V026.熊言熊语：肠癌多篇重要研究发表，以及被忽视的肿瘤DNA甲基化特征之PMD(part2)

最新研究进展安利

上周 Nature 在线发表了两篇非常值得仔细研究和对比学习的肠癌大队列基因组图谱研究。Guardant Health 在 Clinical Cancer Research 发表了 Guardant Reveal 肠癌 MRD 最新结果，此外，还有一篇同样发表在 Clinical Cancer Research 上利用 5hmc 甲基化技术开展的肠癌筛查论文。

这四篇论文涵盖了生物学机制、MRD 临床队列研究以及肠癌筛查研究，是本周研究进展推荐的重点内容，建议从事肠癌研究的读者了解阅读。之后的几期“熊言熊语”邮件通讯也会有这几篇论文的详细分析推送，也可以届时我们一起学习。

此外，还安利一篇发表在 Nature Reviews Cancer 的 Circular RNA 癌症研究进展的综述。以下为每篇论文的核心内容和我的 comments。

2023 例肠癌的基因组图谱

Title: The genomic landscape of 2,023 colorectal cancers.

• Publication Date: 2024-08-07
• PMID: 39112709
• DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07747-9
• Author: Cornish AJ, Houlston RS
• Journal Title: Nature

📌 关键词 Colorectal carcinoma, Genomic landscape, Whole-genome sequencing, Driver genes, Molecular pathways, Microsatellite-stable CRC, Immune-escape driver mutations

🔍 一句话总结 本研究通过对 2023 例结直肠癌样本进行全基因组测序，绘制了结直肠癌的详细基因突变图谱，发现了 250 多个潜在的驱动基因，包括一些以前未被发现的基因，并确定了四个新的微卫星稳定的结直肠癌亚型。

📝 内容提炼

1. 本研究对 2023 例结直肠癌样本进行了全基因组测序，提供了结直肠癌的详细基因突变图谱。
2. 研究发现了 250 多个潜在的驱动基因，包括一些以前未被发现的基因。
3. 研究确定了四个新的微卫星稳定的结直肠癌亚型，这些亚型具有独立的预后相关性。
4. 研究还发现了一些罕见的分子亚型，包括同时具有微卫星和染色体不稳定的癌症。
5. 研究表明，结直肠癌的基因突变谱系反映了不同的致病机制，包括 Escherichia coli pks+ colibactin 在直肠癌中的作用。

🐻 熊言熊语

在最新一期 Nature 上，同时 online 了两个肠癌大队列的基因组图谱研究，从主题到数据到方法上都有类似之处。

这篇论文是其中之一，对来自英国 100000 基因组计划的 2023 例 CRC 样本进行了全基因组测序，旨在提供 CRC 基因组突变和基因组不稳定性的全面描述。分析内容涉及到驱动基因突变鉴定、HLA 和抗原呈递相关基因突变评估、非编码区突变和功能意义研究以及基因组特征和病理数据的关联。

肠癌的预后基因组和转录组特征

Title: Prognostic genome and transcriptome signatures in colorectal cancers.

• Publication Date: 2024-08-07
• PMID: 39112715
• DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07769-3
• Author: Nunes L, Sjöblom T
• Journal Title: Nature

📌 关键词 Colorectal cancer, somatic genomic alterations, driver genes, cancer pathways, microsatellite instability

🔍 一句话总结 本研究通过分析 1063 例原发性结直肠癌的全基因组和转录组数据，揭示了癌症致病基因的功能和预后影响，发现了新的驱动基因和预后相关的基因表达亚型，指导未来个体化结直肠癌治疗。

📝 内容提炼

1. 本研究分析了 1063 例原发性结直肠癌的全基因组和转录组数据，了解癌症致病基因的功能和预后影响。
2. 共发现 96 个驱动基因的突变，其中 9 个之前未被报道在结直肠癌中，24 个之前未被报道在任何癌症中。
3. 分析发现两种不同的通路共突变模式，时间分析确定了 9 个早期和 3 个晚期驱动基因突变。
4. 确定了几种结直肠癌特异性的突变过程签名，包括 WNT、EGFR 和 TGFβ通路基因、线粒体 CYB 基因和 3 个调控元件等。
5. 基因表达分类发现了 5 个预后亚型，具有不同的分子特征，部分由潜在的基因组改变解释。

