腫瘤基因組學(xué)與全球腫瘤基因組計劃_胡學(xué)達

1、評 述中國科學(xué)雜志社science china press面點 2015年 第60卷 第9期：792 804腫瘤基因組學(xué)萬全球腫瘤基因組計劃胡學(xué)達，楊煥明，赫捷，呂有勇*中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院/腫瘤研究所，北京100021;深圳華大基因研究院，深圳518083;浙江大學(xué)沃森基因組科學(xué)研究院，杭州310008;北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院暨北京市腫瘤防治研究所分子腫瘤學(xué)研究室，惡性腫瘤發(fā)病機制及轉(zhuǎn)化研究教育部重點實驗室，北京100142* 聯(lián)系人 ,e-mail: youyonglu2014-11-24 收稿，2015-01-30 接受，2015-02-09 網(wǎng)絡(luò)版發(fā)表關(guān)鍵詞腫瘤基因組國際腫瘤基因組協(xié)作聯(lián)盟

2、中國腫瘤基因組協(xié)作組測序突變摘要dna序列的變異是所有腫瘤細胞發(fā)生的重要的分子層面的原因，當(dāng)前學(xué)界已經(jīng)有能力對一定規(guī)模的癌癥隊列樣本開展全基因組變異圖譜的分析.國際腫瘤基因組協(xié)作聯(lián)盟(icgc)于2007年成立并啟動了全球范圍白腫瘤基因組研究工作 .icgc提出對50種癌癥、總 計25000例患者樣本繪制體細胞基因突變譜.多個國家的參與課題組已經(jīng)階段性地總結(jié)了 特定癌癥的數(shù)據(jù)并報道了研究成果，當(dāng)前跨癌種的泛癌癥基因組研究已經(jīng)成為icgc的工作 重點.我國以中國腫瘤基因組協(xié)作組(ccgc)的形式參與了 icgc的合作研究，選擇包括食 管癌、胃癌、肝癌、大腸癌、鼻咽癌等13種癌癥并取彳#相關(guān)進展.

3、ccgc和icgc研究工作將 積極推動癌癥基因組學(xué)向腫瘤生物學(xué)的轉(zhuǎn)化研究，為腫瘤的個體化精準診療提供理論和技術(shù)支撐.?1994-2015 chiik!cuitial eltctranic puhi inching house. all rights reserved-引用格式：胡學(xué)達，楊煥明，赫捷，等.腫瘤基因組學(xué)與全球腫瘤基因組計劃.科學(xué)通報，2015, 60: 792- 804hu x d, yang h m, he j, et al. the cancer genomics and global cancer genome collaboration (in chinese). chin

4、 sci bull, 2015, 60: 792 10.1360/n972014-01253一 80,人類對惡性腫瘤發(fā)病規(guī)律、 原因和機制的研究已 持續(xù)了一個世紀之久，從細胞癌變起源學(xué)說、細胞異 常分裂、染色體易位、基因突變、表觀遺傳調(diào)控到遺 傳、進化、發(fā)育、代謝的信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，提出了許多的假說，同時也得到了數(shù)十項具有里程碑意義的重 大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，比較全面地闡述了腫瘤細胞發(fā)生發(fā)展 的生物學(xué)特性和臨床轉(zhuǎn)歸.腫瘤細胞的特征是獲得 無限增殖和失控性生長的能力，逃避機體的免疫監(jiān)視、以糖酵解代謝方式進行能量代謝、 表現(xiàn)為返祖” 和去分化并以克隆性優(yōu)勢生長進行侵襲和遷移 .腫 瘤細胞的這些生物學(xué)特征已脫離了

5、機體正常細胞固 有的基本特性和演化過程，推測其必然存在決定性 因素和遺傳學(xué)基礎(chǔ).因此，從分子遺傳學(xué)的角度研究 腫瘤已經(jīng)成為主流.當(dāng)前，在全球開展的腫瘤基因組 協(xié)作研究是人類基因組計劃 (human genome project, hgp)的延續(xù)和擴展，是腫瘤生物學(xué)、基因組醫(yī)學(xué)和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ).我國腫瘤和基因組領(lǐng)域的研 究團隊利用這一全球合作的契機，參與了國際腫瘤基因組協(xié)作聯(lián)盟 (international cancer genome consortium, icgc)的研究工作，并在與國際同行的交流 中使這一自然形成的年輕團隊得到鍛煉和發(fā)展.現(xiàn)將icgc與中國腫瘤基因組協(xié)作組(chines

6、e cancer genome consortium, ccgc)的過去、現(xiàn)在和將來作一 淺析并與同仁們分享.1從鑒定癌基因到月中瘤基因組學(xué)研究最早從分子角度對腫瘤的認識來自david vonhansemann和theodor boveri. 他們發(fā)現(xiàn)癌細胞分裂 過程中伴隨著異常染色體的出現(xiàn)，由此推測癌癥和異常細胞克隆的形成是由于遺傳物質(zhì)的異常造成的1.同時，dna的損傷和誘導(dǎo)突變導(dǎo)致癌癥發(fā)生的 現(xiàn)象也佐證了 dna這一遺傳物質(zhì)的異常對癌癥的關(guān)評 述鍵作用.對癌細胞染色體的細致觀察發(fā)現(xiàn)在慢性髓 性白血病中的9和22號染色體重排(費城染色體 嚴. 其后，有研究將癌細胞的 dna轉(zhuǎn)入表型正常的細胞

