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大家好，今天给大家带来的一篇文献是Molecular Characterization of Astrocytoma Progression Towards Secondary Glioblastomas Utilizing Patient-Matched Tumor Pairs，2020年发表于Cancers，目前影响因子6.126分，根据文章的题目与摘要，我们可以发现本文的主要研究疾病是原发与继发性星形胶质细胞瘤，目的是研究两种疾病中分子特征的改变，包括基因拷贝数，基因表达谱以及基因突变频率改变等信息。  研究背景与研究目的 星形胶质细胞瘤主要可分为弥漫性或间变性星形细胞瘤的人脑部肿瘤，并且具有发展为继发性胶质母细胞瘤的倾向。因而，本文主要是为了探寻初发与复发的星形胶质细胞瘤的多种分子特征，来了解肿瘤的进展。  主要研究内容 基因拷贝数谱的改变，可以发现弥漫性星形细胞瘤未见10号染色体缺失，而相应的复发性肿瘤有10号染色体缺失。 基因表达谱改变，发现复发的肿瘤显示出强烈的向间充质亚型转变的趋势，星形胶质细胞瘤可通过影响细胞分裂、相互作用和分化的信号通路表达信号促进肿瘤进展。 基因突变频率改变，作者通过研究不同的原癌基因的突变情况，发现复发性胶质细胞瘤患者IDH1的突变频率最高，其次是TP53，且值得关注的是，MUC4也会发生突变。 研究思路与结果概述  ▲ Fig1 作者用示意图来简要介绍了本文的分析流程，也就是先选择22对原发星形胶质细胞 瘤与继发性星形胶质细胞瘤患者，接着使用多组学分析的发发，来探究两种疾病中不同的分子特征。 数据解读
下面我要开始本文的主菜了，也就是数据论证的详细解读部分。  ▲ Fig2 单个星形细胞瘤全基因组基因拷贝数改变 首先，作者做了aCGH,一种用于检测染色体变异的技术，来探寻初发与复发性星形胶质瘤患者中染色质情况。作者首先秀了一张热图（fig 2A），提出根据基因拷贝数变异，将样本分为3个大类，纵向表示1号染色体开始到性染色体为止基因的拷贝数变异情况，热图中蓝色表示缺失，红色表示重复，灰色表示基因拷贝数未发生改变,热图下方是不同的样本及其肿瘤分型注释。根据热图显示，16对患者配对中只有7对（约44%）的初始肿瘤和相应的复发肿瘤直接聚集在一起。16例患者配对中有5例的初发和复发肿瘤属于两个不同的主要亚群。 因此，对于50%以上的患者来说，初始肿瘤和相应的复发肿瘤的染色体拷贝数特征是不同的。也就是，通过聚类分析，来说明本文研究的必要性。并且根据热图显示，可以发现星形胶质细胞瘤患者匹配的复发肿瘤显示出影响10号染色体的不同类型的缺失。另外在热图上，作者第二行显示IDH1突变情况，第三行显示肿瘤成分，第四行显示在手术前是否接受过其他治疗，可以显示出根据其他情况并没有明显的聚类。Fig 2B-D中,作者进一步说明这3类亚群中，23对染色体的拷贝数变异情况，其中中间这一类的染色体拷贝数变异最为明显。  ▲ Fig3.星形细胞瘤全基因组的基因表达谱 作者根据基因表达谱的相似性，对相应的基因特异性表达值可视化（fig 3A）。其中蓝色色调的值明显小于零，灰色色调的值约为零，红色色调的值明显大于零。热图的第二行显示IDH1突变情况信息，可观察到典型胶质母细胞瘤样基因拷贝数改变和表达谱的患者配对的P07和P12，P09，且P14-G4和P16-G4的也可紧密聚集。 接着，figB-C中将星形胶质细胞瘤的主要簇的肿瘤与四个正常的大脑参考样本进行比较，并进行上调与下调基因绘制韦恩图，并找出其中特定癌症相关基因注释组的相应数量的基因。 fig3D作者做了信号通路分析，观察三个主要的基因表达簇中，受差异表达影响的特定信号通路的基因比例。  ▲ Fig 4. 肿瘤表达谱数据与胶质瘤-CpG岛甲基化表型(G-CIMP)和Verhaak病理分型的关系 作者做了IDH1突变型星形胶质瘤与野生型星形胶质瘤组织的表达差异性。发现334个基因下调，354个基因上调。 Fig 4A根据胶质瘤-CpG岛甲基化表型(G-CIMP)的相关性分析，发现星形胶质细胞瘤通常与CpG岛甲基化表型有较强的正相关关系，但是在3例IDH1野生型胶质瘤-CpG岛甲基化呈负相关，而其他IDH1野生型肿瘤仅与G-CIMP亚型呈弱正相关。 