摘要
本研究通过对1008例中国肺腺癌（LUAD）患者样本进行全基因组和转录组测序，结合详细的纵向临床和治疗信息，从放射学、病理学及肿瘤微环境（TME）三个维度出发，基于转录组特征将LUAD划分为四种预后显著不同的分子亚型：低增殖侵袭型（LPI）、免疫荒漠型（IMD）、免疫富集型（IME）和高增殖侵袭型（HPI）。研究证实，与化疗相比，酪氨酸激酶抑制剂（TKI）治疗对LPI和IMD亚型患者疗效更优，而对HPI亚型患者则无显著差异。VOPP1和RRM2B的扩增分别与TKI耐药和敏感性密切相关。机制上，VOPP1敲低可恢复对TKI的敏感性，而RRM2B敲低则诱导TKI耐药，其过表达可恢复敏感性。值得注意的是，携带RRM2B扩增的患者5年生存率接近100%。此外，IME亚型表现出更高的免疫检查点活性和DYNC2H1突变频率，患者可能从免疫治疗中获益。这些发现为LUAD的治疗优化提供了关键见解。
引言
随着低剂量CT筛查的普及，肺腺癌（LUAD）得以更早被发现和治疗，患者总生存率（OS）显著提高。然而，LUAD具有高度异质性，尤其在早期与中晚期病例的预后和治疗策略上差异显著。早期LUAD（如原位癌/微浸润癌、鳞屑样生长为主型、纯磨玻璃结节）通过手术几乎可完全治愈，而晚期转移性或复发性LUAD死亡风险高，亟需更有效的治疗策略。LUAD的分子分型有助于分层治疗并改善预后。与传统放化疗相比，基于基因组学的靶向治疗（如针对EGFR、ALK、ROS1、RET等驱动基因的酪氨酸激酶抑制剂TKI）已显著提升患者OS。然而，单个驱动基因模型难以解释亚组内的高度异质性，且患者对TKI的敏感性差异巨大。大规模组学研究（包括RNA表达、蛋白表达及多组学整合）试图解决这一问题，但目前仍缺乏能够系统解释LUAD异质性并指导术后治疗的定量组学模型。
分子分型结合影像学、病理学和TME特征，有助于区分对TKI治疗敏感与不敏感的患者。磨玻璃结节（GGO）的影像学特征与惰性表型密切相关，病理分期是临床预后分层的决定性因素。然而，多数组学研究主要关注病理分期，常忽略影像学分型，通常仅纳入实性结节。随着低剂量CT筛查的普及，GGO-LUAD的检出率不断增加。GGO-LUAD患者在预后、手术方式和分子特征上与实性LUAD存在显著差异。因此，将GGO-LUAD纳入组学研究并记录详细的影像学特征，有助于全面分析LUAD异质性。此外，肿瘤与周围细胞或非细胞成分相互作用，可引发TME的剧烈分子变化，形成以免疫成分和基质成分为主的高度结构化生态系统。TME深刻影响肿瘤生物学行为、临床结局和治疗应答，了解TME特征有助于优化个性化靶向免疫治疗。
四种基于放射病理学和TME特征的分子亚型
研究利用20个影像学、病理学和TME特征，通过无监督聚类分析将LUAD划分为四种预后 distinct 的亚型：LPI、IMD、IME和HPI。LPI亚型定义为GGO结节比例最高、鳞屑样生长为主、转移率最低、肿瘤细胞增殖率最低、基质重塑程度最低、女性非吸烟者比例较高，且TME中免疫细胞活性相对较高。IMD亚型的EGFR突变频率在四种亚型中最高，提示其最可能从TKI治疗中获益。IME亚型的免疫细胞总体活性最强，尤其是CD8+T细胞、NK细胞和B细胞活性显著高于其他亚型，提示该亚型患者可能受益于免疫治疗。HPI亚型定义为影像学上实性结节比例最高、病理学上实性和微乳头状结构为主、转移风险最高、肿瘤细胞增殖率最高、基质重塑程度最大，是恶性程度最高、肿瘤进展最快、复发可能性最大、治疗最具挑战性的亚型。