7、 nih3t3中，發(fā)現(xiàn)可以使其轉(zhuǎn)化為癌細胞,從而鑒定 了人類第一個癌基因 hras,并將致癌基因突變的研 究深入到眾多癌基因、抑癌基因的研究中3，4.這些重 要的發(fā)現(xiàn)使學(xué)界認識到鑒定癌基因是闡明腫瘤發(fā)生、 發(fā)展的重要途徑.30多年來，人們做了大量的癌基 因和抑癌基因的鑒定工作，并研究了細胞信號通 路調(diào)控在腫瘤中的作用 .綜合這些數(shù)據(jù)，21世紀初 hanahan和weinberg5撰文對基因突變與細胞癌變的 關(guān)系進行了系統(tǒng)的闡述，提出了腫瘤細胞需要具備的6個特點：(1)持續(xù)地獲得生長信號;(2)對抗生長 信號失敏；(3)逃避凋亡機制；(4)持續(xù)的血管生成； (5)不受限制的復(fù)制能力;(6)組織侵

8、襲和遠處轉(zhuǎn)移. 10年后他們又補充了 4個新的特征：(1)基因組不穩(wěn) 定性；(2)逃避免疫監(jiān)視的能力;(3)腫瘤介導(dǎo)的炎癥； (4)癌細胞能量代謝失調(diào)6.顯然，癌細胞獲得這樣多 的特征不能通過單一基因或突變來解釋.因此，人們 不再滿足于零敲碎打地探索單個基因突變與細胞癌變 的關(guān)系，而是希望通過對整個基因組變異的識別和建 立腫瘤分子解剖圖譜以闡明細胞癌變的本質(zhì).20世紀80年代中期，dulbecco 7提出獲得完整的 人類基因組序列是系統(tǒng)認識癌癥驅(qū)動基因的必由之 路.1990年，人類基因組計劃正式啟動.而人類基因 組圖譜的獲得(2000年獲得草圖8,9, 2003年獲得完成 圖10),為如今腫瘤

9、基因組研究的開展奠定了最重要 的基礎(chǔ).hgp完成伊始，很多人類基因組領(lǐng)域的科學(xué) 家就將目標轉(zhuǎn)向了腫瘤基因組研究.由于測序成本的飛速下降以及考慮腫瘤患者的差異 ，以較大數(shù)量 的專一癌癥類型或亞型的患者隊列為對象，腫瘤基因組的研究在多個基因組技術(shù)先進國家得以廣泛開 展.迄今的腫瘤基因組學(xué)的進展可以分為兩個方面：一是鑒定新的腫瘤相關(guān)的突變位點、突變基因和突變參與的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及細胞信號通路，二是從基因變異的譜系上分析腫瘤發(fā)生發(fā)展的原因11.2 測序技術(shù)和生物信息分析方法與月中瘤基因組變異圖譜繪制對腫瘤基因組學(xué)研究而言，獲取高質(zhì)量且符合 醫(yī)學(xué)倫理要求的樣本是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié).多種癌癥在臨床上取材比較

10、困難，特別是復(fù)發(fā)的癌癥組 織.福爾馬林固定、石蠟包埋的組織塊或切片是腫瘤 基因組研究的重要資源.但是，固定和包埋的過程會 dna造成損傷，造成很多處理過程引入的、非腫瘤特異性的突變12;同時這些樣本量相對較少，經(jīng)常 滿足不了測序的要求.全基因組擴增(whole genome amplification, wga)可以解決樣本量不足的問題，但 同樣會造成測序的偏向性13、突變的假陽性率提高14和異常的重排事件的出現(xiàn)等 15.另外，腫瘤的 臨床組織樣本一般會混雜正常細胞，包括間充質(zhì)細胞、纖維原細胞(腫瘤基質(zhì))和滲入組織的淋巴細胞等. 即使沒有正常細胞的混入，腫瘤細胞間攜帶的突變 也是不均一的.通過

11、提高測序深度的復(fù)發(fā)可以一定 程度地彌補這一問題，但這同樣受到測序技術(shù)準確 率的限制叫當(dāng)前腫瘤基因組學(xué)研究主要基于第二代測序技 術(shù)，可以使我們對癌癥的研究從個別基因的分析和 微陣列研究過渡到全基因組的系統(tǒng)研究.對腫瘤組織進行全基因組高深度測序，并同時對來源于同一患者的生殖系dna進行測序作為對照，這種研究策 略可以使我們一次性獲得一個個體完整的體細胞變 異圖譜，包括單堿基突變、結(jié)構(gòu)變異和拷貝數(shù)變異 (圖1).但是，全基因組測序也意味著最大的數(shù)據(jù)量 和最高昂的實驗成本.序列捕獲測序的方法可以對 研究感興趣的特定dna區(qū)域在相對低成本的基礎(chǔ)上 展開更深度的測序，最常用的是針對所有人類基因 編碼區(qū)的捕

12、獲測序，即外顯子組測序.核酸探針作為 魚餌”將dna庫中的目的序列 釣”出來，這些探針 可以是dna1720,也可以是rna 21.另外，第二代 測序技術(shù)也可以從rna水平對癌組織做出全面的檢 測，即對總rna、mrna和其他特定的rna (如 microrna,長的非編碼rna等)反轉(zhuǎn)錄形成的cdna 的測序.轉(zhuǎn)錄組測序?qū)τ谧R別基因間表達的融合現(xiàn) 象非常敏感，其中一些涉及編碼框改變的融合可能 導(dǎo)致癌基因的激活22.也有報道通過轉(zhuǎn)錄組測序的 方法識別了與癌癥相關(guān)的體細胞堿基替換23.最后,結(jié)合dna和rna的點突變信息，我們可以對腫瘤組 織的rna編輯進行系統(tǒng)的研究24.隨著腫瘤基因組學(xué)研究產(chǎn)

13、生越來越多的數(shù)據(jù) ， 相應(yīng)的生物信息技術(shù)也取得了長足的進步 ，重點解 決了以下幾個腫瘤研究需要面對的特殊的問題 ：第 一，需要同時比較腫瘤組織和正常配對組織的數(shù)據(jù)795?1994-2015 chinii academic jcui-nal electron it publishing house. al rights reserved. http:wav w .ink i. net此貝21叟桿圖1(網(wǎng)絡(luò)版彩色)各種基因組dna變異類型及其檢測原理figure 1 (color online) the rationale of high-throughput sequencing to dete

