高通量测序与肿瘤课题思路

高通量测序与肿瘤课题思路第1页/共38页

基因IT的突破和个体化医学

GeneticIT&PersonalizedMedicine

基因突变和过高或过低基因表达是大多数慢性疾病发生的分子基础（系统，规范，标准）Genetics/Epigenetics人类估计20,000-25,000蛋白质编码基因~3billionDNAbasepairs人基因组测序:基因组数据库(&Epigenetics)人外显子组(RNA)测序:基因组表达数据库(&ncRNA)个体生命特性和生物学功能正常或疾病-11年前完成人类基因组计划让人们看到曙光，慢性病的治愈良方马上就能出现。如今，灵丹妙药依然难求，但低成本，快速，测序海量数据而新知识正在让一部分病人受益，科技进步带来挑战，复杂的生物学也在从中作梗，给病人治愈带来难度和变数而也为技术进步确立了新的目标。第2页/共38页基因突变和过高或过低基因表达是大多数慢性疾病发生的分子基础

基因突变(DNA):基因表达的改变(RNA):遗传生殖细胞突变:突变的蛋白和正常蛋白表达的改变.单个和多个基因突变体细胞突变:突变蛋白和正常蛋白表达的改变遗传单核苷酸多态性(SNP)感染生活方式环境等第3页/共38页分子箱（molecularbins）的概念

每一个癌症都有独特的分子异常改变。根据分子异常改变制定相应的治疗方案，每个患者对治疗的疗效也会不同。如何确定molecularbins？通过基因测序可确定分子异常改变、突变、突变谱、表观遗传异常、表达谱、甲基化谱等。

摘自吴一龙点评ASCO2013肺癌-分子靶向篇

第4页/共38页流程图细胞/肿瘤黑盒个体基因的百科全书DNA测序需要特定的专业知识/技能团队才能去理解句子,段落,章节,整本基因书?PointmutationsTruncationsInsertionFusionCancerGeneticdiseases第5页/共38页突变X

生物/病理学的后果？

治疗靶标？多学科专家组成的医学基因信息分析团队:遗传学家,肿瘤学家,免疫学家,医生,生物信息学专家第6页/共38页7提纲肿瘤个体化诊疗背景测序技术的革命性发展新一代测序技术的临床应用检测流程第7页/共38页肿瘤个体化配药

肿瘤个体化配药：

对于每一肿瘤药物只有10—30%的患者能够响应治疗。但目前医生用药前无法预知哪位患者能够响应某一药物治疗。这一情况造成巨大浪费并耽误对患者治疗。2010年肿瘤药物市场600亿美元，由于事先不知患者是否对药物响应，近450亿美元的药物没有起到作用。协同开发个体肿瘤基因靶标预测及FDA药物个体化匹配，建立个体肿瘤基因表达数据库找到药物敏感的标签基因至关重要。

目前：FDA批130多种肿瘤药物对应80多种基因靶标，有的基因靶标并无对应的药物，利用基因靶标的标签基因表达谱扫描FDA非肿瘤药物作用于肿瘤细胞的基因表达关联谱数据库来寻找匹配药物—“药物新用”给FDA非肿瘤药物找到抗癌用途。已有成功报道。第8页/共38页肿瘤诊疗的进展和未来的趋势从单个基因检测到多基因检测，确立肿瘤基因型，减少对病种（组织学层次）的依赖按照突变基因组合（pattern）对肿瘤分型，选择适用靶向药物/药物组合。检测原癌基因、抑癌基因、DNA错配修复基因的基因型为目前的基因检测组合。未来：更多的基因突变+基因mRNA表达水平+甲基化+microRNA水平+蛋白水平+…的综合分型？off-label用药从单基因突变型/野生型到按突变pattern用药：突变在没有FDA批下来的适用症中出现，药物有效，称为off-label用药，如贝伐单抗。单一用药到复合用药：肿瘤治疗的组合用药多基因检测，综合性分析第9页/共38页10癌症的发生是个漫长的过程，潜伏期长达5-20年癌细胞数量1031061091010-111012第10页/共38页11形态学免疫分型

免疫球蛋白电泳免疫组化基因定性、定量基因突变检测MSIWHO规范化肿瘤综合检测-MICM分类标准免疫学细胞遗传学分子生物学常规病理

血细胞涂片核型分析

荧光原位杂交MICM癌症诊断的分子化侵袭性生长与转移宏观恶性增殖与无控生长细胞遗传学表型的改变分子第11页/共38页2023/5/621世纪肿瘤治疗的策略的转变Pro.Eschenbach（NCI）第12页/共38页免疫治疗治疗不再是仅由肿瘤位置所决定，更多的是由病人和肿瘤的基因学决定。——ASCO主席SandraSwain我们在肿瘤和免疫细胞的重要靶标上越来越有更好的目标。——ASCO癌症交流委员会主席BruceRoth第13页/共38页肺腺癌的驱动基因ModifiedfromKrisM,etal.IASLC2012TargetedTherapiesConference.KRASEGFR未知60%19992005-2013未知25%KRASEGFRRETROS1MEKHER2METBRAFPIK3CAALKNRASNTRK1第14页/共38页15Cancers,likeindividuals,aredistinct…evenatthemolecularlevel药物基因组学催生分子靶向药物细胞信号传导通路原癌基因和抑癌基因细胞因子及受体抗肿瘤血管形成自杀基因第15页/共38页通过驱动基因选择靶向治疗可以延长患者OS14家LCMC成员单位入组1102例转移性肺腺癌患者检测KRAS,EGFR,HER2,BRAF,PIK3CA,AKT1,MEK1，NRAS

