中国抗癌协会

概述
当前，肿瘤分子分型的测序技术已发展至整合多组学及单细胞多组学水平。基因组、转录组、表观组、蛋白质组等技术帮助我们从分子水平阐述肿瘤的发生发展及其多样性，以及其影响细胞内物质运输、衰老死亡、表观遗传修饰等分子医学基础，并为肿瘤预测预防提供新的思路。肿瘤患者的精准治疗不再只依赖于组织病理类型和病情阶段证据，而是可根据肿瘤分子分型不同，进行个体化靶向治疗。此外，备受瞩目的肿瘤免疫治疗已经成为肿瘤分子医学领域的重要研究方向。尤其是，为克服免疫治疗的耐药性，基于预测性生物标志物的合理组合疗法已被应用于多种肿瘤类型的临床实践中。与此同时，肿瘤的瘤内菌群、肿瘤神经科学也逐渐成为肿瘤分子医学领域的另一新兴研究方向。
1.肿瘤免疫治疗生物标志物的进展

免疫治疗逐渐应用于多种类型肿瘤的治疗，与肿瘤免疫治疗相关的研究策略包括免疫检查点抑制剂（ICI）、过继细胞疗法等[1]。其中ICI给晚期恶性肿瘤患者的治疗带来了曙光，但患者间的治疗反应性存在很大差异，需具有高灵敏度和特异性的生物标志物来识别最适或最不适的患者人群。同时存在部分患者最初对ICI治疗有反应，但因耐药性的产生而影响最终治疗效果。为克服免疫治疗的耐药性，合理的组合疗法已被应用于多种肿瘤类型的临床实践中（例如，ICI与化疗、靶向治疗或其他免疫调节剂联用），组合治疗策略的选择也依赖于预测性生物标志物的鉴定和应用。目前，已获批用于预测实体肿瘤ICI治疗效果的生物标志物包括PD-L1蛋白表达、肿瘤突变负荷（TMB）和微卫星不稳定性（MSI）。基于机器学习模型综合分析多个生物因素，可高灵敏度和特异性地预测免疫疗法疗效，预测能力超过TMB[2]。但由于存在瘤种特异性及肿瘤异质性等问题，现有的生物标志物对肿瘤免疫治疗疗效的预测效能仍较低。

2. 整合多组学解析肿瘤异质性

肿瘤异质性是众多肿瘤患者难以治愈的关键因素。基因组学的研究揭示了人类肿瘤中普遍存在的遗传变异，并为肿瘤治疗提供了靶点。然而，仅依据遗传变异进行治疗存在一定的局限性，肿瘤可通过遗传因素和非遗传因素共同驱动其演化，从而重塑肿瘤微环境逃避免疫或抵抗治疗。研究通过整合结直肠癌样本中的全基因组，染色质可及性和全转录组，揭示了肿瘤中遗传和表观遗传的共演化特征，表明体细胞染色质可及性改变是可遗传的，而表观基因组反过来又影响DNA突变的积累[3]。而在乳腺癌中的研究利用机器学习的方法将临床信息、病理学、基因组学和转录组学相关联，并整合成治疗响应的预测模型，可有效预测患者对新辅助治疗的响应。并发现治疗后疾病的严重程度与治疗前肿瘤特征，如肿瘤突变和拷贝数变异、增殖，以及免疫浸润等因素单调相关[4]。利用多组织单细胞大数据分析结直肠癌原发癌、癌旁组织、肠系膜淋巴结、肝转移癌及转移癌癌旁组织的微环境图谱，可为原位癌和转移癌的细胞异质性、来源及与组织交互特征提供新的理论认知[5]。通过整合基因组学，表观组学、转录组学、蛋白质组学，以及磷酸化修饰组学等技术有利于我们从不同的角度进一步揭示肿瘤的多样性，更全面的认识肿瘤，并为肿瘤治疗提供了新的思路。