14、ct various types of dna alterations in cancer genome來識別稀有的體細胞變異(體細胞點突變發(fā)生的比率 一般是人群單堿基多態(tài)性發(fā)生比例的1/1000);第二,有能力處理包含大量重排的基因組序列；第三，有能 力處理數(shù)據(jù)中含量未知的非腫瘤細胞污染和腫瘤細 胞的雜合度.表1中總結(jié)了現(xiàn)有的用于腫瘤基因組分 析的常用軟件.3 全球大協(xié)作與icgc3.1 icgc 的任務(wù)與目標和運行模式在開展國際合作之前，英國和美國等基因組學(xué) 研究的先進國家已經(jīng)啟動了本國的腫瘤基因組項目癌癥基因組項目”(cancer genome project, cgp,英 國，http

15、://)和癌癥基因組解剖 項目"(the cancer genome atlas, tcga,美國,http:/ /).在完成hgp的過程中，基因 組學(xué)家已經(jīng)對國際合作的價值有了深刻的認識，而腫瘤基因組的復(fù)雜性也凸顯出國際合作的必要.于是，2007年10月，來自11個國家從事腫瘤和基因組研 究的科學(xué)家和資助機構(gòu)代表齊聚加拿大多倫多，共同發(fā)起了 icgc組織.發(fā)起國成員來自加拿大、美國、 英國、德國、法國、西班牙、澳大利亞、日本、印度、 新加坡和中國，由加拿大安大略癌癥研究所(ontarioinstitut

16、e for cancer research, oicr)主任 tom hudson 擔(dān)任總協(xié)調(diào)人.icgc在成立伊始即強調(diào)它將協(xié)調(diào)全 球的腫瘤基因組研究，調(diào)動基因組學(xué)和腫瘤學(xué)領(lǐng)域 科學(xué)家的積極性，以實現(xiàn)資源、人才和技術(shù)的集成與 數(shù)據(jù)共享.2010年4月,icgc在nature闡述了該組織的任務(wù) 與目標25. icgc的首要目標是對50種在全球范圍內(nèi) 高發(fā)的癌癥或亞型展開全基因組變異的分析，每一癌種計劃完成500例患者樣本的測序分析，從而全面 繪制這些癌癥的體細胞變異圖譜，即包括單堿基的變異、插入、缺失、拷貝數(shù)的變化、染色體易位和其 他形式的重排.數(shù)據(jù)要符合以下質(zhì)量條件：(1)完整 性，患者群體

17、中出現(xiàn)頻率大于3%的體細胞變異均被識別；(2)高分辨率，即變異檢測達到單堿基分辨率 ； (3)高數(shù)據(jù)質(zhì)量，原始數(shù)據(jù)符合技術(shù)平臺的一般標 準，體細胞變異檢測的特異性要達到95%,敏感性要達到90%; (4)盡可能地獲得來自同一患者組織的轉(zhuǎn) 錄組和表觀基因組的數(shù)據(jù) .icgc成員遵從多倫多宣 言的準則26,將致力于使產(chǎn)生的數(shù)據(jù)盡快向社會公 開，并幫助研究者個人、組織、資助機構(gòu)和參與國家 的管理者使用這些數(shù)據(jù)，同時支持新方法、軟件的研 制和標準的制定與推廣.為了達到上述總體目標，icgc成立了相應(yīng)的委 員會和工作組來開展不同方面的具體工作.首先，各國研究團隊推舉出12名領(lǐng)域內(nèi)資深科學(xué)家組成國際比對m

18、aqbwahttp:/bio-elandssaha2http:/www.sanger.ac.uk/resources/software/ssaha2bowtiehttp:/bowtie-soap2shrimp/shrimpcorona litebfast點突變的檢測snvmixhttp:/www.bcgsc.ca/platform/bioinfo/software/snvmixcasavasoftware.ilmnsamtoolsunified genotyper/gsa/wiki/

19、index.php/ unified_genotypervarscan插入/缺失的檢測pindelhttp:/www.ebi.ac.uk/kye/pindel拷貝數(shù)變異的檢測cbs/r/?group_id=702segseq/cgi-bin/cancer/publications/pub_paper.cgi?mode=view&paper_id=182突變功能預(yù)測sift/sift

20、/sift.htmlpolyphen-2/pph2xvar可視化circoshttp:/mkweb.bcgsc.ca/circosigv/igv表1癌癥基因組研究中的生物信息學(xué)工具table 1 bioinformatic softwares developed for cancer genome analysis學(xué) 術(shù)指導(dǎo) 委員會(international scientific steering committ

21、ee, issc),全面掌控icgc的發(fā)展方向，并負 責(zé)與各國基金機構(gòu)溝通，積極爭取資金支持.下設(shè)icgc執(zhí)行委員會(executive committee),主要負責(zé)督 促各國單癌種的項目進展，并協(xié)調(diào)不同團隊對同一腫瘤的合作研究.同時，成立倫理和政策委員會 (ethics and policy committee)開展倫理方面的工作，重點在于從各國的法規(guī)和習(xí)俗出發(fā)，提出研究過程和數(shù)據(jù)發(fā)布的倫理指南.近期，在該委員會內(nèi)成立了 樣本識別和隱私保護工作小 組(identifiability and privacy subgroup)細化患者隱私的保護工作.在技術(shù) 方面成立技術(shù)工作組 (techno

22、logies working group), 發(fā)布可用于腫瘤研究的最新的基因組學(xué)和生物信息 學(xué)方法，并對現(xiàn)有技術(shù)進行評估，建立icgc內(nèi)的技術(shù)標準并推廣，以利于不同研究組產(chǎn)出數(shù)據(jù)的可比 性.最后，數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)和管理工作組(data coordination and management working group)負責(zé)協(xié)調(diào)參與國的存儲和計算資源，開發(fā)數(shù)據(jù)管理的軟件，并對快速積 累的海量數(shù)據(jù)進行日常維護工作 ，該團隊當(dāng)前的工 作重點是建立云存儲和云計算平臺 .各個委員會和工作小組將定期舉行電話會議，參與者討論研究課 題進展，溝通技術(shù)，推動國際合作的有效實施.3.2 icgc 病例入組標準和數(shù)據(jù)分析存

