乳腺癌液体活检标记CTCs和ctDNA的基因组学研究和评估

Breast cancer for many years has been ranked first in the women's cancer, and improved biomarkers are needed in its monitoring and assessment. The development in circulating tumor cells (CTCs) and circulating tumor DNA (ctDNA) has provided new possibilities for performing liquid biopsies in the assessment of solid tumors. Although their clinical potential has been increasingly recognized, many aspects of their biological characteristics remain unclear. In recent years，we performed pilot studies in the detection, genomic sequencing, and genomic analyses of CTCs, ctDNA, and stem cells, and built a reliable technology platform. Based on our pilot studies, we will compare genomic differences between breast cancer cells, ctDNA, and CTCs using single cell and parallel sequencing technology, evaluate their consistence, and un-consistence, and explore tumor evolution. These studies can detect feasibility and limitation of liquid biopsy of CTCs and ctDNA, expand awareness about these biomarkers, and still possible to find new mechanism of proliferation, differentiation and metastasis of tumor, which is of great theoretical significance.

乳腺癌多年来一直位居女性癌症的第一位，其病情监测和疗效评估作用还需要对肿瘤生物标志物的深入研究。近年循环肿瘤细胞(CTCs)和循环肿瘤游离 DNA（ctDNA）的研究进展使得液体活检为肿瘤评估开启了新的前景，其临床应用潜力受到日益推崇，但人们至今对它们的生物学特性许多方面仍不明了。我们近年在乳腺癌的CTCs、ctDNA和肿瘤干细胞的检测、基因组测序、生物信息分析方面分别做过初步研讨工作，建立了可靠的技术平台。本课题拟在此基础上，应用单细胞测序和平行测序技术，在基因组学层面上比较、分析和收集乳腺癌细胞与CTCs、ctDNA之间的肿瘤一致性和差异性及其进化演变信息。这些研究可以全面评估液体活检CTC、ctDNA代表肿瘤细胞特征的理论上的可行性和局限性，拓展对液体活检肿瘤生物标志物的认知，还可能发现肿瘤增殖分化和转移的新机制，具有重要的理论意义。

乳腺癌多年来位居妇女癌症首位，循环肿瘤细胞(CTC)和肿瘤细胞游离核酸(ctDNA)作为新型癌症监测和疗效评估的液体活检肿瘤标志物(LBTM)，虽然得到日益公认，但生物学特性仍需深入研究了解。本课题基于我们近年在乳腺癌CTC、ctDNA和干细胞基因组测序与生物信息分析方面分别做过的初步研讨工作及所建立的技术平台，应用单细胞基因组与转录组测序(scDNA-seq/ scRNA-seq)分析评估癌细胞与CTC、ctDNA之间的一致性和异质性信息。我们的研究①初步获得了中国乳腺癌人群的驱动基因变异频谱，确定了CTC与原发肿瘤信息的一致性，ctDNA则依不同的测序深度而存在较大差异；②应用scDNA-seq实现了对CTC细胞下游分子的精细刻画，显示基因组拷贝数变异(CNV)与CTC的表型异质性有关；③应用scRNA-seq确定了128种标记基因在乳腺癌肿瘤干细胞(BCTSC)中特异表达并显著上调，有助于肿瘤侵袭和转移；④拓展了对肿瘤免疫微环境(TIM)的研究，揭示了外周血中TCR-CDR3分子有可能作为鉴定肿瘤相关T细胞特征的新型LBTM；⑤启用新技术平台(10xGenomics)完成了各分子亚型乳腺癌治疗前后TIM内肿瘤、免疫及间质细胞亚群的scRNA-seq细胞类型多样性和基因特征分析，展示了详细的肿瘤内异质性和免疫多样性以及癌细胞与相关巨噬细胞(TAMs)、成纤维细胞(CAFs) 和内皮簇(TECs)之间的复杂通信网络。总体而言，上述研究评估了液体活检CTC、ctDNA和TCR组库反映TIM机制的可行性和局限性，在研究肿瘤异质性、TIM、治疗敏感和耐药等方面取得了一定成果(发表SIC收录研究论文7篇，∑IF=48.447；他引：65次)，拓展了LBTM研究的新技能和新知识，对乳腺癌增殖分化和转移机制研究以及未来的诊治、监测与全程管理提供了的新思路，具有重要的理论和临床实用意义。