Real-world multiomic characterization of small cell lung cancer subtypes to reveal differential expression of clinically relevant biomarkers.

 

作者：Sonam Puri， et al

摘要号：8508

 

背景：4种祖系决定转录因子的表达(ASCL1、NEUROD1、YAP1、POU2F3)能够将SCLC分为SCLC-A/N/Y/P 4种亚型。新的证据也提示YAP1表达与T细胞炎症表型相关。由于MYC驱动的Notch信号活化导致SCLC有显著的肿瘤内异质性。研究者进行了真实世界SCLC病人分子亚型中临床相关生物标志物的表达一项大样本研究。

 

方法：应用NGS对437例小细胞神经内分泌肺肿瘤（包括7.3%的高级别肺神经内分泌肿瘤）进行DNA测序（592基因）、RNA测序（全转录组）的分子分析，并进行免疫组化检测。根据4种转录因子的表达，SCLC被分为SCLC-A/N/Y/P和混合型5个亚型。在各个亚型中评价关键基因的表达和先前验证过的免疫特征(炎性T细胞、NK细胞和STING 信号特征)。

 

结果：纳入研究的患者中位年龄是66岁(IQR: 59-72)，女性占50.6%。67.3%的标本来自转移灶。

 

关键转录因子的表达分析中SCLC-A占35.7%，SCLC-N占17.6%， SCLC-Y占21.1%， SCLC-P占6.4%， 还有19.2% 的为混合型；

 

与转移灶相比， YAP1在原发灶中表达显著增高 (p<0.001)。在14例来自CNS的肿瘤标本中，SCLC-N 是最常见的亚型(36%， n=5)。在SCLC中dMMR/MSI-high的病人是非常罕见的(0.5%， n=2)；SCLC各亚型间TMB (中位为9-10 mut/Mb)是相似的；

 

SCLC-Y亚型与高炎性T细胞、NK细胞和STING信号活化相关(p<0.0001 each)；

 

另外，MYC 和NOTCH基因的表达与YAP1表达强烈相关。共表达分析中发现在SCLC-N亚型中存在5.2%（n=4)的EGFR敏感突变患者；

 

SNF11、SSTR2、MYC的表达在SCLC不同亚型间存在显著差异(p<0.001)， SCLC-N亚型中SNF11和SSTR2表达最高，而MYC在SCLC-P亚型中表达最高。

 

结论：这项研究是目前通过全转录组测序分析SCLC肿瘤谱的最大样本量的真实世界研究。不同SCLC亚型的免疫基因和预测生物标志物的差异表达，可能是合理、个性化的SCLC治疗策略可攻击的薄弱点。

 

Signatures of plasticity and immunosuppression in a single-cell atlas of human small cell lung cancer.

 

作者：Joseph M. Chan， et al.

摘要号：8509

 

背景：SCLC是一种侵袭性恶性肿瘤，根据ASCL1、NEUROD1和POU2F3 表达的差异定义为SCLC-A、N、P亚型，每种亚型有不同的治疗靶点。针对SCLC分型也提出新的问题，比如分子亚型与SCLC分期的相关性，不同分子亚型的转移潜能，免疫微环境特征，亚型之间是否具有可塑性，是否还有新的亚型存在。应用单细胞测序技术剖析肿瘤内部转录组异质性和肿瘤微环境来评估这些问题。但是由于SCLC很少手术切除，应用单细胞测序评估SCLC肿瘤的研究目前仍然非常有限。

 

方法：研究者优化手术切除标本和活检标本的处理流程，构建21例SCLC患者肿瘤组织单细胞图谱，并与肺腺癌和正常肺组织的数据进行比较。研究者应用包括弥散图和非负矩阵分解等算法对SCLC表型和周围免疫微环境进行深度剖析。应用流式细胞术、Vectra和免疫组化，在独立的SCLC队列以及临床前动物模型进行了验证。

 

结果：研究揭示了在SCLC肿瘤内和肿瘤间存在大量的转录异质性。研究确认SCLC-N亚型通过上皮间质转化和轴突形成信号表现为一种促转移表型。除了亚型外，研究者发现了一种新的高表达PLCG2的肿瘤细胞群，这些细胞具有干细胞样特征，促进转移，而且反复出现在各个亚型，与不良预后相关。PLCG2在细胞中的表达与关键转移标志物相关。抗肿瘤治疗与SCLC分子亚型与SCLC肿瘤免疫微环境的表型改变相关。与SCLC-A亚型相比，SCLC-N亚型有更显著的T细胞功能异常，而PLCG2高表达的亚克隆与耗竭型CD8+T细胞和促纤维、免疫抑制性单核/巨噬细胞相关，提示可能通过免疫抑制促进肿瘤转移。