23、儲標準腫瘤基因組學(xué)研究能否獲得實質(zhì)性科研產(chǎn)出取 決于一個最基本的問題：研究用生物樣本的質(zhì)量和 數(shù)量，包括符合臨床診治規(guī)范的臨床研究隊列，高質(zhì) 量的組織樣本和詳細的臨床、病理、治療與隨訪等資 料.icgc主要參照了美國nci和tcga對所資助的生 物標本采集項目提出的統(tǒng)一標準.知情同意事宜需要放在首要位置.知情同意書的模板由icgc的倫理 和政策委員會討論確定.但是，由于是國際項目，各 國的國情、法規(guī)和習(xí)俗不同，翻譯的因素也不得不考 慮，因此各國的知情同意書稍有差別 .在符合生物倫 理規(guī)范的基礎(chǔ)上，icgc要求進行基因組分析的樣本 需要符合以下條件：(1)所有入組病例采集腫瘤組織標本和同個體的正

24、常配對組織，dna檢測建議使用術(shù)前外周血，用 來區(qū)分體細胞突變患者個體的多態(tài)性位點；rna和甲基化檢測則使用癌旁正常組織 ，用來比較得出差裾薦應(yīng)也 2015年3月第60卷第9期異表達基因和差異甲基化位點.(2)送檢腫瘤組織和血液標本最好在未經(jīng)放療 和化療前采集，如有治療需注明.(3)送檢腫瘤標本病理診斷須明確，對于大部分 實體瘤癌細胞含量需70%以上，對于個別難以達到的癌癥(如胰腺癌)需要專門的協(xié)作小組討論確定；同 時癌組織壞死比例低于20%.(4)手術(shù)標本必須迅速置于液氮中，然后保存于 -80 c或-130 c冰箱，這一過程要求在手術(shù)離體后30min內(nèi)完成.(5)為驗證病理學(xué)診斷的結(jié)論，每個

25、癌組織需保 留510張組織切片，冰凍組織、石臘組織或活檢組織 均可，但要盡量接近基因組測序所用的組織塊 .如前所述，癌癥基因組數(shù)據(jù)分析軟件眾多；很多參與icgc的實驗室都開發(fā)了自己的生物信息學(xué)工 具.為了使各國實驗室產(chǎn)出的數(shù)據(jù)具有更好的可比 性，icgc技術(shù)工作組成立標準流程分析工作組 (benchmark analysis working group)專門比較分析不同平臺和不同信息學(xué)流程.該小組聯(lián)合了全球14個實驗室對相同的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的驗證和校準，已完成論文文稿，已投nature biotechnology .另外，該 小組與 tcga 合作開展 icgc-tcga-dream somat

26、ic mutation calling challenge. 這是一個開放的項目，希 望國際上更多的生物信息研究者貢獻力量，共同改進腫瘤基因組變異識別的方法.需要承認的是，icgc數(shù) 據(jù)處理流程的標準化相對不足，流程統(tǒng)一的進度遲緩， 這對于下一步開展泛癌癥基因組分析造成了 一些障礙 (關(guān)于泛癌癥基因組的內(nèi)容將在下文詳述).由于數(shù)據(jù)量巨大，icgc的數(shù)據(jù)將采用分布式存 儲，有利于參與的課題組對數(shù)據(jù)的下載和使用27.這些數(shù)據(jù)由位于oicr的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)中心(data coordination centre, dcc)統(tǒng)一管理，全千6個計算資源中 心參與，并以云平臺的方式運作：芝加哥大學(xué)、歐洲 生物信息

27、學(xué)研究所(hinxton,英國)、巴塞羅那超算中 心(barcelona supercomputing center)、德國國家癌癥 研究中心(deutsches krebsforschungszentrum, dkfz)、 日本理化學(xué)研究所(rikagaku kenkyusho/institute of physical and chemical research, riken )、韓國電子通 信研究院 (electronics technology research institute, etri).現(xiàn)在，前3個中心的計算資源已經(jīng)投入運作 . 研究者獲得數(shù)據(jù)授權(quán)后可以在任意地點登陸和處理

28、數(shù)據(jù)，軟件和數(shù)據(jù)均在云平臺上安裝和調(diào)用.3.3 icgc的項目進展和亮點成果截至2014年5月，icgc共協(xié)調(diào)啟動了針對22個癌 癥類型的74個研究項目，這些項目承諾完成至少 25000例腫瘤患者的癌組織測序分析.研究團隊來自亞洲、歐洲、北美洲、南美洲和澳大利亞(圖2(a).現(xiàn) 在數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)記錄了26846份腫瘤樣本符合icgc的倫理規(guī)范和病理質(zhì)控.從癌癥類型來看，排在前4 位的分別是乳腺癌、中樞神經(jīng)系統(tǒng)癌癥、血液系統(tǒng)癌 癥和前列腺癌(圖2(b).其中成人腫瘤樣本24426例, 兒童腫瘤樣本2520例(圖2(c).截至2014年5月，總計 18000余份樣本完成了不同程度的組學(xué)”分析:109

29、6個全基因組數(shù)據(jù)，5560個外顯子數(shù)據(jù)，16936個拷貝數(shù) 變異譜,17297個轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和9017個表觀基因組數(shù) 據(jù)上傳到了 icgc數(shù)據(jù)庫中(圖2(d).每個樣本的變異 位點和注釋信息可以在 dcc ()直接 得到.原始數(shù)據(jù)則需要向數(shù)據(jù)管理協(xié)調(diào)辦公室(dataaccess compliance office, daco)申請.考慮到腫瘤 樣本的全基因組信息也包括患者個人的遺傳隱私 ， 建立一套在共享科學(xué)數(shù)據(jù)的同時也能夠保護患者隱 私的機制十分重要，一個海外委員會國際數(shù)據(jù)管理 委員會(international data access committee,

