究：突破传统认知，助力精准治疗

目前，结直肠癌（CRC）精准医疗的实施仍“卡”在瓶颈。尽管分子标志物如KRAS、NRAS、BRAF和MSI状态已广泛应用于指导治疗决策，但这些标志物的预测能力仍有限，无法全面覆盖所有患者的治疗反应。此外，现有预后标志物在预测患者长期生存和治疗反应方面存在不足，导致治疗选择的个体化差异难以精准把握。

近年来，随着基因组学和转录组学技术的飞速发展，其在癌症研究中的应用逐渐深入。然而，将这些技术全面整合以揭示结直肠癌的分子特征及其与临床预后的关联，仍是一个未被充分探索的领域。本研究通过大规模全基因组和转录组测序，对1 063例结直肠癌患者的样本进行了深入分析，旨在填补这一研究空白。研究不仅识别了多个新的驱动基因和突变模式，还通过基因表达分类揭示了结直肠癌的预后亚型，为精准治疗提供了新的靶点和标志物。 

2024年9月， Nature杂志发表了一篇题为“Prognostic genome and transcriptome signatures in colorectal cancers”的研究，首次将非编码区的基因组学信息纳入分析，揭示了多个新的驱动基因和突变模式，，不仅识别了多个新的驱动基因和突变模式，还通过基因表达分类揭示了结直肠癌的预后亚型，为精准治疗提供了新的靶点和标志物。

02▼大规模全基因组测序与转录组分析：探索结直肠癌的分子机制

本研究是一项基于大规模全基因组和转录组测序的前瞻性研究，旨在通过分析结直肠癌的基因突变和转录组特征，揭示其分子机制和预后标志物。研究纳入了1,063例结直肠癌患者的原发肿瘤样本，其中943例为手术切除标本，120例为活检标本。样本均来自瑞典的两个大型生物样本库，具有长期随访数据。研究团队对每个样本进行了高质量的全基因组测序（平均覆盖度53倍）和转录组测序（平均读数3,000万对），并结合临床数据进行了综合分析。主要评价指标包括基因突变频率、突变类型、拷贝数变异（CNV）和转录组特征，次要评价指标包括患者的总生存期（OS）和无复发生存期（RFS）。

03▼基因突变与转录组特征：揭示结直肠癌的预后标志物

基因组全景揭示：发现新的驱动基因与突变模式

本研究识别出96个驱动基因，其中9个基因是首次在结直肠癌中被发现，24个基因此前未被报道与任何癌症相关。这些新发现的驱动基因涉及多个关键信号通路，如WNT、EGFR、TGFβ等。例如，ACVR2A基因突变频率为78%，BRAF基因突变频率为65%，RNF43基因突变频率为57%，均为已知的癌症驱动基因；而RGMB、AREG等基因的突变频率虽相对较低，但其在结直肠癌中的作用值得关注。此外，研究还发现了两种不同的信号通路共突变模式：KRAS、APC和AMER1的共突变，以及BRAF和RNF43的共突变（图1a）。这些共突变模式可能反映了结直肠癌在进化过程中的不同遗传路径。 

注：a. 索引突变分析；b. 突变负担分布；c. DNA损伤修复基因突变图1 结直肠癌全基因组和转录组分析揭示96个驱动基因

突变特征与预后关联：揭示潜在的预后标志物

研究识别了多种与结直肠癌特异性的突变过程相关的特征。例如，COSMIC SBS44突变特征与生存相关，且在高突变负荷（HM）肿瘤中更为常见。HM肿瘤中，ARHGAP5、RNF43和TGFBR2的突变与更长的无复发生存期（RFS）相关，而BCL9和TRPS1的突变则与更短的总生存期（OS）相关。在非高突变负荷（nHM）肿瘤中，APC、MT-CYB和SIN3A的突变与更长的OS和RFS相关，而ARHGAP5、BRAF和RNF43的突变则与更短的OS和RFS相关。此外，研究还发现，WNT、EGFR和TGFβ信号通路基因的突变，以及线粒体CYB基因和三个调控元件的突变与生存相关（图1a）。

转录组特征与预后亚型：为个性化治疗提供指导

研究通过基因表达分类将结直肠癌分为五种预后亚型，这些亚型具有不同的分子特征，部分由潜在的基因组改变解释。例如，微卫星不稳定的肿瘤分为两类，其缺氧水平和免疫细胞浸润程度不同。CRPS1亚型主要包含高突变负荷的肿瘤，多发生在右半结肠，患者多为老年女性，具有最高的体细胞单核苷酸变异频率和最低的拷贝数变异频率。CRPS2和CRPS3亚型在解剖位置分布上较为均衡，且具有较低的BRAF突变频率。CRPS4亚型多发生在直肠，表现出间质细胞、TGFβ和WNT信号通路激活的特征，与CMS4亚型一致。CRPS5亚型多发生在右半结肠，表现出WNT信号通路抑制的特征，且具有最高的KRAS、PIK3CA和FBXW7突变频率，但TP53突变和拷贝数变异频率较低（图2）。

图2 CRPS与CMS亚型的比较

基因表达与突变状态的关联：揭示基因调控的潜在机制

研究还发现，某些基因的表达水平与其突变状态相关。例如，RTK-RAS、PI3K、p53和TGFβ信号通路基因的突变与基因表达的增加相关，而APC、PTEN和TP53基因的突变则与基因表达的减少相关。此外，研究还发现，某些基因的表达水平与特定的突变特征相关。例如，ID2和HS3ST1基因的调控元件突变与更短的OS相关，而DAPK1基因的调控元件突变则与更短的RFS相关（图3）,提示基因突变可能通过影响基因表达来调控肿瘤的生物学行为。 

图3 结直肠癌信号通路的基因突变与表达水平的整合分析

在CRPS亚型中，不同亚型的免疫细胞浸润水平也存在显著差异。例如，CRPS1亚型富含T细胞、B细胞、树突状细胞和巨噬细胞，而CRPS4亚型则富含成纤维细胞、软骨细胞、内皮细胞、造血干细胞和巨噬细胞，但上皮细胞、巨核细胞-红细胞祖细胞和T细胞水平较低。这些差异可能与不同亚型的生物学行为和预后相关，为个性化治疗提供了潜在的靶点。

04▼总结

本文通过对1063例结直肠癌患者的全基因组和转录组测序，揭示了结直肠癌的基因突变特征及其与预后的关联。研究不仅发现了多个新的驱动基因和突变模式，还通过转录组分析将结直肠癌分为五种预后亚型，为精准治疗提供了新的靶点和标志物。这些发现不仅有助于优化现有治疗策略，还为开发新的治疗方案提供了理论基础。未来，随着更多基因组学和转录组学数据的积累，有望进一步推动结直肠癌的精准治疗发展。