3.单细胞多组学助力解析肾癌异质性

肾透明细胞癌（ccRCC）是肾癌中最常见和最具侵袭性的组织学亚型，目前针对ccRCC的临床治疗（包括常规化疗、靶向和免疫治疗）的疗效受到肿瘤异质性的限制，亟待了解潜在的细胞和分子机制，进而促进生物标志物的发现用于指导临床干预。随着单细胞多组学测序的发展，学者可在同一个细胞中捕获分析两种以上的重要信息，为全面解析肿瘤微环境提供了新思路。其中经典的scRNA-seq用于全面解析肿瘤细胞组成和转录状态，揭示其起源及肿瘤异质性；scATAC-seq则通过 Tn5 转座酶介导的标记识别可访问的染色质区域，并在单细胞水平下捕获活性 DNA 调控元件，有助于描绘肿瘤内各细胞亚群分化轨迹并揭示关键调控元件；空间转录组使用带有空间定位的探针对组织切片进行测序，可将高分辨率单细胞数据中得到的细胞亚群映射至空间位置，进而推断不同亚群的功能及分化关系。不同组学的联合应用有助于追踪肿瘤微生态中各成分的谱系发育，为绘制肿瘤、免疫、基质细胞的时空异质性和演变关系提供可能。scRNA和scATAC-seq的联合使用鉴定了由四种关键转录因子（HOXC5，VENTX，ISL1和OTP）驱动的肾癌细胞特异性转录调控网络。scRNA-seq联合空间转录组发现肾癌中的三级淋巴结构（TLS）为B细胞成熟分化为浆细胞的重要场所，且IgG + 浆细胞与肾癌患者免疫治疗响应率及无进展生存期显著正相关[6]；同样基于两种计算的组合，在肾癌和正常细胞的交界处鉴定了一种巨噬细胞来源的IL-1β信号轴驱动全新的侵袭性表型[7]。scRNA-seq联合蛋白组学则提示高分化肿瘤中存在特定蛋白质基因组特征的富集，包括不同的磷酸化和糖基化蛋白特征，同时高甲基化和肾癌肉瘤样特征密切相关。

4.肿瘤免疫及肿瘤神经科学进展

近年来，肿瘤免疫治疗受到广泛关注，已成为肿瘤分子医学领域的重要研究方向。肿瘤免疫微环境在促肿瘤演进、免疫逃逸等过程中扮演重要角色[8]。基于肿瘤分子解析技术为靶向肿瘤微环境发现多种治疗靶点和途径，包括阻断肿瘤免疫检查点、CAR-T细胞治疗、疫苗疗法、靶向髓系细胞治疗、以及联合靶向治疗（如联合靶向BRAF/PD1/MEK）等。与此同时，肿瘤神经科学也逐渐成为肿瘤分子医学领域的另一新兴研究方向。神经元和癌细胞之间的直接旁分泌和电化学通讯，以及通过神经效应作用肿瘤微环境中的免疫系统和基质细胞，在调节肿瘤发生、侵袭、治疗抵抗等过程中发挥重要作用。新近研究指出，胶质母细胞瘤可介导血小板反应素-1（TSP-1）重塑人脑神经回路来降低认知功能和生存期，靶向TSP-1可显著抑制肿瘤增殖。综上所述，这些发现为靶向肿瘤微环境开发新的诊疗策略提供了重要思路和指导。

5.骨肉瘤分子医学研究进展

骨肉瘤是起源于骨组织的高度恶性原发性肿瘤，病死率高且预后较差。骨肉瘤中抑癌基因及癌基因的改变，如基因突变、表观遗传学改变，甚至细胞因子对MSC等细胞的调节，均可导致细胞分化、增殖、迁移和凋亡等过程中信号通路的失活或激活，从而增加骨骼中正常细胞向恶性转化的风险。此外，外部环境等因素引发的表观遗传学改变，如DNA甲基化、组蛋白修饰、核小体重塑等，也可能引发抑癌基因、癌基因及非编码RNAs的表达上调或沉默，通过影响Wnt/β-catenin、PI3K/Akt、JAK/STAT、PD-1/PD-L1等信号通路对骨肉瘤的增殖、侵袭及凋亡等产生或正向或负向的调控[9]。随着分子生物学水平的不断发展及基础研究的不断推进，目前对许多信号通路与骨肉瘤生长、增殖、转移、侵袭等的调控机制已经有了初步的认识，诸多体内、体外实验亦已发现靶向药物的巨大潜力，且不断有新的调控机制及作用靶点被发现。然而，在骨肉瘤中各信号通路间相互作用的探究还比较缺乏，需要深入研究其关系，进而为骨肉瘤患者带来新的、有效的治疗策略。