信号通路活性分析显示，与细胞增殖相关的通路（如有丝分裂纺锤体、G2M检查点）在HPI中显著上调。糖酵解（与多种实体瘤免疫逃逸机制相关）在HPI中也上调。免疫相关通路（如干扰素γ反应、炎症反应、凋亡）在IME亚型中上调。临床表型上，恶性程度从LPI到HPI逐渐增加。LPI主要发生于极早期患者，GGO和鳞屑样表型比例高，复发率低，多见于女性非吸烟者。HPI则多见于II-IV期患者，影像学表现为纯实性结节，鳞屑样成分极少，与LPI相比复发率显著增加，男性吸烟者比例更高。IMD和IME的临床表型分布介于LPI和HPI之间。
四种亚型的预后与分子特征
LPI、IMD、IME和HPI表现出显著差异的预后，从LPI到HPI预后逐渐变差。四种亚型的分子谱提供了对其预后和TME差异的进一步理解。基因表达层次聚类和主成分分析显示LPI和HPI之间存在显著的转录组差异，IMD和IME则表现出介于两者之间的特征。LPI基因表达谱指示早期、GGO和鳞屑样肿瘤，而HPI谱对应于中晚期和实性肿瘤。在基因组水平，HPI比LPI表现出更活跃的基因组变异（点突变和拷贝数变异），从LPI到HPI基因组事件发生呈增加趋势。突变特征分析显示，APOBEC签名（SBS2和SBS13）和烟草相关签名（SBS4和ID3）从LPI到HPI稳步增加。CNV签名分析发现，CN9（局灶性杂合性缺失LOH签名）在四种亚型中突变频率较高，携带CN9的IME和HPI患者预后更差。结构变异（SV）签名分析发现，携带SV32E签名的LPI和IME患者总生存期更长。
LPI和IMD亚型患者更可能从TKI治疗中获益
根据NCCN指南（v5.2022），将LUAD患者分为热点阳性（n=676）和热点阴性（n=261）两组。热点阳性组更多见于IMD亚型的非吸烟女性患者，伴有腺泡为主型肿瘤。在LPI亚型中，可操作突变与不良预后相关。在IMD和IME亚型中，与热点阴性患者相比，热点阳性患者的无复发生存期（RFS）无差异，但总生存期（OS）显著延长。这种模式在HPI组中未观察到。在热点阳性组中，IMD和IME亚型患者的OS相较于RFS有显著增加，而热点阴性组未观察到该差异，提示IMD和IME亚型，特别是IMD亚型，可能受益于靶向TKI治疗。验证分析显示，接受TKI治疗的IMD亚型患者比接受化疗的患者OS显著延长。LPI亚型患者接受TKI治疗的5年生存率接近100%。与化疗相比，LPI和IMD患者从TKI治疗中获益明显更多，而HPI患者从TKI治疗和化疗中的获益无显著差异。对于IME患者，TKI治疗可能优于化疗的趋势无统计学意义。外部治疗队列分析进一步证实LPI和IMD患者从TKI治疗中获益多于化疗。
与TKI耐药相关的基因组和转录组事件
LPI/IMD（TKI敏感）和HPI（TKI耐药）亚型对TKI治疗的敏感性差异可能源于TKI靶点位点并发的基因组变异。研究比较了TKI敏感亚型（LPI和IMD）与TKI耐药亚型（HPI）之间与TKI靶点共存的拷贝数变异（CNAs）。位于染色体7p11.2的EGFR、VOPP1和HPVC1扩增，在TKI耐药的HPI亚型中与热点突变显著共存，其频率从LPI到IMD、IME和HPI显著增加。携带EGFR、VOPP1和HPVC1扩增的患者，尤其是在接受TKI治疗的LC-1000队列中，预后更差。VOPP1扩增显著上调了36个基因的表达，其中19.4%（7/36）与TKI治疗队列的不良预后相关。免疫组化染色证实，VOPP1高表达患者接受TKI治疗后的生存结局显著差于低表达患者。在TKI耐药的PC9-OR细胞中敲低VOPP1，可显著降低奥希替尼的半数抑制浓度（IC50），表明对治疗的敏感性增加。
与TKI敏感性相关的基因组和转录组事件