fig4B-C,作者根据Verhaak分类将肿瘤分类为神经型、类神经型、经典型或间叶型，发现初发为神经型容易复发间叶型星形胶质瘤，初发为经典型的仍是经典型或间叶型，初发为间叶型的则复发为其他病理类型均有可能。也就是说，原发星形胶质瘤均有演变成间叶型星形胶质瘤的可能。  ▲ Fig 5.区分星形细胞瘤进展组的差异表达基因和信号通路改变 Fig 5 作者使用three-state Hidden Markov Model (HMM)在三个进展组(A2到A3，A2到G4，A3到G4)中寻找差异基因，发现A2至A3进展组的6对患者匹配的肿瘤对中鉴定出2678个低表达基因和2087个高表达基因，在A2至G4进展组的5对中鉴定出2048个低表达基因和2160个高表达基因，在相应进展组的至少一个患者匹配的肿瘤对中发现了4411个低表达基因和3642个高表达基因。使用韦恩图寻找不同的差异基因，包括低表达基因取交集，高表达基因取交集，然后50%以上患者高表达或低表达的基因再次取交集，做信号通路的富集分析。由上图韦恩图结果可知，绝大多数改变的基因仅在特定的进展组中观察到，一些基因在两个进展组中以相同的方向改变，但这些频繁改变的基因在所有三个进展组中没有一个是以相同的方向改变的（fig 5B-C）。 每对患者匹配的星形细胞瘤都确定了差异表达的信号和代谢途径基因。  ▲ Fig 6星形细胞瘤进展组中频繁改变基因的全基因组平均表达谱 Fig 6作者做了三个进展组（A2到A3(Fig 6A)；A2到G4(Fig 6B)；A3到G4(Fig 6C)）中不同差异基因的变化倍数，并按照染色体位置的顺序进行排列。在图中作者用红色标注高表达的基因，蓝色标注低表达的基因，标记的一些基因是已知与星形胶质细胞瘤和代谢相关的基因。  ▲ Fig 7 预测的体细胞单核苷酸变异(SNV)和频繁突变的基因概述 研究发现，初发与复发性星形胶质细胞瘤患者的体细胞单核苷酸变异发现单核苷酸变异(SNV)主要集中于复发性星形胶质细胞瘤患者（fig 7A），另外患者配对的胶质瘤对的初次和复发肿瘤之间共享体细胞SNV的数量在8到186之间。 使用外显子测序，可发现大多数影响外显子的体细胞SNV是非同义替换，可观察到内含子与外显子中单核苷酸变异的类型，特别是几个复发肿瘤显示停止突变的比例增加，且体细胞中内含子也可发生单核苷酸变异（fig 7B）。 根据组织学分类的肿瘤中，突变最频繁的基因是IDH1，紧随其后的是TP53(fig 7C）。 接着根据配对肿瘤样本中，基因突变频率最高进行排序和肿瘤进展组进行排序发现突变最频繁的基因依然是IDH1，紧随其后的是TP53（fig 7D-E）。 另外，LNP1是唯一在从A2进展到A3的患者配对中发现的最频繁的突变基因（fig 7E）。对于星形胶质细胞瘤中最常发生突变的3个基因，根据Fig 7E可发现IDH1在从A2进展到G4的配对患者中反复突变，超过60%的肿瘤对中发现复发的TP53突变，在超过30%的肿瘤对中发现MUC4和TTN的反复突变。 小结 那么我们来小结一下本文的内容吧，从挑来看，作者按照初发与继发性星型细胞胶质瘤患者的基因拷贝数改变，并分析出不同染色体上缺失或重复片段的发生情况（fig 2）； 接着做了肿瘤组与正常组的基因表达谱数据，并绘制了热图和韦恩图（fig 3）； 然后做了进展组的基因表达谱数据，用了韦恩图取交集来做差异基因，在差异基因进一步根据发生的频率细化，得到高频率的差异基因（fig5 A-C），分析他们在染色质上的位置以及表达水平(fig6) 从圈来看，本文对差异基因进行通路分析（fig 5D-F），发现3类肿瘤进展组中的差异基因主要在一些代谢相关信号通路中富集。 从靠来看，本文在热图中，作者会按照IDH1突变情况、肿瘤的类型（初发与复发）、肿瘤成分、患者的术前治疗方式（比如化疗、放疗等）进行聚类分析，然后探讨这些因素和基因拷贝数、基因表达谱的关系； 另外，作者也有根据胶质瘤甲基化水平和病例类型与肿瘤基因的相关性（fig 4）。 最后，作者还讨论了这些基因突变在肿瘤中出现频率，尤其是与肿瘤复发、肿瘤进展组中的表达情况，来说明常见突变基因在星形胶质细胞瘤中的临床意义（fig）。 |
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