30、 idac) 將監(jiān)督daco工作并協(xié)助解決溝通和技術(shù)問題.截至2014年5月，daco已經(jīng)配準了 497位研究者/研究團 隊申請使用icgc的數(shù)據(jù).關(guān)于icgc項目進展的具體 情況可以從獲知.從icgc開始實施起，已經(jīng)有10篇腫瘤基因組學(xué) 的科研成果以icgc的名義發(fā)表在生物醫(yī)學(xué)期刊上.英國sanger的研究團隊從癌細胞克隆進化的角度以 乳腺癌為對象開展了探索性的工作.首先，他們分析了 21例患者組織的全基因組突變位點以及相鄰堿基 的 序列，提出了突變過程標簽(mutational process signature)的概念.利用這種分子標簽對患者聚類， 發(fā)

31、現(xiàn)與患者生殖系brca1/2的突變情況相吻合28. 與此同時，通過對癌組織超高深度的測序(188x),可以對癌組織突變的等位基因頻率(allele frequency)的進行估算和定相(phasing),從而對一例患者的癌組織 系統(tǒng)發(fā)生在分子水平進行勾畫，更重要的是可以識別出癌細胞克隆亞群形成過程中的關(guān)鍵節(jié)點基因29.icgc框架內(nèi)針對骨髓異常增生綜合征(myelodysplasia syndromes, mds)的基因組學(xué)研究團隊由英國 和意大利的學(xué)者組成，他們在new england journal of medicine 和blood上集中報道了一批研究成果.797>194-201

32、5 (cunkctronk publishing hotisisa all. http: ? www , nul評 述7991994-201s china academic journal electronic puhishint£ house. al rights reserved, http:w 北美由美亞判毆酬澳大利衛(wèi)二蓄用在 成人制在llllllllllll i300025(k)h 203015c0 w03 15000愜10000icgc承諾的樣本數(shù)據(jù)量；(b)各癌癥類型的本數(shù)據(jù)量； 樣本中兒童腫瘤和成圖2 (網(wǎng)絡(luò)版彩色)icgc數(shù)據(jù)匯總.(a)各大洲科研團隊向 人腫瘤的比例

33、；(d) icgc數(shù)據(jù)庫中積累的數(shù)據(jù)量30口q口25000陷口 口口500qfigure 2 (color online) the tumor sample commitment and data accumulation of icgc. (a) percentages of tumor sample committed from each continent. (b) sample numbers with genomic data committed to icgc across 22 tumor types. (c) percentages of pediatric and adult

34、 tumors in icgc dataset. (d) icgc data accumulation from its first workshop首先，他們在骨髓異常增生伴環(huán)狀鐵幼粒細胞 (myelodysplasia with ring sideroblasts, mrs) 中發(fā)現(xiàn) sf3b1的突變頻率高達65%,生物學(xué)實驗進一步證實 該基因突變導(dǎo)致 mrna的異常剪切從而誘發(fā)mds的發(fā)生30.在其他mds,骨髓增生性腫瘤(myeloproliferative neoplasm, mpn) 以及mds誘發(fā)的急性髓性 白血病(acute myeloid leukemia, aml) 中，他

35、們也發(fā) 現(xiàn)sf3b1的突變分布廣泛，同時攜帶突變的 mds/mpn患者預(yù)后較好且不易演化為aml 31.除了 sf3b1外，該團隊進一步在多種 mds患者dna (共 738例)中檢測了的111個候選驅(qū)動基因，他們發(fā)現(xiàn)在 78%的患者中至少有一個原癌性質(zhì)的突變，并提出了一個遺傳宿命(genetic predestination) 的假說”，即 早期的驅(qū)動性突變，特別是rna剪切相關(guān)基因的突 變決定了癌細胞之后的克隆演化的軌跡32.來自印度的科研團隊對齦頰鱗狀細胞癌 (gingivo- buccal oral squamous cell carcinoma, oscc-gb) 進行 了外顯子組分

36、析，他們發(fā)現(xiàn)usp9x, mll4, arid2 , unc13c和trpm3在oscc-gb中突變頻率較高，drosha和yap1在oscc-gb患者中經(jīng)常發(fā)生擴增，而ddx3x則經(jīng)常缺失33.來自德國的科研團隊對纖 維性星形細胞瘤(pilocytic astrocytoma)進行了全基因 組分析，發(fā)現(xiàn)fgfr1和ptpn11的體細胞突變以及 ntrk2的基因融合在纖維性星形細胞瘤患者中重復(fù) 出現(xiàn)；更重要的是所有此類癌癥患者的組織都攜帶 至少一個mapk通路家族的突變，并且沒有其他生 物學(xué)通路富集突變，說明這種癌癥是一類單通路的 疾病34.來自法國的研究者對 ewing肉瘤的基因組分 析發(fā)現(xiàn)

37、，stag2的突變和cdkn2a的缺失在患者群體 中經(jīng)常互斥的發(fā)生；但是與之相反的，stag不口 tp53 的突變則傾向于在共同出現(xiàn)并與預(yù)后不良相關(guān) . 在與腫瘤基因組相關(guān)的生物倫理研究中，icgc的倫理和政策委員會發(fā)布了他們的調(diào)查報告和一些討論 ， 當(dāng)前云計算在基因組數(shù)據(jù)分析中作用越來越大 ，一 些憂慮隨之產(chǎn)生，如數(shù)據(jù)安全，控制和可靠性等.這 些方面需要協(xié)調(diào)不同國家的法規(guī)、習(xí)俗并制定相應(yīng)的 國際標準36.最后，在技術(shù)研發(fā)方面，icgc的生物信 息技術(shù)組報道了信息學(xué)方法判斷組學(xué)”得到的變異裾薦應(yīng)也 2015年3月第60卷第9期位點和變異基因是否具有生物學(xué)意義37.3.4 icgc 面臨的挑戰(zhàn)和