6.微生物影响肿瘤细胞异质性

肿瘤的发生发展不仅受肿瘤细胞自身基因突变所调控，而且与肿瘤微环境（TME）密切相关。不同类型肿瘤的瘤内菌群各异，瘤内菌群的功能与其TME之间存在联系[10]。通过空间转录组学和16S rRNA基因测序技术对结直肠癌（CRC）患者肿瘤组织分析发现，患者的瘤内菌群表现出异质性。通过GeoMx数字空间分析（DSP）平台，靶向量化肿瘤免疫和肿瘤进展相关的蛋白表达谱，发现细菌存在于高度免疫抑制的微生态位，且细菌定位与TME内高度转化的癌细胞相关。侵袭-黏附定向表达测序法（INVADEseq）和单细胞测序（scRNA-seq）等研究结果显示，瘤内菌群在患者免疫和上皮细胞群的单细胞水平上呈现异质性，并且瘤内菌群可以促进癌细胞的转移，在功能水平上促进细胞的异质性[11，12]。通过分析不同肿瘤的瘤内菌群组成，可以深入研究肿瘤进展、转移和免疫抑制的调控机制，有望为不同类型的肿瘤治疗开拓新的治疗方向。

7.囊泡运输异常与肿瘤恶性表型

囊泡转运是细胞生物学研究前沿热点，肿瘤微环境是肿瘤生物学研究前沿热点。在复杂渐变多样性的实体肿瘤微环境中，肿瘤细胞与周围间质细胞间如何调理细胞间信号通讯检查点，从而调节不同形式的内吞、胞吐、分泌、返流和降解之间的平衡，是决定肿瘤恶性表型的重要基础。Rab GTPase作为囊泡转运控制因子，其时空动态级联激活，驱动膜抗原生物合成后内质网-高尔基体糖基化成熟、细胞内定向转运、细胞表面内吞返流和胞吐分泌等膜转运活动。尽管对控制囊泡转运的部分Rab功能有所了解，但这些Rab如何被其调节因子如GEF、GAP、GDI和GDF协同调控，进而驱动膜抗原向细胞表面极性运输，一直是肿瘤生物学领域的科学难题。由于Rab及其下游效应器集群调控囊泡运输和分泌路径，进而决定细胞间通讯和物质传递的偏好性，使恶性肿瘤细胞的发生、发展、耐药和治疗抵抗等恶性表型呈现出超级复杂多样性机制。这对寻找有效广谱的干预靶点提出了更高的挑战。最新研究表明，Rab家族成员参与调控肿瘤微环境中常规和非常规的囊泡分泌活动，导致肿瘤细胞外基质重塑、细胞增殖和凋亡失衡、迁移和侵袭加速等恶性表型[13]。一些过去功能未知的Rab上游调控因子，对肿瘤细胞表面的膜抗原囊泡转运调控起着决定性作用，这为从非转录和翻译调控层面揭示肿瘤细胞物质转运规律开拓了新领域。

