目的:组织和器官中存在的实体肿瘤通过循环肿瘤细胞(CTC)和循环肿瘤DNA(ct DNA)会在循环系统中留下足迹。针对ct DNA和肿瘤DNA突变图谱的比较,可揭示在传统技术上通过侵入性方法所得到的实体肿瘤基因组变异的信息。内容:癌症基因组测序研究表明,肿瘤具有异质性的特征。组织活检作为癌症诊断的标准手段,提供用于基因分型的依据,以辅助癌症的预测和靶向治疗。然而,组织活检在肿瘤的演化、进展、预后和异质性评估等方面均存在局限性。ct DNA是由肿瘤细胞释放到循环中的DNA,含有肿瘤的突变信息。近年来,关于ct DNA的分析研究,为癌症的分子诊断、治疗和监测提供了新的线索。研究发现利用ct DNA分析基因突变具有高度敏感性,可以辅助当前的肿瘤诊断系统,有利于早期诊断,并协助判断肿瘤的进展、预后以及个体化治疗。方法:收集从2015年6月到2016年9月,美国维克森林癌症中心(Wake Forest Baptist Comprehensive Cancer Center,NC,US)的177例肿瘤患者,103例肺癌患者和74例其它实体瘤患者,包含早期和晚期的肿瘤患者。其中,37例肺癌患者收集了配对的组织样本和血液样本,5例肺癌患者收集了在手术或治疗前后两个时间点的血液样本。同时收集了177名患者的临床数据信息,临床资料包括:性别(男,女),年龄(<55岁、55~65岁、65.1~75岁、75.1~90岁),体重指数BMI(体重过轻、正常、超重、肥胖),吸烟史(当前/近期吸烟者、过去吸烟者、从未吸烟者),种族(白人,黑人,亚裔,其他种族),肿瘤临床分期(Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅳ期、未知临床分期),是否发生转移或转移发生病灶数(0、1、2、3+),肿瘤类型,每个病人的生存状态(存活,死亡)以及随访的生存时间。进一步分离、提取患者血浆中的ct DNA,采用Guardant360平台进行深度测序,确定了73个与肿瘤发生、发展相关的基因突变,量化每个基因的非同义突变类型,并分析这些驱动基因的突变负荷与患者临床特征的相关性。Wilcoxon秩和检验和Kruskal-Wallis检验用来比较单组和多组间突变负荷与临床变量之间的关系。Fisher’s exact检验用来确定吸烟状态和DNA损伤修复(DDR)基因、染色质重塑基因之间的关系。Kaplan-Meier法绘制生存曲线,log-rank检验比较评估各组间生存。所有检验均为双侧,检验水平α=0.05。采用Foundation One平台对37例肺癌病例配对的肿瘤组织DNA进行测序,并进行克隆性分析,比较分析血浆中ct DNA突变与组织活检中肿瘤组织DNA突变的图谱,评价实体肿瘤在循环中的克隆表达特征。针对5例在治疗前和治疗后两个不同时间点采集ct DNA的肺癌病例进行肿瘤进展和治疗反应的追踪监测,分析同一个患者治疗前、后ct DNA的变化情况,从而评价治疗过程中肿瘤驱动基因突变的变化和治疗响应。结果:在177例患者中,TP53、KRAS和EGFR基因的突变最为常见。ctDNA的突变率在早期(I和II)和晚期(III和IV)肿瘤患者中相似。DNA损伤修复基因BRCA1、BRCA2和ATM的突变出现在18.1%(32/177)的病例中。具有较高基因突变率的患者,死亡率明显更高。相比于过去吸烟者,从不吸烟者的肺癌显示出更高的ct DNA总体突变率和更高的EGFR和ERBB2基因突变率。同一个患者配对的ct DNA和肿瘤DNA突变图谱的比较分析显示,出现在肿瘤的一个小克隆群内的关键驱动基因的突变,也可以在血浆中检测到。即使在一线放射治疗和化疗后,肿瘤组织中发现的关键基因的突变仍然可以在循环系统中存在。针对5例肺癌患者的纵向追踪取样检测显示,ct DNA突变图谱的变化与癌症进展和对EGFR药物治疗的反应相一致。结论:本研究表明ct DNA的突变可能是癌症的早期检测工具。关键的肿瘤相关基因的ct DNA突变率与吸烟状态和死亡率相关。本研究定量地证实了ct DNA在血液循环中传播的结果,揭示了恶性肿瘤克隆的传播和耐药克隆的存活。在肿瘤组织中关键基因的突变仍会出现在循环当中,甚至于在一线放化疗之后,提示这些突变代表耐药机制。这种对肿瘤异质性和克隆扩散到循环中的详细认知,为肿瘤的发展提供了重要的信息。这项研究支持使用ct DNA分析作为一种较低侵入性的方法来监测癌症的进展和在癌症进化过程中选择合适的治疗药物。