我的日常记录-癌症方向背景知识点滴

豆豆写于19.4.16
耽搁了两天的推送，肯定要补回来。豆花这两天忙并快乐着
复杂的背景知识是一个大坑，阻碍了豆豆看文献的脚步，于是打算一点点积累背景，从名词解释开始

名词解释

异质性

癌症异质性是恶性肿瘤重要特征之一

• inter-patient：病人与病人之间的异质性，这也是精准医疗的前提

• inter-tumor：病人体内的多处tumor不同，比如肿瘤转移、复发

• intra-tumor(ITH)：随着癌细胞的不断生长，其分裂后的子代细胞呈现出与同代细胞或者父细胞的不同，从而使得其各个方面有了较大的差异。【虽然是同一个tumor，利用显微切割的方法把tumor切成好几块，所以肉眼看是一个tumor，但继续细分还可以分成多种tumor】

为了解释异质性，目前有两种模型：clonal evolution model和cancer stem cell model

克隆进化模型认为：肿瘤起源于正常细胞，这些细胞突变并产生了异常的后代，而后代细胞又发生突变，形成大量的变异癌细胞。认为微环境选择压力导致了连续突变的积累，出现了肿瘤
癌症干细胞模型认为：能发育成肿瘤的变异细胞称为癌症干细胞（Cancer Stem Cells，CSCs）。肿瘤是被一个单一的、成体干细胞异常型所引发和驱动。而且正常干细胞行使功能几个重要途径和基因在癌细胞中被活化，在肿瘤 形成过程中起到关键作用。极个别能促进癌症形成的自我更新干细胞很难被杀死，并且它们顽强的生命力可以解释为什么肿瘤常常在成功治疗后仍然会复发。癌症干细胞位于这一层级的顶端，具有肿瘤起始和扩散的能力。

另外异质性还根据不同形式分为：

• 时间和空间异质性 spatial and temporal heterogeneity
  反映在实验中就是：空间上一般一个病人取多个样，时间上就是培养不同代的细胞

• 临床和组织病理学异质性 clinical and histopathologic heterogeneity

类器官Organoids

类器官属于三维（3D）细胞培养物，与对应的器官拥有类似的空间组织，包含其代表器官的一些关键特性并能够重现对应器官的部分功能，从而提供一个高度生理相关系统。这个技术始于2009年荷兰Hubrecht研究所的Clevers团队将肠干细胞培养成了小肠的隐窝和绒毛结构，2013年”Science十大突破”，2017“Nature Methods年度技术”

http://www.biodiscover.com/news/research/728891.html 

• 患者衍生的类器官（PDOs）可以补充现有的方法来确定癌症的敏感性从而改善治疗方法：如果药物对PDOs有效，则88%对患者有效；如果药物对PDOs无效，则100%对患者无效。PDOs表现出100%的敏感性，93%的特异性，88%的阳性预测值和100%的阴性预测值

• 类器官可以避免患者遭受无效抗癌药物的可怕的副作用

• 缺乏精密可靠的培养条件控制，并且无法提供符合生理条件的培养环境，3D培养的类器官更具有生理学意义

• Xcell Biosciences的Avatar“个体化细胞精准控制系统”，可提供“类器官”培养的完整解决方案（包括：提供个性化的培养条件，通过模拟细胞在体内的微环境，让原代来源的免疫细胞、干细胞、肿瘤细胞、类器官等很难成功培养的珍贵细胞得到稳定培养）。传统类器官的培养需要耗费数个月，它可以至少提高八倍时间

4种胃癌分子亚型

分型一般按照突变或表达进行区分

• 病毒(EBV：爱泼斯坦-巴尔Epstein-Barr)阳性型肿瘤：约占胃癌的9%，表现为较高频率的PIK3CA基因突变 和DNA极度超甲基化，以及JAK2、CD274(又称PD-L1)和PDCD1LG2(又称PD-L2)基因扩增

EB病毒是Epstein和Barr于1964年在伯奇氏淋巴瘤病人的细胞所发现。此后被认为和许多疾病有关，全世界有超过90%的人口受到EBV的感染。

• 微卫星不稳定(MSI)型：约占22%，表现为重复DNA序列突变增加，包括编码靶向致癌信号蛋白的基因突变

• 基因稳定(GS)型：约占20%，组织学变异丰富且范围广，RHOA基因突变或RHO家族GTP酶活化蛋白基因融合现象多见

• 染色体不稳定（CIN）型：占胃癌比例近一半，表现为显著异倍体及受体酪氨酸激酶的局部扩增

每种分型的分子特性不一样，分子特性就是：这种分型有哪些基因容易突变，另一种又有哪些基因

• enrichment of RNF43 and ARID1 mutations in MSI

• ARID1 and PIK3CA mutations in EBV

• TP53 mutation and oncogenic amplification in intestinal type (CIN)

• CDH1, RHOA mutation, or ARHGAP fusion in diffuse type (GS) GCs.