🐻 熊言熊语

在 Nature 同时上线的这篇论文，是迄今为止最大规模的结直肠癌全基因组和转录组分析，对 1063 例 CRC 样本进行全基因组和转录组测序，通过研究基因组和转录组特征与预后的关系发现了新的驱动基因和预后相关的基因表达亚型，更侧重于分子特征与预后的关系。

利用 tissue-free 表观基因组 MRD 检测预测大肠癌复发

Title:  Colorectal Cancer Recurrence Prediction Using a Tissue-Free Epigenomic Minimal Residual Disease Assay

• Publication Date: 2024-08-07
• PMID: 39110016
• DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07747-9
• Author: Nakamura Y, Yoshino T
• Journal Title: Clinical cancer research

📌 关键词
ctDNA, MRD, colorectal cancer, Guardant Reveal, tissue-free assay

🔍 一句话总结
本研究评估了一种无需组织测试的循环肿瘤 DNA（ctDNA）检测方法（Guardant Reveal），用于预测结直肠癌（CRC）复发，结果显示该方法具有高敏感性和特异性，能够快速评估 CRC 患者的复发风险。

📝 内容提炼

1. 本研究评估了一种无需组织测试的 ctDNA 检测方法（Guardant Reveal），用于预测 CRC 复发。
2. 该方法通过生物信息学分析>20,000 个表观基因区域来检测 ctDNA。
3. 研究结果显示，该方法能够敏感和特异性地检测 MRD，且与临床上有意义的复发间隔差异相关。
4. 在 342 名 CRC 患者中，检测方法的敏感性为 81%，特异性为 98.2%。
5. 敏感性随着序列测量的增加而增加，并且根据复发部位不同而不同：肝脏（100%）>肺（53%）>腹膜（40%）。

🐻 熊言熊语

最近几周在我们的邮件通讯中提及 Guardant 的频率有点高。这次又来了一篇他们最新在 CCR 发表的 Guardant Reveal MRD 临床实验。
这项研究对不同亚组 (如结肠癌 vs 直肠癌，不同转移部位) 进行了分层分析，其中最值得关注的是部分是发现 ctDNA 检测的敏感性因转移部位而异：肝转移为 100%，肺转移为 53%，腹膜转移为 40%；结肠癌的纵向敏感性 (81%) 高于直肠癌 (60%)，了解这些差异可以帮助临床医生更准确地解读 ctDNA 检测结果。
另一个发现是，肺转移的中位复发时间显著长于肝转移 (17.9 个月 vs 6.3 个月，p = 0.03)，侧面论证了肺转移患者较长的复发时间可能是导致其在术后 28 天时点 ctDNA 检出率较低的原因。这一发现对于理解和解释早期 ctDNA 检测结果的局限性具有一定参考意义，特别是对于可能发生肺转移的患者。

基于 5hmc 的无创模型用于结直肠癌和晚期腺瘤的早期检测：METHOD-2 研究

Title: A 5-hydroxymethylcytosine-based non-invasive model for early detection of colorectal carcinomas and advanced adenomas: the METHOD-2 study.

• Publication Date: 2024-05-30
• PMID: 38814264
• DOI: 10.1158/1078-0432.ccr-24-0199
• Author: Chang W, Xu J
• Journal Title: Clin Cancer Res

📌 关键词
Colorectal Carcinomas, 5-hydroxymethylcytosine, Circulating Cell-free DNA, Early Detection, Biomarkers

🔍 一句话总结

本研究通过对循环自由 DNA（cfDNA）中的 5- 羟甲基胞嘧啶（5hmC）生物标志物进行基因组范围内的检测，开发了一种非侵入性的血液检测方法，用于早期检测结直肠癌（CRC）和高级腺瘤（AA）。

