Adv. Sci. | 白凡课题组与合作者揭示肝内胆管癌IDH突变亚型的高异质性及冷肿瘤微环境特征
原发性肝癌，简称肝癌，每年造成全球约70万病人死亡且过半死亡病例来自中国，其致死率在所有癌种中高居第四。肝内胆管癌是肝癌的第二大亚型，发病约占到15％，其侵略性较强，预后较差。目前，手术切除仍是肝内胆管癌的主要治疗手段，但是其术后极易复发。虽然以IDH突变抑制剂为主的靶向治疗给肝内胆管癌患者带来希望，但是其适用病人非常有限。本团队的前期工作表明肿瘤异质性是肝癌耐药、复发和预后差的重要原因之一（Gastroenterology, 2016; Cancer Cell, 2019），然而我们对肝内胆管癌肿瘤异质性的认知仍非常缺乏。
2021年7月12日，北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）、北京未来基因诊断高精尖创新中心（ICG）、生命科学学院白凡研究员和北京大学人民医院肝胆外科朱继业教授团队和北京大学第一医院肿瘤转化中心薛瑞栋副研究员合作在Advanced Science杂志以长文形式在线发表了题为IDH mutation subgroup status associates with intratumor heterogeneity and the tumor microenvironment in intrahepatic cholangiocarcinoma的研究成果。该研究首次从多组学层面全面描绘了肝内胆管癌的肿瘤异质性，揭示其不同组学层面异质性的紧密联系，首次证实其异质性在多个组学层面均显著高于肝细胞癌。该研究还首次揭示IDH突变亚型的高异质性和“冷肿瘤”微环境特征。该研究成果对优化肝内胆管癌的临床诊断、预后和治疗提供了重要的信息。
在此研究中，研究人员对肝内胆管癌进行多点取样研究，该研究通过全外显子测序、Bulk转录测序和单细胞转录组测序的方法，完成了14例肝内胆管癌患者的73个组织的全外显子测序、56个组织的转录组测序和4例患者的单细胞转录组测序。经过全外显子测序和转录组测序，研究人员分析了肝内胆管癌高频突变事件，绘制了基因突变和转录图谱，全面描绘了肝内胆管癌在基因组、转录组和微环境层面的异质性。通过与已发表的肝癌数据综合比较，研究人员发现，肝内胆管癌有着强烈的肿瘤异质性且显著高于肝细胞癌（图1）。
图1：肝内胆管癌研究策略
为了进一步探索 ICC异质性与临床特征的相关性，研究人员根据异质性打分将患者分为高异质性组和低异质性组。有趣的是，具有 IDH1 突变（均为IDH1R132热点突变）的患者都属于高异质性组。同时研究人员还发现高异质性组患者具有相似的分子图谱。此前，在TCGA关于肝癌的两项研究中均报告了一个独特的分子亚群“IDH 突变亚群”，该亚群由 IDH突变患者和 IDH突变相似患者组成。值得注意的是，IDH-like患者虽没有 IDH 突变，但是表现出与 IDH 突变患者相似的分子特征。参考该研究，研究人员对本研究中的ICC患者进行了分子分型，并将所有组织样本分为 IDH 突变亚组（21 个样本，6 例患者）和非 IDH 突变亚组（33 个样本，8 例患者）。非常有趣的是，研究人员发现IDH 突变亚组与高异质性组病人高度重合，该结果说明IDH 突变亚组分子特征与高异质性组密切相关。
另一方面，通过多组学数据综合分析，研究人员发现，IDH 突变亚组和非 IDH 突变亚组的免疫微环境也存在较大的差异，与非IDH 突变亚组相比，IDH 突变亚组具有更少的 CD8+T 细胞浸润和更弱的CD8+ T 细胞杀伤能力，呈现出“冷肿瘤”的微环境特征（图2）。综合起来，本研究通过组织水平的多组学测序揭示了IDH 突变亚组在肿瘤细胞和微环境层面的两个特征。
图2：IDH突变亚组具备高异质性和“冷肿瘤”特征
最后，研究人员通过四个病例配套的单细胞转录组测序进行深入探究，成功从单细胞水平证实了IDH 突变亚组的两个重要特征，高肿瘤异质性和冷肿瘤微环境。研究人员还通过双色免疫荧光对这些病例的CD8+ T 细胞浸润和杀伤能力进行了验证。
本研究关于IDH 突变亚组两个特征的发现具有重要的临床意义。特别是来自 IDH 突变亚组的 IDH 野生型患者，即 IDH-like患者，也可能受益于针对IDH 突变的靶向治疗。然而，传统基于 IDH 突变状态的治疗选择可能会忽略这部分IDH-like患者。因此，我们基于 IDH 突变亚组的分型能对IDH 野生型病例进行更加精准的细分，有望扩大目前IDH突变抑制剂的受众面，使该靶向治疗能造福更多的肝内胆管癌患者。
综上所述，该研究系统阐明了肝内胆管癌在基因组、转录组和微环境层面的高异质性，首次表明 IDH 突变亚组具备较高的肿瘤异质性和较冷的肿瘤微环境特征，提示了在肝内胆管癌临床实践中评估IDH 突变亚组的重要性，为优化其诊断、预后和治疗提供了重要的新思路。
北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）、北京未来基因诊断高精尖创新中心（ICG）、生命科学学院白凡研究员，北京大学人民医院肝胆外科朱继业教授和北京大学第一医院肿瘤转化中心薛瑞栋副研究员为共同通讯作者。北京大学人民医院肝胆外科向骁博士、北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）刘子扬博士研究生和张冲博士、北京大学人民医院肝胆外科李照副教授为论文第一作者。本研究也得到了北京大学张宁教授的支持和指导。
论文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202101230