38、泛腫瘤基因組(pancancer genome)研究計劃綜上所述，從國際腫瘤基因組計劃”設(shè)想的提出和目前取得的進展已經(jīng)充分表明，這一計劃的實施對推動腫瘤生物學(xué)的研究和臨床轉(zhuǎn)化具有非常重 要的意義.但是另一方面，icgc的工作也表現(xiàn)出不 足的方面：第一，由于沒有統(tǒng)一的經(jīng)費資助來源， icgc的組織更多依賴于參與的科學(xué)家的興趣，造成各國課題組研究進度不一，樣本和信息學(xué)流程的質(zhì) 量控制標準也不一致，從而對比較癌癥基因組的研 究帶來困難.與之對照的是美國獨立運作的tcga計戈ij,由于其組織嚴密，數(shù)據(jù)產(chǎn)出效率高，在icgc中 已經(jīng)有一家獨大的趨勢.第二，由于取1¥困難，icgc 積累的數(shù)據(jù)中

39、兒童腫瘤和罕見腫瘤比例很少.事實上，icgc的指導(dǎo)團隊也充分正視了上述經(jīng) 驗教訓(xùn)，tom hudson教授代表icgc issc提出，今后 5年icgc仍會致力于它的創(chuàng)始初衷并設(shè)立了 一些新 的目標：(1)加大兒童腫瘤和罕見腫瘤的研究力度，積極在全球?qū)ふ覙颖举Y源以及基金支持;(2)改進icgc數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)質(zhì)量;(3)開發(fā)軟件和信息學(xué) 平臺來支持數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用;(4)建立一套高效的數(shù) 據(jù)提供平臺，提高基因組數(shù)據(jù)的使用效率為下游研 究服務(wù)，同時要保護患者的隱私信息;(5)協(xié)調(diào)跨癌種的基因組學(xué)研究；(6)為基礎(chǔ)和臨床醫(yī)學(xué)工作者提 供使用icgc數(shù)據(jù)和工具的培訓(xùn).2014年上半年，tom hudso

40、n向多個國家15位基金負責(zé)人和24位科學(xué)領(lǐng)袖 調(diào)查開展進一步研究計劃的可行性(暫時定名為 icgc 2),得到了絕大多數(shù)參與者的積極支持.在這里需要重點闡述跨癌種的基因組學(xué)研究， 即泛腫瘤基因組學(xué)分析.當(dāng)今各高發(fā)癌癥的基因組 變異數(shù)據(jù)已有很大程度的積累，比較它們之間的異同，分析癌細胞生物學(xué)行為更本質(zhì)的規(guī)律，甚至在分子水平對癌癥做出新的分類系統(tǒng)已經(jīng)成為可能.因此，泛腫瘤基因組研究已經(jīng)成為當(dāng)前在腫瘤基因組 領(lǐng)域的重中之重，各國生物信息學(xué)家無不傾注了巨 大的關(guān)注.當(dāng)前tcga走在泛腫瘤基因組分析的前 沿，啟動了專門的 tcga pan-cancer analysis 項目， 并已經(jīng)集中發(fā)表了一批研究

41、報告(/tcga/).借鑒tcga的成功經(jīng)驗，icgc issc 邀請 全體參與者共同開展泛腫瘤基因組分析并收集研究798方案.經(jīng)過委員會及受邀專家審核 ，最后共有135個 研究方案被列入icgc的計劃中.為了協(xié)調(diào)眾多的參 與者，icgc成立了泛癌癥基因組分析工作組(pancancer analysis working group, pawg). 經(jīng)過北京工 作會議的討論，決定將所有研究課題歸納入16個研究方向(表2)并成立相應(yīng)的工作小組，每個小組均由 國際知名基因組或生物信息學(xué)家牽頭和召集，每個方向的研究任務(wù)和它們之間的配合關(guān)系也已經(jīng)明確.先期的研究工

42、作已經(jīng)取得了部分成果.wong等人387651個樣本的基因組數(shù)據(jù)綜合分析發(fā)現(xiàn)cux1的功能丟失性突變在各類腫瘤1%5%的患者中發(fā)生，同時 2519例各類髓系惡性病變患者數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)cux1的突變患者預(yù)后不良，他們通過小鼠和果蠅的實驗?zāi)?型證實了 cux1作為抑癌基因的功能.這一工作也證 實了泛癌癥基因組研究的重要意義.我國在這方面工作落實的差距較大，需要高度關(guān)注.4 ccgc的任務(wù)和面臨的挑戰(zhàn)4.1 發(fā)展軌跡回顧我國科研工作者在基因組學(xué)領(lǐng)域起步較早，早在hgp時期就承擔(dān)了 1%的國際合作任務(wù)，后來又在 人類單體型圖計劃(hap-map)中順利完成了 10%的任 務(wù).尚在國際基因組學(xué)和腫瘤學(xué)界對

43、腫瘤基因組計 劃凝聚共識之際，我國就積極參與討論，并在icgc 啟動之時成為發(fā)起國之一，楊煥明教授和呂有勇教授負責(zé)協(xié)調(diào)中國的研究事務(wù).為了更好地集成我國腫瘤醫(yī)學(xué)和基因組學(xué)領(lǐng)域的資源、人才和技術(shù)的優(yōu) 勢，我國從事基因組和腫瘤學(xué)的科學(xué)家借參與icgc之際，組建了中國腫瘤基因組協(xié)作組”(ccgc).之后，國內(nèi)的研究者和項目即以ccgc的名義加入 icgc國際合作之中.在ccgc的協(xié)調(diào)下,國內(nèi)相關(guān) 臨床、病理和技術(shù)人員有組織地參加icgc各委員會和工作小組，并派代表參加了歷次工作會議.由于icgc并沒有統(tǒng)一的經(jīng)費來源，因此ccgc 成立之初的一個重要目標是凝聚學(xué)界共識、爭取基金支持.這里需要強調(diào)的是國