8.非突变表观遗传重编程与组蛋白乳酸化修饰

2022年，Douglas Hanahan团队在Cancer Discovery上发表了“Hallmarks of Cancer: New Dimensions”，在原有的癌症十大特征的基础上又增加了四大特征（表型可塑性、非突变性表观遗传重编程、多态性微生物组和衰老细胞）[14]，其中，非突变表观遗传重编程已被确立为介导胚胎发育、分化和器官发生的核心机制。涉及非突变表观遗传重编程的主要机制包括：微环境（如：缺氧，基质细胞分泌的细胞因子）、表观遗传调控异质性（如：DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质可及性及RNA的转录后修饰和翻译）和填充肿瘤微环境的辅助细胞类型（如：癌症相关的成纤维细胞、先天免疫细胞和肿瘤血管的内皮细胞和周细胞）。组蛋白修饰是肿瘤表观遗传重编程的关键环节，其甲基化、乙酰化修饰多有报道，而乳酸化修饰作为一种新的修饰方式颇受关注。2019年芝加哥大学赵英明教授团队在Nature上首先报道了一种全新的蛋白质翻译后修饰——组蛋白乳酸化。在细胞缺氧和细菌诱导的条件下，糖酵解产生的高乳酸促进组蛋白乳酸化，调节下游基因的转录。目前，组蛋白乳酸化修饰在巨噬细胞、肿瘤和干细胞中均有研究。此外，近年来多篇文章还报道了非组蛋白乳酸化修饰在小胶质瘤、肝细胞癌[15]、前列腺癌[16]等癌症中的促肿瘤作用。

9.铁死亡在肿瘤中的研究进展

铁死亡（Ferroptosis）有望成为肿瘤治疗潜在策略，但其治疗效果受制于肿瘤细胞多种铁死亡抵抗机制。谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）和铁死亡抑制蛋白1（ferroptosis suppressor protein 1，FSP1）构成了铁死亡的两大主要防御系统。GPX4作为一种抗氧化酶，可以直接将过氧化氢磷脂还原为羟基磷脂，是肿瘤细胞铁死亡的中枢抑制因子；FSP1作为氧化还原酶，在细胞膜上将辅酶Q（coenzyme Q，CoQ）还原为泛醇（CoQH2），CoQH2作为一种捕获自由基的亲脂性抗氧化剂，可以抑制脂质过氧化物。另外，线粒体二氢乳清酸脱氢酶（dihydroorotate dehydrogenase，DHODH）可将线粒体中的CoQ还原为CoQH2，抑制线粒体脂质过氧化，介导铁死亡防御机制。GTP环化水解酶1（cyclohydrolase 1，GCH1）可通过其代谢产物四氢生物喋呤（tetrahydrobiopterin，BH4）和二氢生物喋呤（dihydrobiopterin，BH2）抵抗铁死亡[17]。除此之外，上皮类肿瘤细胞可以通过细胞间连接激活E-cadherin-NF2-Hippo信号通路，从而抑制肿瘤细胞铁死亡应答[18]。综上可见，肿瘤细胞存在多种并行的铁死亡抵抗机制，不仅促进了肿瘤发生发展，也阻碍了铁死亡相关疗法的应用。因此，抑制肿瘤的铁死亡抵抗机制，有望成为提高肿瘤患者铁死亡治疗效果的重要策略。

【审定】

陈志南    空军军医大学国家分子医学转化中心

【主编】

李   玲    空军军医大学国家分子医学转化中心

陈   亮    上海大学医学院

【副主编】

王书奎    南京医科大学附属南京医院

蔡   晨     海军军医大学第一附属医院

杨鹏远    中国科学院生物物理研究所

汪强虎    南京医科大学生物信息学系

杨   东     南昌大学第一附属医院骨科医院

苟兴春    西安医学院基础与转化医学研究所

张思河    南开大学医学院

李   郁    西北工业大学医学研究院

吴   佼    空军军医大学基础医学院

【编委】（按姓氏拼音排序）

黄   婉    空军军医大学基础医学院

吴玲祥   南京医科大学生物信息学系

黄   胜   南昌大学第一附属医院骨科医院

高雅楠   中国科学院生物物理研究所

胡平东   中国科学院生物物理研究所

潘玉琴   南京医科大学附属南京医院

徐   牧    南京医科大学附属南京医院

何帮顺   南京医科大学附属南京医院

李慧瑾   西安医学院基础与转化医学研究所

江爱民   海军军医大学第一附属医院

参考文献

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