突变，ALK

重排和

MET扩增1007例至少一个基因检测的患者中，622例（62%）检测到至少一个驱动基因状态的改变；733例行全部10个基因检测的患者中，465例（63%）检测到至少一个基因状态改变JohnsonBE,etal.2013ASCOAbstract8019.LCMCIncidenceofMutationDetected第16页/共38页通过驱动基因选择靶向治疗可以延长患者OS279例(28%)伴驱动基因突变患者的数据用于选择靶向治疗或入组靶向研究在有后续临床随访信息的938例患者中，总生存分析如下：中位生存时间(年)伴驱动突变没有接受靶向治疗的患者(n=313)伴某种驱动突变接受靶向治疗的患者(n=264)不伴驱动突变的患者(n=361)P<0.0001结论：伴有已确定驱动突变的患者中，接受靶向治疗者的生存时间较未接受靶向治疗者明显延长多重基因组检测有助于临床医生选择适当的患者进行靶向治疗和入组靶向治疗临床研究JohnsonBE,etal.2013ASCOAbstract8019.第17页/共38页NSCLC驱动基因突变谱：欧美人群迄今晚期NSCLC患者中开展的规模最大的生物标志物研究BarlesiF,etal.2013ASCOAbstract8000;GiacconeG,etal.2013ASCOAbstract7513.首个评估生物标志物配对治疗疗效的前瞻性临床研究第18页/共38页NSCLC腺癌基因突变谱：亚洲研究EGFR依然是亚裔腺癌最常见的驱动基因KohY,etal.2013ASCOAbstract7572.WuYL,etal.2011.370例中国肺腺癌201例日本肺腺癌第19页/共38页2023/5/6驱动基因指导下的NSCLC

临床研究不断深入第20页/共38页Crizotinib治疗ROS1重排的晚期NSCLC33例ROS1阳性NSCLC患者入组，31例接受crizotinib治疗，在25例疗效可评价患者中:

ORR为56%，8周和16周DCR为76%和60%。

中位PFS尚未达到，因为60%的患者仍在随访中，6个月PFS率为71%。主要毒副作用是视觉障碍、恶心及腹泻。结论：

虽然该研究仍在继续，但足以说明crizotinib治疗ROS1阳性NSCLC有效。Sai-HongIgnatiusOu,etal.2013ASCOAbstract8032第21页/共38页22基因多态性对药物作用的影响药代动力学药效动力学药物疗效和毒性的个体差异基因多态性药物靶点药物转运体药物代谢酶由于个体差异的存在。。。。仅有20%~40%的患者从已批准的药物中获益；70%~80%的药物在临床试验中被淘汰；许多已被批准药物由于毒副作用而退出市场。GT突变野生型突变型基因多态性（SNP）在人群中普遍存在；人类基因组平均每1200bp就有一个SNP。第22页/共38页不同患者相同癌症相同临床分期相同病理分级影响因素相同的药物相同的计量患者对药物反应正常患者对药物不敏感用药后产生毒副作用癌症药物治疗个体化第23页/共38页革命性的测序技术发展SangerSequencing1977Next-GenerationSequencing2004IonSemiconductorSequencing2010TheChipistheMachine第一代测序新一代测序半导体芯片测序第24页/共38页第一代测序的局限性操作繁琐，测序时间长一次只能对单个基因的一个片段进行测序样本需求量大（微克级）背景噪音难克服，难以确认低频突变样本中肿瘤含量要求高价格昂贵第25页/共38页新一代测序技术

（next—generationsequencing）Roche454，GenomeSequencerFLXABI(Life)SOLiD4SystemIllumina/SolexaHiseq2000第二代测序技术—高通量第26页/共38页27高通量测序加速肿瘤个体化用药进程一次能对多个基因多个片段进行测序操作自动化，测序时间短样本需求量小（纳克级）样本中肿瘤含量需求少可以确认低频突变(<~5%)价格低廉第27页/共38页28半导体芯片测序技术的优点简捷光学－电子信号快速２个小时完成测序可扩展性革命性的突破第28页/共38页样本采集血/组织/FFPE…提取DNA

/RNA建库模板制备测序

/验证Sh生物信息学分析医学信息分析报告生成检测流程—缺一不可/个体化分析深度分析初步分析药物反应疾病风险肿瘤突变三大支撑团队：技术，信息，医学第29页/共38页肿瘤样本测序肿瘤基因突变基因多态性分析肿瘤突变谱基因多态性个体化肿瘤治疗指导石蜡包埋组织切片或组织块新鲜冰冻组织血液和骨髓其他检测流程第30页/共38页肿瘤个体化用药基因检测报告第31页/共38页肿瘤个体化用药基因检测报告第32页/共38页肿瘤个体化用药基因检测报告第33页/共38页VEGF损伤修复基因MDM2反馈调节p21切断肿瘤血供GD-AIFBAI-1TSP血管生成因子抗血管生成因子p53Ku70

DNA-PKATM

逆转放疗抗性MDR逆转化疗抗性细胞周期阻滞MMP抑制肿瘤浸润转移NK旁杀伤效应a(II)PH细胞凋亡促进作用抑制作用Ad-p53多途径抗癌第34页/共38页贝伐单抗在宫颈癌的第一项报告一项来自GynecologicOncologyGrou