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肺腺癌（LUAD）是非小细胞肺癌（NSCLC）中最常见的类型。
随着高分辨率CT的广泛应用，越来越多的早期肺腺癌病例以肺结节的形式被发现。
肺腺癌在影像学往往表现为不同密度和形态，发展趋势和预后迥异的肺部结节。对于临床医生而言，从影像学检查结果中获得的数据越多，就越有可能实现对肺结节的精准诊疗，进而降低过度诊疗的风险。
近日，由广东省人民医院/广东省肺癌研究所钟文昭领衔的研究团队，基于结合了早期肺腺癌的放射组学、基因组学、转录组学和临床数据，创新性地从影像学相似性的角度出发，定义了肿瘤影像学恶变的不同阶段和分子特征，从分化、增殖和肿瘤微环境等方面有效区分肺结节的侵袭性。
通过对大样本的影像组学特征进行无监督聚类，根据影像学相似性，他们将肺结节患者分成4组。在整合临床病理数据、基因组和转录组数据后，他们发现第1组表现为惰性，第4组处于发展期，第2组和第3组具有高增殖和预后差的特点，而且第3组还具有免疫抑制微环境[1]。
在对具有不同影像学特征早期肺腺癌的生物学特性进行探究后，他们还发现肺腺癌发生发展趋势取决于关键基因种子，尤其是驱动基因和旁效基因相互作用的模式：高侵袭类肺腺癌依赖单一强驱动基因可以独立快速进展，预后不良；而惰性型肺腺癌需要弱驱动基因协同旁效基因推动肿瘤增殖和发展[1]。
这一发现有利于甄别需要早期干预的肺部结节，对于肺结节的诊疗具有重要价值。这项研究成果发表在国际肺癌联盟官方杂志Journal of Thoracic Oncology（JTO：IF 21）上[1]，论文的第一作者为李泓基博士。
▲ 论文首页截图及主要结论摘要图
接下来，我们就一起来看看这项研究是如何开展的。
在研究一开始，钟文昭团队从影像学相似性的角度出发，对具有不同影像学特征早期肺腺癌的生物学特性进行探究。通过对1212例0-IB期肺腺癌患者进行了无监督聚类分析，他们将早期肺腺癌根据影像组学相似性分成4组。
从4组患者的临床特征来看，第1组和第4组的女性占比最高，患者也更年轻，吸烟的概率也更低。第1组和第4组中原位腺癌（AIS）或微浸润腺癌（MIA）更为常见，IASLC分级为I级的比例也较高。从与恶性程度和预后密切相关的实性成分占比（CTR）的大小来看；第1组最低，仅为0.18；第4组次之，为0.54；第2组和第3组的（CTR）较高，分别为0.9和0.86。此外，第3组内脏神经周围受侵的频率高于其他各组，而第2组更常观察到经气腔扩散（STAS）。
▲ 四组患者临床特征的对比
在引入各组患者的无病生存期（DFS）数据之后，研究人员发现，第1组患者（CTR最低，且主要为浸润前或I级）的无病生存期显著优于第2组（HR=0.14，p=0.0026）和第3组（HR=0.30，p=0.0036），而第1组和第4组的无病生存期相似（p=0.6051）。
不难看出，第1组的侵袭性最小，第4组次之，而第2组和第3组的侵袭性更强。
▲ 四组患者的无病生存期
钟文昭团队进一步挖掘不同聚类间的基因差异。EGFR突变已经被广泛讨论过，复旦大学附属肿瘤医院陈海泉教授团队的成果提示，EGFR有更大概率出现实性成分[2]。
在本研究中纳入的数据集中，同样能看到EGFR经典突变的早期肺腺癌具有类似的特点，钟文昭团队进一步将注意力集中在不含经典EGFR突变的早期肺腺癌上。
▲ 陈海泉团队研究成果
他们发现，第2组和第3组的KRAS突变发生率高于第1组和第4组；第1组和第4组的ERBB2 20INS突变频率显著高于第2组；第1组的BRAF基因突变发生率最高，但ALK融合发生率低于第2组和第4组。
基于病理结果的分析也发现，BRAF和ERBB2突变在浸润前阶段富集，而KRAS、ALK融合和TP53与恶性程度更高有关。
以上结果表明，携带BRAF和ERBB2突变的腺癌（第1组）更有可能是惰性的，而KRAS和ALK变异（第2组和第3组）则与侵袭性更高和生存率更低有关。这也说明，基于放射组学的聚类与肺腺癌的基因组学变化是同步的。
4组的基因突变情况
随后，他们利用匹配的CT和RNA测序数据解析聚类的生物学特征。
数据提示，与细胞增殖、代谢和发育相关的基因在第2组和第3组中的表达水平显著高于第1组和第4组；与第1组相比，第4组中与物质运输活动、信号转导、发育和形态发生相关的基因上调。
与第1组和第4相比，与免疫相关的生物过程在第2组中被激活；而与第2组相比，第3组下调了免疫活性。
▲ 转录组的变化
基于上述转录组数据，研究人员利用本中心的数据集和外部数据集，基于单样本基因集富集分析（ssGSEA），探索了4组患者的肿瘤免疫微环境。
第2组中，活化CD4阳性T细胞的浸润显著高于第1组。与第4组相比，第2组中活化B细胞、活化CD4阳性T细胞和CD56dim自然杀伤细胞的浸润水平增加，而未成熟树突状细胞、巨噬细胞、肥大细胞、自然杀伤细胞、中性粒细胞和浆细胞样树突状细胞的水平显著下降，这表明随着肿瘤不断发展，适应性免疫逐渐激活。
值得注意的是第2组和第3组的结节虽然都具有高CTR、预后不良和高增殖活性，但是第3组的免疫细胞浸润较少，免疫过程活性较低。
不难看出，第3组肿瘤免疫微环境比第2组显示出更强的抑制性。这一结果也说明，基于放射组学的聚类分析可以给肺结节的免疫微环境进行分层。
▲ 内部数据集（上）和外部数据集（下）中不同组间的免疫微环境差异
▲ 肺癌的渐进性进化和跳跃性进化
钟文昭团队既往研究指出肺癌的进展有渐进性和跳跃性2种进化模式。在该研究中，具有HER2、BRAF的结节更多呈现渐进性的发展模式，在逐步积累变异后获得更高的侵袭性。而KRAS、ALK等突变则可以快速推进肺癌的发展，呈现跳跃性的特点。
参考文献：
[1] Li HJ, Qiu ZB, Wang MM, et al. Radiomics-based Support Vector Machine Distinguishes Molecular Events Driving Progression of Lung Adenocarcinoma. J Thorac Oncol. Published online September 19, 2024. doi:10.1016/j.jtho.2024.09.1431
[2] Shang J, Jiang H, Zhao Y, et al. Differences of molecular events driving pathological and radiological progression of lung adenocarcinoma. EBioMedicine. 2023;94:104728. doi:10.1016/j.ebiom.2023.104728
本文作者丨BioTalker