📝 内容提炼

1. 本研究收集了 2,576 名研究参与者的血浆 cfDNA 样本，包括新诊断的 CRC 患者（n=1,074）、AA 患者（n=356）、其他实体瘤患者（n=80）和非 CRC/AA 对照组（n=1,066）。
2. 使用 5hmC-Seal 技术和下一代测序（NGS）进行基因组范围内的 5hmC 检测。
3. 开发了一种加权诊断模型用于 CRC（I-III 期）和 AA 的早期检测，模型在内部验证中表现良好，并在独立样本中进行了验证。
4. 96 基因模型在 321 个多中心样本中实现了 90.7% 的曲线下面积（AUC）用于区分 I-III 期 CRC 和对照组，且不受原发位置或突变状态的影响。
5. 该模型还表现出用于区分 AA 和对照组的优秀性能，AUC 为 78.6%。
6. 与 CRC 和 AA 相关的差异 5hmC 特征显示出与 CRC 生物学的相关性，包括钙和 MAPK 信号通路等途径。

🐻 熊言熊语

在上一篇推送中，我们详细介绍了 GH Shield 在 AA 的检测性能是 Shield 最为被人诟病的一点。但是 GH 也并非没有努力过，他们通过增加蛋白质的分析结果后发现 AA 的性能有所提升但是需要以牺牲特异性为代价。 而这篇论文给出了另外一个目前尚未被充分重视（至少在商业产品层面）的甲基化特征 5hmc，这篇发表在 CRC 的研究结果显示区分 AA 上其具有一定应用潜力。 多说几句论文中出现的一家中国公司 Epican，他的联合创始人之一 Xingyu Lu 之前是芝加哥大学何川教授实验室的学生，而这项 5hMC 的检测技术 DNA 5-羟甲基胞嘧啶的基因组分析方法和测序平台也是跟源于那里。如果你对 5hmc 的肿瘤临床应用感兴趣，可以搜搜这家公司作为作者单位发表的 paper 和会议摘要。

癌症中的环状 RNA

Title: Circular RNA in cancer.

• Publication Date: 2024-07-29
• PMID: 39075222
• DOI: 10.1038/s41568-024-00721-7
• Author: Conn VM, Conn SJ
• Journal Title: Nat Rev Cancer

📌 关键词
circRNA, oncogenesis, cancer, biomarkers, targeted therapy

🔍 一句话总结

这篇文章回顾了过去十年中关于环状 RNA（circRNA）在癌症研究中的进展，强调了 circRNA 在癌症发生和发展中的重要作用，以及其作为生物标志物和靶向抗癌药物的潜力。

📝 内容提炼

1. 过去十年中，circRNA 研究已经发展成为一个独立的研究领域，揭示了 circRNA 在癌症中的功能后果。
2. circRNA 的形成方式和丰度与其对应的线性 mRNA 不同，但其与相互作用伙伴的谱系和细胞功能在癌症发生中是相似的。
3. circRNA 具有比线性 RNA 更高的多样性和超稳定性，使其能够影响癌症的每个阶段。
4. 本文回顾了在特定癌症中功能性 circRNA 的例子，这些 circRNA 满足了关键标准，包括与目标的物理共结合和 circRNA 丰度的 stoichiometrically 有效量。
5. 本文强调了开发 circRNA 作为生物标志物和靶向抗癌药物的策略的重要性。

🐻 熊言熊语

circRNA 在基础研究领域在基础研究之外，这些年也有了长足的发展。相较于常规的线性 RNA，circRNA 通过 3 端和 5 端之间形成共价键而闭合，这种结构使其不易被外切核酸酶降解。此外，circRNA 在转录和剪接过程中表现出多样性，通过不同的剪接方法产生各种亚型，从而增加了其功能多样性。这篇综述对 circRNA 癌症研究进行了全面回顾，强调了其在癌症发生和发展中的重要作用。同时也指出了开发 circRNA 作为生物标志物和靶向抗癌药物的潜力和挑战。对于感兴趣 circRNA 的读者来说这篇综述是一个非常有价值学习资料。

以上，就是本周为大家安利的 5 项近期发表的肿瘤相关研究，如果刚好有你感兴趣的相关内容，不妨阅读原论文进行学习。

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被忽视的肿瘤 DNA 甲基化特征：PMD (part 2)

在之前第 24 期会员通讯中，我们一起梳理了 被忽视的肿瘤 DNA 甲基化特征：PMD 第一部分内容，建议你了解这部分内容的过程中可以再回顾一下。

在本期，我们将继续了解 PMD 的深入研究进展。

• PMD 内相邻 CpG 状态会彼此影响甲基化信号
• DNA 甲基化状态和 DNA 复制和有丝分裂有关
• 食管癌 PMD 揭示细胞类型和癌症特异性表观遗传调控
• PMD 在泛癌种中聚类可区分细胞类型来源