肿瘤纯度 Tumor purity

肿瘤存在异质性，肿瘤组织中会包括围绕在肿瘤细胞周围的各种免疫细胞，还有肿瘤微环境其它细胞，肿瘤样本中癌细胞所占的比例为肿瘤纯度。手术不太可能将肿瘤和正常细胞分区太开【如果要更好地区分，一般要用带荧光的肿瘤细胞marker，然后上流式细胞仪】。一般介于30~60%之间。如果发现肿瘤纯度很低，说明病人本身没有多少肿瘤细胞，这样后续分析不好得到结果。

许多软件可以进行评价：

一篇2015年的Systematic pan-cancer analysis of tumour purity 采用gene expression profiles (RNA-seqV2), DNA methylation profiles (HumanMethylation450) and immunohistochemistry (IHC) 方法，分析了TCGA计划21种癌症的9,364 tumour samples +  1,958 adjacent normal samples的肿瘤纯度，它的结果得到肿瘤纯度平均值在0.8左右。文中采用了4种方法评价

• RNA层次-ESTIMATE：发表于2013(Inferring tumour purity and stromal and immune cell admixture from expression data)，方法全称是Estimation of STromal and Immune cells in MAlignant Tumor tissues using Expression data。这个算法基于单个样本的GSEA，生成3个分数：

• stromal score (that captures the presence of stroma in tumor tissue)

• immune score (that represents the infiltration of immune cells in tumor tissue)

• estimate score (that infers tumor purity)

• DNA层次-ABSOLUTE：利用肿瘤样本的CNV和SNV等信息，对肿瘤纯度进行估计

  install.packages("numDeriv")
  install.packages("ABSOLUTE_1.0.6.tar.gz")
  # 测试数据
  http://software.broadinstitute.org/cancer/software/genepattern/modules/docs/absolute/2#exampledata
  

• 甲基化层次-LUMP：leukocytes unmethylation for purity

• 实验层次-IHC：immunohistochemistry

• 另外还有PyClone：推断肿瘤纯度及肿瘤内部亚克隆结构[文章：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4891103/]

头颈部鳞状细胞癌HNSCC

• HNSCC是最常见的十大癌症之一，与酒精、烟草密切相关的异质性上皮肿瘤。每年患者约50万，往往在晚期出现淋巴结转移（LN），患者中超过80%是口腔鳞状细胞癌(OSCC)。5年存活率为50%（也就是说，100个患者中，5年后仍然存活的不足50人），是存活率最低的癌症之一，近30年没有改善。

• TCGA分析了数百个HNSCC肿瘤表达谱，将它们分成4个亚型：基础性(basal, 31%)，间充质型(mesenchymal，27%)，经典型(classical，18%)和非典型型(atypical，24%)

结肠直癌 CRC

• 消化道恶性肿瘤之一，2018年Cancer Stats统计显示：结直肠癌在男性中发病率第2死亡率第3，女性发病率第4，死亡率第3；

• 典型的分子特征：基因组不稳定性、表观遗传性异常、基因表达紊乱；

• 高度异质性，目前有4个分子亚型：CMS1占到14%，以超突变，MSI和强免疫系统激活为特征，BRAF可能作为驱动基因；CMS2占到37%，主要以表皮WNT和Myc信号通路激活为主要特征，APC基因可能作为驱动基因；CMS3占到13%，主要以代谢异常为主，KRAS可能是驱动基因；CMS4占到23%，以EMT和血管生成为主，具有较高的体细胞拷贝数变异性，而在约13%的情况出现混合CMS的情况

• 肝脏是结直肠癌血行转移最主要的靶器官，结直肠癌肝转移（colorectal cancer liver metastases ,CRCLM）极为常见，有15-25%初次确诊的CRC患者会产生同时性肝转移，有20%患者在切除原发性肿瘤后会产生异时性肝转移。结直肠癌确诊时同时发现的或在结直肠癌原发灶根治性切除术后 6 个月内发生的肝转移定义为同时性肝转移（synchronous  metastases）；结直肠癌根治术后 6 个月后发生的肝转移，称为异时性肝转移（meta chronous  metastases）；距离原发瘤诊断时间隔不足 12 个月的异时性转移瘤称为近期异时性转移；反之称为远期异时性转移。肝转移CRC患者的5年总生存率仅为25-40%，相比非肝转移患者(69.5-95.7%)显著降低。

• 大约25%的患者可以通过肿瘤切除手术治愈，目前也是唯一的治疗方法(肝切除手术方法可使5年生存率达到50%以上，而保守治疗仅为5%左右)(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5769309/)