比较TKI敏感亚型LPI和IMD中拷贝数变异（CNAs）与TKI靶点的共存情况，发现位于染色体8q22.3的RRM2B在LPI和IMD亚型的热点突变中存在显著共存突变。在LC-1000队列接受TKI治疗的患者中，携带RRM2B扩增的患者比无遗传变异的患者预后更好。在TKI治疗队列和IV期TKI耐药队列中均验证了RRM2B扩增患者更可能从TKI治疗中获益。免疫组化染色证实，RRM2B高表达患者接受TKI治疗后的生存结局显著优于低表达患者。在携带EGFR敏感突变的PC9细胞系中沉默RRM2B，奥希替尼的IC50显著增加，表明敏感性降低。集落形成实验表明，RRM2B敲低细胞在奥希替尼处理后集落形成能力增强。相反，RRM2B过表达细胞对奥希替尼的IC50显著降低，敏感性增加。在RRM2B敲低的PC9细胞系中，CYP4B1、VPS28等基因下调，而这些基因在RRM2B扩增样本中上调，它们在TKI治疗队列中的表达水平与TKI治疗敏感性普遍相关。
IME亚型患者更可能从免疫治疗中获益
IME亚型观察到的强大免疫细胞活性提示该亚组患者可能受益于免疫治疗。对免疫调节剂的综合评估表明，IME患者虽然T细胞浸润更高，但免疫检查点基因（如PD-L1、CTLA4、PDCD1、CXCL9）的表达水平也显著高于其他三种亚型。CPTAC队列的转录组和蛋白质组数据也显示PD-L1（CD274）和CXCL9在IME亚型中的基因和蛋白表达均显著上调。免疫荧光染色显示，IMD亚型中肿瘤杀伤性CD8+T细胞和NK细胞的丰度低于IME亚型，且这些免疫细胞在IMD肿瘤中距肿瘤细胞更远，提示免疫细胞浸润受损，可能阻碍细胞毒性细胞有效靶向肿瘤细胞，导致IMD患者对免疫治疗的反应不如IME患者。与IME相反，IMD的免疫细胞活性和免疫检查点蛋白表达水平在四种亚型中最低。IME和IMD亚型之间最显著的免疫治疗反应相关分子事件差异是DYNC2H1突变频率在IME中显著高于IMD。在免疫治疗队列中，DYNC2H1突变患者的无进展生存期（PFS）显著长于野生型DYNC2H1患者，验证了IME患者可能从免疫治疗中获益的假设。
讨论
本研究通过对1008例中国LUAD患者样本的大规模临床、基因组和转录组表征，结合详细的影像学、病理学和组学数据，追踪了LUAD的发展进程，并识别出四种具有不同分子特征、预后和治疗结局的亚型。基于这四种亚型，研究确定了关键驱动通路和潜在的新治疗靶点。整合临床（宏观）和TME（微观）特征到一个模型中进行综合分子分型的研究较为缺乏。本研究量化了影像学、病理学和TME特征，构建了包含20个特征的TCMS评分系统，并据此进行无监督聚类。
四种亚型（LPI、IMD、IME、HPI）在预后、分子谱和治疗应答上存在本质差异。LPI预后最佳，与其惰性特征相关。IMD的EGFR突变频率最高，可能最受益于TKI治疗，但其免疫荒漠表型可能导致免疫治疗无效。IME的免疫活性最强，可能受益于免疫检查点抑制剂治疗。HPI恶性程度最高，对当前疗法均不敏感。VOPP1扩增与TKI耐药相关，其可能通过上调S100P表达（与PI3K/AKT通路激活相关）诱导耐药。RRM2B扩增与TKI敏感性相关，其可能通过下调AGR2（一种与前致癌基因相关、可诱导TKI耐药的蛋白）表达来增敏。
研究还深入分析了四种亚型的突变特征、CNV特征和SV特征，发现特定签名与预后相关。这些分子事件和潜在机制有助于识别更可能从TKI中获益的个体，并为克服TKI耐药提供理论基础。基于分子特征，研究提出了更适合不同LUAD亚型的治疗策略：LPI和IMD适合靶向治疗（TKI），IME可能受益于免疫治疗，而HPI对当前疗法相对不敏感。VOPP1和RRM2B等新型生物标志物的发现为未来联合治疗和逆转耐药提供了方向。
总之，该研究提供了LUAD分子分型的综合框架，揭示了亚型特异性的治疗脆弱性，为推进LUAD的精准医疗奠定了基础。未来的研究应在前瞻性临床试验中验证这些亚型分类和生物标志物，并探索针对HPI等难治亚型的新治疗策略。
