食管鳞癌异质性及耐药机制的多组学贯穿分析研究

Esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) is the forth most common cancer in China. From the viewpoint of cancer treatment, the key reason for chemotherapy failure is resistance to anticancer drugs, which promotes us to fully understand the mechanism of chemoresistance to improve the chemotherapeutic effect. The recent data derived from high throughput analyses have showed that tumor heterogeneity contributed to chemoresistance. It is a matter of urgency to illuminate the chemoresistant-related genome variations in considering the clonal evolution of cancer development at the multiple-omics levels. Previously, we sequenced and analyzed the whole genomes of 20 ESCC cases, the whole exomes of 100 ESCC cases, the target captures of 96 ESCC cases, and the digital gene expression, small RNA profiling of five chemotherapeutics-sensitive or -resistant esophageal cancer cell lines. Statistical analyses yield a comprehensive map of genomic abnormalities and chemoresistant-related changes in ESCC. Based on our previous work, we will integrate the genomic data, transcriptomic data, and target region capture data of ESCC patients with digital expression profiling, small-RNA data, DNA methylation data of esophageal cancer cell lines to validate the chemoresistant-related genes and its relevant regulatory networks through omics analyses strategy. The goal of this project is to deepen understanding the dynamic chemoresistant melocular mechanism during the development of ESCC at multiple-level, thus allow the identification of suitable therapeutic targets and diagnostic/prognostic biomarkers, might represent a strategy for the selection and prioritization of potential biomarkers and their translation into practical use.

食管癌在我国癌症死亡率中列第四，化疗耐药是导致治疗失败的主要原因，阐明耐药机制是目前临床治疗的关键突破口。近年组学研究表明，复杂的肿瘤异质性是肿瘤治疗耐受的重要原因，迫切需求从肿瘤基因组进化角度、多水平、多层次探讨肿瘤发生发展中耐药机理。前期我们完成了20例食管癌全基因组、100例外显子组、96例目标区域捕获深度测序以及5个食管癌敏感/耐药细胞系基因表达谱、小RNA测序，绘制了食管癌基因组图谱、食管癌相关基因变异图谱和耐药相关图谱。本项目拟在此基础上，通过多组学贯穿研究策略，整合分析并补充验证食管癌患者及细胞系耐药相关遗传变异及调控网络，从基因、信号调控网络等多级水平，从分子、细胞和生物体等多层次，从动态、整体角度对食管癌发生发展相关的耐药分子机制进行系统研究，鉴定食管癌耐药特异性标记，开发食管癌耐药分型的分子标记用于指导临床用药，为解决食管癌耐药问题、筛选理想的联合抗癌药物提供候选靶标。

食管癌是我国最常见的恶性肿瘤之一，阐明食管癌耐药发生的分子机制，建立和发展食管癌早期预测及诊断分型的关键理论和技术，提高我国在食管癌预防、诊断和治疗水平，降低食管癌的经济和社会负担是当前我国社会发展中的重大国家需求。.肿瘤异质性可以说是临床治疗耐受的重要原因，解析肿瘤异质性的最佳策略之一是“肿瘤基因组进化理论”。本项目综合考虑肿瘤异质性，通过高通量多点组织全外显子测序，依据进化树分析结果，提出了食管鳞癌进化模式及复发转移模式，发现了Mutational Signature 3与BRCA1/2突变的相关性，功能研究表明携带BRCA1/2突变的患者对铂类治疗方案敏感，为携带BRCA1/2突变的食管鳞癌患者的治疗提供了依据。发现了部分食管鳞癌患者CD274扩增、PD-L1表达增高，该亚群患者可能对免疫治疗敏感。.筛选了与食管鳞癌发生相关的单核苷酸变异，揭示了食管鳞癌突变标签的全貌，鉴定了食管鳞癌相关的 “突变频谱印迹”，阐释了APOBEC催化的脱氨基作用是食管鳞癌DNA损伤的可能源头。明确了NHEJ、alt-EJ造成的缺失与易位是食管鳞癌SV的主要类型，揭示了导致局部SV产生的机制包括Chromothripsis、Kataegis、BFB等，其中BFB可能是食管鳞癌重要的致癌机理之一。.鉴定了食管鳞癌早期特异性遗传变异，并在食管癌癌前病变中得到验证，这些成果为开发食管鳞癌的早期诊断标记物以及高危人群预警奠定了理论基础。鉴定了食管鳞癌中两个高频突变基因NOTCH1和PIK3CA间的显著互斥关系，为食管鳞癌分子分型提供了潜在的分子标记物。.发现了食管癌中Hsa-miR-140-3p可能通过靶向调节NFYA，降低其表达量，从而影响转录因子NF-Y三聚体形成，进而解除对MDR1转录抑制，导致多药耐药。发现了食管鳞癌中Has-miR-103a-3p可能靶向调控RASSF8，抑制其表达，从而导致XPA和XPC表达降低，抑制细胞NER能力，提高食管鳞癌细胞对铂类药物的敏感性，提示Has-miR-103a-3p、Hsa-miR-140-3p可能是食管癌耐药的新靶点。.通过本项目的实施，解析了食管鳞癌异质性，筛选了靶向治疗的候选靶点；研究了耐药机制，为药物研发提供了科学依据；鉴定了食管鳞癌分子分型标记物，为指导个体化治疗提供了理论依据。