44、家十二五”國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863)項目重大疾病的基因組學(xué)研究 ” xccgc工作的支持.該項目設(shè)立12個課題，除前2 個課題為基因組技術(shù)和表觀基因組技術(shù)的開發(fā)外，其他10個課題均為腫瘤研究，涵蓋13個癌種，依次為 胃癌、肝癌(hbv相關(guān)卜食管癌、大腸癌和鼻咽癌、?194-2015 china academic journal ekctroiiit piihlishing htiuse| rights reserved, http評 述表2 icgc 泛癌癥基因組分析工作組 （pawg）設(shè)立的研究方向table 2 the topics of pawg analysis in icgc

45、network課題數(shù)量pawg-1新的突變識別方法20pawg-2基因調(diào)控區(qū)的突變分析8pawg-3基因組和轉(zhuǎn)錄組的整合分析24pawg-4基因組和表觀基因組的整合分析9pawg-5體細胞突變的生物學(xué)通路和網(wǎng)絡(luò)分析10pawg-6結(jié)構(gòu)變異、反轉(zhuǎn)座子和可移動元件變異和基因組相關(guān)性20pawg-7突變過程標簽7pawg-8生殖系癌癥基因組變異分析12pawg-9預(yù)測驅(qū)動性突變11pawg-10癌癥基因組的臨床意義研究9pawg-11遺傳異質(zhì)性與進化15pawg-12可視化和架構(gòu)性軟件開發(fā)3pawg-13分子分型與分類4pawg-14非編碼rna相關(guān)變異的分析1pawg-15線粒體相關(guān)變異的分析1p

46、awg-16病原體分析1801?1994-2015 chinii academic jcui-nal electron it publishing house. al rights reserved. http:wav w .ink i. net胰腺癌、腦瘤、肺癌、乳腺癌、膀胱癌、腎癌、甲狀 腺癌和白血病.其中前5種癌癥按照icgc的標準計 劃完成500例樣本的基因組分析工作.該項目主要研 究與腫瘤發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移、預(yù)后和藥物反應(yīng)相關(guān)的 基因組和基因變異、 闡明代謝、信號傳導(dǎo)和表達調(diào)控 三大網(wǎng)絡(luò)”，為腫瘤的個體化診療研究提供基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)，同時選擇有科學(xué)代表性和技術(shù)可行性的癌種進 行單細胞分析、發(fā)

47、展無創(chuàng)早期診斷等基因組學(xué)和生物 信息學(xué)的優(yōu)化、整合和臨床應(yīng)用的創(chuàng)新研究.項目首 席科學(xué)家為張學(xué)軍教授 .在icgc成立伊始，我國僅 以胃癌作為探索全基因組分析的首選腫瘤參與合作 . 之后，在“ 86牌題的支持下,2012年，肝癌(hbv相 關(guān))、食管癌、大腸癌和鼻咽癌也被列入icgc計劃之中.2014年初,其他研究規(guī)模較小的10余癌種也參與 至"cgc合作研究中.為了確保上述課題的順利開展 ，ccgc開展了多 方面工作，包括規(guī)范研究隊列的建立、生物樣本采 集、分析技術(shù)標準化和規(guī)?；?，以及醫(yī)學(xué)倫理研究等， 對全面提升研究數(shù)據(jù)質(zhì)量和學(xué)術(shù)水平具有特別的現(xiàn) 實意義.實施ccgc項目時，應(yīng)按i

48、cgc制定的標準、 規(guī)范和規(guī)則開展工作，以保證國內(nèi)和國際的協(xié)調(diào)一 致.樣本質(zhì)量和信息是腫瘤基因組學(xué)研究的生命線 . 現(xiàn)代腫瘤學(xué)研究是以多中心、臨床隊列建立為基礎(chǔ) ， 以獲得高質(zhì)量腫瘤樣本和臨床隨訪資料為核心，這兩項已經(jīng)成為決定我國在這一領(lǐng)域中自主創(chuàng)新能力和國際競爭力的關(guān)鍵問題.ccgc對樣本質(zhì)量控制、 病理學(xué)類型和臨床特征的認定提出了原則性的技術(shù) 標準和指南，要求所有成員按照指南和技術(shù)操作規(guī) 范來收集樣本.同時，ccgc積極聯(lián)系國內(nèi)在樣本庫 管理方面有經(jīng)驗的單位，舉辦了多次樣本庫管理培 訓(xùn)班.這些工作為國內(nèi)很多醫(yī)院開展基因組學(xué)研究 而收集保存樣本提供了指導(dǎo)性的認識.另外，ccgc著力于推動國內(nèi)

49、基因組技術(shù)平臺的標準化及與國際 接軌的工作.在后續(xù)研究中，ccgc和“86頷目產(chǎn)出 的數(shù)據(jù)需要與國際數(shù)據(jù)庫中比較研究，所以需要測序和分析流程的標準化 .隨著國內(nèi)能夠提供基因組 檢測和分析的機構(gòu)越來越多，如何按照相對統(tǒng)一的 標準完成數(shù)據(jù)產(chǎn)出和處理工作，從而最大限度地發(fā) 揮數(shù)據(jù)的效能是今后ccgc工作的重要組成部分.與 icgc類似，ccgc組織機構(gòu)由科學(xué)指導(dǎo)委員會和專業(yè) 化工作小組組成.組成與icgc一致的專業(yè)化工作小 組，由腫瘤學(xué)、病理學(xué)、基因組學(xué)、生物信息和醫(yī)學(xué) 倫理人員組成.ccgc工作小組的學(xué)術(shù)交流活動主要 在“86頷目和icgc協(xié)調(diào)下進行.icgc提供了一個腫瘤基因組和轉(zhuǎn)化研究的交流