 

结论：SCLC单细胞图谱解释了经典的分子亚型和新PLCG2高表达的肿瘤亚克隆在肿瘤免疫抑制微环境中，通过不同的信号途径产生肿瘤异质性和促进肿瘤转移。目前的研究通过单细胞分析对SCLC肿瘤和免疫生物学的深入理解，对设计新的靶向治疗和免疫治疗方法具有潜在的影响。

 

与非小细胞肺癌（NSCLC）相比，SCLC没有明确的驱动突变，长期以来SCLC一直是作为一种均质性疾病，不加区分的治疗，治疗进展非常缓慢，EP方案作为标准的广泛期SCLC标准治疗方案已经有30余年历史，中位的生存时间始终徘徊在8-10个月之间。研究者也尝试了不同的分子靶向药物，但由于缺少明确的靶点，纷纷折戟。最近免疫治疗为SCLC带来生存的改善，然而2个月的生存获益，依然难以扭转SCLC面临的窘境。早在30多年前在SCLC细胞系的研究中就已经发现SCLC细胞呈现悬浮和贴壁两种不同的生长模式，而且这两种细胞神经内分泌标志物分别高表达和低表达，更重要的是越来越多的证据证明SCLC有不同的细胞起源，提示SCLC是一种异质性疾病，通过分子表达差异对SCLC进行分子分型，探索不同分子亚型SCLC肿瘤微环境特征制定精准的治疗可能是改善SCLC治疗困境的可行策略。

 

SCLC分子分型的研究也不是一帆风顺，最初遵循NSCLC在DNA水平发现驱动基因进行分型，然而TP53和RB1缺失虽然在SCLC普遍存在，但也存在MYC基因扩增，Notch信号途径基因改变等，缺少可以药物治疗的靶点，另外研究中也发现SCLC基因组改变复杂，染色体不稳定，异质性明显，SCLC的分子分型需要另辟蹊径。随着一系列的研究发现，祖系决定转录因子的表达在SCLC发生发展中起到至关重要的作用，2019年Rudin教授首先提出根据关键的转录因子ASCL1、NEUROD1、YAP1、POU2F3表达的差异将SCLC分为A、N、Y、P四种亚型，为SCLC分型指出了方向。

 

最近2年来自关于SCLC分子分型的研究也开始陆续报道。Simpson等通过CDX模型研究SCLC异质性时只证实了SCLC的A、N、P三个亚型，而YAP1在CDXs中低表达或者不表达，这项研究中并没有确定Y亚型的存在，但研究者发现了一种新的表达转录因子ATOH1的分子亚型，而且认为新的亚型有别与Y亚型。Baine等通过免疫组化分析4种转录因子ASCL1、NEUROD1、YAP1和POU2F3在SCLC肿瘤组织中的表达时，发现YAP1广泛的表达在ASCL-1、NEUROD1阳性和A/N双阴性肿瘤中，而且倾向富集在A/N双阴性肿瘤中。同样Gay等也发现根据ASCL1、NEUROD1和POU2F3三种转录因子的表达情况将SCLC分为A/N/P/I（三种转录因子均不表达）四种亚型，相对于A、N亚型，P、I亚型YAP高表达。SCLC分子分型的差异是否受到样本量、肿瘤分期、肿瘤组织部位这些因素的影响还有待验证，是否还有未发现的新的亚型也有待在更大样本的研究进一步明确。

 

目前不仅SCLC分子亚型尚未统一，现有的报道中各分子亚型在SCLC中所占的比率也不一致。Rudin等的报告来自两项研究中的81例患者，其中A亚型占绝大多数，为70%，N亚型和P亚型比率相似分别为11%和16%，Y亚型最少仅有2%；而Gay等则将George研究中81例手术切除SCLC的标本进行了分型，研究发现A亚型和N亚型比率相似，分别为36%和31%，P亚型和I亚型比率也近似分别为16%和17%。在Gay的研究中也对来自IMPOWER133研究的276例广泛期SCLC进行了分型，A、N、P、I亚型分别占51%、23%、8%和18%。

 

今年ASCO报道的目前最大样本量的研究结果：437例患者的SCLC分型中，SCLC-A占35.7%，SCLC-N占17.6%， SCLC-Y占21.1%， SCLC-P占6.4%， 另外还有19.2%的混合型，与来自IMPOWER133的数据A、N、P亚型所占比率相似，提示小样本的数据可能存在偏倚。今年ASCO的研究还发现与转移灶相比，原发灶YAP表达显著增加，而来自CNS的转录灶中N亚型更常见，提示分期和肿瘤组织部位可能也会导致不同的研究数据不一致。另外抗肿瘤治疗、种族是否也影响SCLC分子分型也需要进一步探索。

