背景:近年来,由于靶向治疗和免疫治疗的应用,晚期非小细胞肺癌患者的生存获得显著改善,然而生存期的延长也带来中枢神经系统转移发病率增加的问题,中枢转移进一步成为限制患者生存的重要因素。精准治疗的需求使得肿瘤活检及分子检测变得尤为关键,而中枢神经系统转移的解剖学位置较为特殊,其活检风险高、可及性低,因而液体活检成为首要的可替代方式。其中脑脊液和中枢神经系统有着直接的联系,因而比起血浆,脑脊液似乎是更好的液体活检介质。基于此,本研究通过探索脑脊液揭示中枢神经系统转移的分子特征、预测疗效和预后判断的价值,证明脑脊液作为中枢神经系统转移液体活检介质的可行性。方法:我们在临床实践中,把（可疑）中枢神经系统转移或进展的晚期非小细胞肺癌行腰椎穿刺术的诊疗措施纳入常规,在患者知情同意下收集脑脊液、匹配的肿瘤组织和血浆提取DNA行二代测序,收集患者的临床、病理细胞学、影像学、收集前后的治疗史和生存随访等数据。频数分布运用Chi-square,Fisher’s exact分析;脑脊液循环肿瘤DNA检出丰度的比较采用Kruskal-Wallis分析;对生存结局的影响因素采用逻辑回归分析及COX回归模型分析;生存分析采用log-rank法。要求P＜0.05达到统计学差异。结果:本研究收集了431例非小细胞肺癌中枢神经系统转移脑脊液样本,为目前该领域的最大样本量,分析脑脊液循环肿瘤DNA检出的影响因素,患者的身体状况（ECOG PS评分）、颅外病灶的控制情况、脑膜转移是否侵犯及既往头颅放疗均影响脑脊液循环肿瘤DNA的检出;另外脑膜转移及脑转移病灶大于10个可增加突变的检出丰度。进一步明确脑脊液的检出是否反映中枢神经系统转移的独特分子特征,比对既往关键文献数据库的脑转移灶组织,脑脊液的一致性达到69%-94%,同时脑脊液循环肿瘤DNA可用于检测ALK融合脑膜转移的驱动基因和耐药机制,反映脑膜转移独特的分子特征,比血浆更优。为了证明以上检出的独特分子特征预测预后以及治疗效果的临床应用价值,基于脑脊液的基因检测结果,采用无监督聚类的方法,将中枢神经系统转移分为具有不同生存预后的5个亚型,提示脑脊液检出的基因突变背景反映患者的生存结局。其次纳入奥希替尼治疗EGFR突变脑膜转移的患者,发现脑脊液检出的EGFR分子亚型（EGFR 19deletion）、EGFR T790M突变、其它伴随突变如CDK4等区分出可以从奥希替尼的治疗中获益的脑膜转移患者;耐药后EGFR T790M持续存在的患者从奥希替尼治疗的获益时间延长。这两部分的分析明确了脑脊液预测疗效和预后判断的潜在应用。最后进一步关注奥希替尼耐药后脑膜转移的治疗,发现基于脑脊液检出的耐药机制,患者可从脑脊液检出的生物标志物导向的靶向治疗中获益,在未有耐药突变检出的患者,继续奥希替尼同时联合其它抗肿瘤治疗如化疗/贝伐珠单抗/放疗等优于停用奥希替尼的治疗策略。结论:晚期非小细胞肺癌的患者脑脊液循环肿瘤DNA的检出率受患者的临床、病理、影像学及治疗的影响;脑脊液循环肿瘤DNA可反映中枢神经系统转移独特的分子特征;同时这些独特的分子特征可以预测治疗疗效和预后判断,为中枢神经系统转移提供器官特异性的治疗。