PMD 内相邻 CpG 状态会彼此影响甲基化信号

PMD 中的甲基化水平和 PMD 内 CpG 岛无关，在分析 PMD 甲基化水平的过程中应该考虑 CpG 岛之外的 CpG 位点，同时也排除 DNase I hypersensitive sites (DHS) 区域。

Gaidatzis, Dimos, Lukas Burger, Rabih Murr, Anita Lerch, Sophie Dessus-Babus, Dirk Schübeler, and Michael B. Stadler. 2014. “DNA Sequence Explains Seemingly Disordered Methylation Levels in Partially Methylated Domains of Mammalian Genomes.” PLOSGenetics 10 (2): e1004143. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004143.

2014 年的一篇研究探索了 CpG 岛、DHS 以及 PMDs 内其余 CpG 的全基因组甲基化水平分布。

结果发现，大多数 PMDs 中的 CpG 岛和 DHS 显示出降低的甲基化水平，与 PMDs 之外的情况相似。然而构成 PMDs 中大多数 CpG 的其余 CpG，在甲基化水平上显示出大致均匀的分布，与 PMDs 之外的情况形成了鲜明对比，因为 PMDs 之外的大多数 CpG 岛和 DHS 都是完全甲基化的。PMD 中的甲基化水平和 PMD 内 CpG 岛无关，在分析 PMD 甲基化水平的过程中应该考虑 CpG 岛之外的 CpG位点，同时也排除 DNase I hypersensitive sites (DHS) 区域。

发现非常接近的 CpG 位点（<15 nt）之间存在很好的相关性（r = 0.8），但随着距离的增加，这种相关性迅速下降。平均间隔为 109 bp 的 CpG 位点之间只有很少的空间耦合（r = 0.23）。表明相邻的 CpG 会影响彼此的甲基化水平。

这项研究首次系统揭示了这一现象。

DNA 甲基化状态和 DNA 复制和有丝分裂有关

Zhou, W., Dinh, H.Q., Ramjan, Z. et al. DNA methylation loss in late-replicating domains is linked to mitotic cell division. Nat__Genet50, 591–602 (2018). https://doi.org/10.1038/s41588-018-0073-4

问题：既然相邻 CpG 状态会彼此影响甲基化信号，那么 PMD 中哪一类 CpG 特征和低甲基化的关系更密切呢？

使用全基因组亚硫酸盐测序（WGBS）对八种常见癌症类型的肿瘤和癌旁（39 个不同的原发肿瘤和 8 个邻近组织）进行了分析，并与 343 个额外的人和 206 个小鼠的 WGBS 数据集进行比较。

• ±35bp 窗口内的低 CpG 密度是预测 PMD 特异性低甲基化的最佳值。
• 两侧均为 A 或 T（"W"）的 CpGs（WCGW）比一侧为 C 或 G（"S"）的 CpGs（SCGW）或两侧均为 C 或 G（"S"）的 CpGs（SCGS）更容易发生 DNA 低甲基化。

在结肠肿瘤和相邻正常组织中，低 CpG 密度和 WCGW 对低甲基化起到了叠加作用。最容易发生低甲基化的序列是具有 0 个相邻 CpG（solo）和 WCGW的 CpG。在两个相邻的正常结肠样本中，只有这些 solo-WCGW CpG 显示出显著的低甲基化。

研究将所有后续分析的重点放在了 solo-WCGWs 上，它们占人类基因组中所有 CpGs 的 13%。

虽然它们只代表了影响其他 CpGs 的低甲基化过程的极端特征，但只关注单体 -WCGWs 会增强 PMD-HMD 结构的信号，尤其是在正常邻近组织和 COAD-3518 等弱低甲基化肿瘤中。

除了在高覆盖度的全基因组测序数据中增强 PMD-HMD 信号外，单独的 WCGW CpGs 还可以在下采样的批量全基因组测序数据和低覆盖度的单细胞全基因组测序数据中准确确定 PMD 结构，这表明它可能适用于低覆盖度或单细胞全基因组测序研究。