 

对SCLC进行分子分型的目的是为找到针对性的治疗药物。Gay等在SCLC细胞系的研究中发现A亚型高表达BCL-2，对BCL-2抑制剂更敏感，DLL3在SCLC-A亚型也高表达，提示靶向DLL3的药物可能是有效的选择。N亚型常常对化疗耐药，但有强的C-MYC蛋白表达，对多种AURK抑制剂敏感；另外N亚型高表达SSTR2（生长抑素受体），这与今年ASCO报道的SCLC真实世界的研究一致，提示针对SSTR2的抗体偶联药物PEN-221也可能是N亚型得一种治疗选择；P亚型中MYC蛋白表达水平最高，也与真实世界的研究一致，而且研究发现P亚型对AURK抑制剂的敏感性与N亚型相似。另外在真实世界的研究中发现SCLC-Y亚型与T细胞、NK细胞和STING信号活化相关，与Owonikoko等的研究发现Y亚型SCLC高表达IFN-γ应答相关基因，有较高的T细胞炎症相关18基因评分一致。提示Y亚型可能是免疫治疗获益的人群。这些研究提示根据SCLC分子分型选择治疗策略是可行的，充满前景的。

 

免疫治疗是SCLC治疗的热点，SCLC不同分子亚型在肿瘤微环境方面是否存在差异也是值得关注的问题。研究发现不同的SCLC亚型有不同的免疫微环境特征。Gay等研究发现I亚型SCLC高表达免疫相关基因，有更多的细胞毒性T细胞浸润活化，而且通过IMPOWER133研究中患者免疫治疗的相关结果，发现I亚型的患者接受免疫治疗获益更显著，而且I亚型与其他亚型接受化疗的患者OS没有差异，提示I亚型是免疫治疗潜在的预测因子。有免疫获益的分子亚型，同样也有表现为免疫抑制表型的分子亚型。

 

Best等发现N亚型的SCLC免疫相关基因表达最低。这与今年ASCO会议上，Rudin教授公布SCLC单细胞分析的研究结果一致，研究发现相对于A亚型，N亚型有更显著的T细胞功能异常，CD8+T细胞减少，Treg细胞增加，呈现免疫抑制微环境。更为重要的是Rudin教授的研究发现高表达PLCG2的亚克隆，与耗竭型CD8+T细胞、促纤维化、免疫抑制单核细胞/巨噬细胞相关，研究认为PLCG2与免疫协同促进肿瘤进展、转移。提示SCLC不同的亚型具有不同的免疫微环境特征，需要采取不同的免疫治疗策略。

 

可塑性是肿瘤耐药和异质性的重要原因之一。Gay等在铂类敏感和铂类耐药配对的SCLC动物模型scRNAseq中，发现SCLC耐药后ASCL1阳性的细胞比例减少，并且出现了一个独立的细胞簇，这簇细胞不表达ASCL1，也不表达NEUROD1、POU2F3及YAP1，这簇细胞大部分为SCLC-I表型，而且EMT评分高。之前也有研究发现notch信号的活化能够促进SCLC从神经内分泌表型向非神经内分泌表型转化，在Gay的研究中发现从SCLC-A到SCLC-I的转化也伴随Notch信号的活化。SCLC-I细胞具有高度的可塑性，SCLC-I既没有细胞周期相关基因表达上调，也没有细胞死亡信号的下调，提示SCLC-I细胞处于一种静息状态，可能是作为向耐药细胞簇发展的根源。

 

Ireland等的研究也发现MYC过表达活化notch信号，驱动SCLC由A亚型朝向N亚型，到Y亚型转化，研究认为MYC和notch信号协同，也可能还有其他的因子共同促进了SCLC表型的改变。两项研究中比较一致的发现是notch信号的活化促进SCLC表型的可塑性，而且SCLC趋向从神经内分泌表型向非神经内分泌表型转化而发生耐药，但是Y亚型和I亚型的是否关联仍然不清楚。

 

2021 ASCO Rudin教授的报告新发现高表达PLCG2的亚克隆具有干细胞特点，这些细胞在表型可塑性中发挥怎样的作用还需要进一步研究。

 

分子亚型的研究是SCLC精准治疗的切入点，不同的分子亚型展现了SCLC肿瘤细胞、肿瘤微环境的异质性，SCLC在进化的过程中分子亚型间的可塑性及其演进导致了耐药，而且使异质性更加显著，治疗更加困难；具有干细胞样特征的亚克隆细胞（比如PLCG2高表达亚克隆）也助力了SCLC发生发展，如何抽丝剥茧将SCLC分子分型、肿瘤演化的关键因子通过多组学研究进行有机联系，找到针对性治疗策略是未来探索的重要方向。