50、平臺，關(guān)于腫瘤基因組學(xué)的各種技術(shù)、思想在這里交 匯、碰撞、啟發(fā)和學(xué)習(xí)，ccgc的青年科研工作者把 握住了這一難得的機會，在參與icgc的交流中受益 匪淺.icgc每隔半年到一年的時間會組織工作會議 (workshop)來協(xié)調(diào)各國科學(xué)家的腫瘤基因組研究課題，自2007年10月以來已經(jīng)舉辦了 9屆會議.值得一 提的是，第9屆工作會議于2014年5月由ccgc在北京 舉彳t.本次會議也是icgc歷史上規(guī)模最大的一次學(xué) 術(shù)會議，共有來自17個國家的近200位科研工作者和 管理機構(gòu)代表，以及近30眼國內(nèi)學(xué)者參加會議.會 上探討了各國腫瘤基因組研究團隊的工作進展，腫瘤基因組技術(shù)的進展和趨勢，數(shù)據(jù)存儲、管理

51、和云計 算的技術(shù)難點和解決方案，以及倫理等問題；重點對 泛腫瘤基因組研究的國際協(xié)調(diào)和啟動展開了深入的 討論并部署了相關(guān)工作計劃.在這之后，2014年10月 ccgc的主要成員出訪美國國立癌癥研究所(nci)、哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院癌癥研究所(dana-farber cancer institute) > broad 研究所、md 安德森(md-anderson)癌 癥中心等多家長期致力于癌癥基因組研究的優(yōu)勢單 位.通過與上述機構(gòu)科學(xué)家的交流，進一步了解了國 際腫瘤基因組計劃實施的進展、面臨的問題和發(fā)展方 向，認為腫瘤生物樣本質(zhì)量和數(shù)據(jù)整合分析與共享 是這一研究計劃健康發(fā)展的關(guān)鍵問題.同時ccgc

52、向 政府有關(guān)部門建議，腫瘤基因組項目的實施需要從 國家層面協(xié)調(diào)考慮，而不是依據(jù)科學(xué)家興趣和項目 驅(qū)動的研究工作，從而能夠更有效地使用科研經(jīng)費，更高效地產(chǎn)出科研成果.4.2 中國常見高發(fā)腫瘤基因組研究進展在ccgc的推動下,我國腫瘤臨床和基礎(chǔ)研究工 作者對腫瘤基因組研究產(chǎn)生了極大的興趣，國內(nèi)多家的科研機構(gòu)對我國高發(fā)或有特點的癌癥展開了基 因組學(xué)研究，已經(jīng)在多種癌癥上取得了初步但具有引領(lǐng)意義的科研成果(表3),部分科研論文也以icgc 研究成員的名義發(fā)表.國內(nèi)腫瘤基因組研究的首項標志性成果來自于 瑞金醫(yī)院陳竺團隊，他們用外顯子測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)急 性髓細胞樣白血病 (aml-m5和aml-m4)的發(fā)生與

53、 dnmt3a基因突變相關(guān)，dnmt3a的突變可以改變腫 瘤細胞的甲基化譜和表達譜 (如hoxb)39.瑞金醫(yī)院 其他的課題組對內(nèi)分泌系統(tǒng)癌癥的基因組研究做出 了貢獻.寧光課題組通過外顯子組測序在胰腺神經(jīng) 內(nèi)分泌瘤中發(fā)現(xiàn) yy1上的t372r突變在30%的樣本均 有發(fā)生40,并利用同樣的技術(shù)在腎上腺庫欣綜合征 中發(fā)現(xiàn)prkaca基因上的l205r位點在65.5%的樣本 中均有突變41.國內(nèi)在腫瘤基因組領(lǐng)域取得重要成果的另一個 單位是北大深圳醫(yī)院/深圳市第二人民醫(yī)院，他們對 泌尿生殖系統(tǒng)的腫瘤基因組展開了重點研究.該實驗室發(fā)現(xiàn)泛素介導(dǎo)的蛋白酶解途徑中的基因在腎癌 中發(fā)生了廣泛的dna突變，這些突

54、變與hif1 a或 hif2 a的表達升高有關(guān).同時，他們發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)重塑 基因在膀胱癌中突變頻率較高，并與分型、預(yù)后等相 關(guān)42;并在膀胱癌中報道了fgfr3和tacc3在rna水平的融合，以及參與紡錘體形成的 stag2和espl1 的突變43;最后，他們測序得出雄激素受體基因的 突變在中國人群的膀胱癌中并不常見44.食管癌是我國常見的癌癥之一 .與西方不同，我 國高發(fā)的食管癌類型為食管鱗癌.因此，以中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院腫瘤醫(yī)院為代表的國內(nèi)眾多實驗室對食管鱗 癌的基因組突變圖譜進行了系統(tǒng)的研究.詹啟敏課表3國內(nèi)的腫瘤基因組研究鑒定的癌癥相關(guān)基因和生物學(xué)通路table 3 the cancer ge

55、nes and pathways identified from cancer genome research in china組學(xué)”技術(shù)急性髓系白血病 -m5亞型(aml-m5)外顯子組dnmt3a功能性胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤(pnet)外顯子組yy1 （熱點：t372r）腎上腺庫欣綜合征（adrenal cushingsyndrome）'外顯子組和轉(zhuǎn)錄組prkaca （熱點:l205r）膀胱移行細胞癌 (tcc)全基因組、外顯子組和轉(zhuǎn)錄組stag2和espl1突變，fgfr3-tacc3融合，姐妹染色體配對和 分離，染色體修飾基因透明細胞腎癌(ccrcc)外顯子組泛素介導(dǎo)的蛋白酶體途徑食管鱗癌(escc)全基因組和外顯子組xpo1 , adam29 ,