高通量测序与肿瘤课题思路课件整理.pptx

1、基因基因IT的突破和个体化医学的突破和个体化医学Genetic IT&Personalized Medicine基因突变和过高或过低基因表达是大多数慢性疾病基因突变和过高或过低基因表达是大多数慢性疾病发生的分子基础发生的分子基础（系统，规范，标准）（系统，规范，标准）Genetics/Epigenetics人类估计人类估计20,000-25,000蛋白质编码基因蛋白质编码基因3 billion DNA base pairs人基因组测序人基因组测序:基因基因组数据库组数据库(&Epigenetics)人外显子组人外显子组(RNA)测测序序:基因组表达数据库基因组表达数据库(&ncRNA)个体生命

2、特性和生物学功能个体生命特性和生物学功能正常或疾病正常或疾病-11年前完成人类基因组计划年前完成人类基因组计划让人们看到曙光，慢性病的治愈良方马上就能出现。如今，让人们看到曙光，慢性病的治愈良方马上就能出现。如今，灵丹妙药依然难求，但低成本，快速，测序海量数据而新知灵丹妙药依然难求，但低成本，快速，测序海量数据而新知识正在让一部分病人受益，科技进步带来挑战，复杂的生物识正在让一部分病人受益，科技进步带来挑战，复杂的生物学也在从中作梗，给病人治愈带来难度和变数而也为技术进学也在从中作梗，给病人治愈带来难度和变数而也为技术进步确立了新的目标。步确立了新的目标。基因突变和过高或过低基因表达是大基因突

3、变和过高或过低基因表达是大多数慢性疾病发生的分子基础多数慢性疾病发生的分子基础 基因突变基因突变(DNA):基因表达的改变基因表达的改变(RNA):遗传生殖细胞突变:突变的蛋白和正常蛋白表达的改变.单个和多个基因突变 体细胞突变:突变蛋白和正常蛋白表达的改变 遗传单核苷酸多态性(SNP)感染 生活方式 环境等分子箱（molecular bins）的概念 每一个癌症都有独特的分子异常改变。根据分子异常改变制定相应的治疗方案，每个患者对治疗的疗效也会不同。如何确定molecular bins？通过基因测序可确定分子异常改变、突变、突变谱、表观遗传异常、表达谱、甲基化谱等。摘自吴一龙点评ASCO20

4、13肺癌-分子靶向篇 流程图流程图细胞细胞/肿瘤黑盒肿瘤黑盒个体基因的百科全个体基因的百科全书书DNA测测序序需要特定的专业知识需要特定的专业知识/技能技能团队团队才能去理解句子才能去理解句子,段落段落,章节章节,整本基因书整本基因书?Point mutationsTruncationsInsertionFusion Cancer Genetic diseases突变突变X生物生物/病理学的后果？病理学的后果？治疗靶标？治疗靶标？多学科专家组成多学科专家组成的的医学基因信息分析团队医学基因信息分析团队:遗传学家遗传学家,肿瘤学家肿瘤学家,免疫学家免疫学家,医生医生,生物信息学专家生物信息学专家

5、6提纲肿瘤个体化诊疗背景测序技术的革命性发展新一代测序技术的临床应用检测流程肿瘤个体化配药 肿瘤个体化配药：对于每一肿瘤药物只有1030%的患者能够响应治疗。但目前医生用药前无法预知哪位患者能够响应某一药物治疗。这一情况造成巨大浪费并耽误对患者治疗。2010年肿瘤药物市场600亿美元，由于事先不知患者是否对药物响应，近450亿美元的药物没有起到作用。协同开发个体肿瘤基因靶标预测及FDA药物个体化匹配，建立个体肿瘤基因表达数据库找到药物敏感的标签基因至关重要。目前：FDA批130多种肿瘤药物对应80多种基因靶标，有的基因靶标并无对应的药物，利用基因靶标的标签基因表达谱扫描FDA非肿瘤药物作用于肿

6、瘤细胞的基因表达关联谱数据库来寻找匹配药物“药物新用”给FDA非肿瘤药物找到抗癌用途。已有成功报道。肿瘤诊疗的进展和未来的趋势从单个基因检测到多基因检测，确立肿瘤基因型，减少对病种（组织从单个基因检测到多基因检测，确立肿瘤基因型，减少对病种（组织学层次）的依赖学层次）的依赖按照突变基因组合（pattern）对肿瘤分型，选择适用靶向药物/药物组合。检测原癌基因、抑癌基因、DNA错配修复基因的基因型为目前的基因检测组合。未来：更多的基因突变+基因mRNA表达水平+甲基化+microRNA水平+蛋白水平+的综合分型？off-label用药从单基因突变型用药从单基因突变型/野生型到按突变野生型到按突变

7、pattern用药：用药：突变在没有FDA批下来的适用症中出现，药物有效，称为off-label用药，如贝伐单抗。单一用药到复合用药：肿瘤治疗的组合用药单一用药到复合用药：肿瘤治疗的组合用药 多基因检测，综合性分析9癌症的发生是个漫长的过程，潜伏期长达癌症的发生是个漫长的过程，潜伏期长达5-20年年癌细胞数量癌细胞数量103 106 109 1010-11 1012 10形态学形态学 免疫分型免疫分型 免疫球蛋白电泳免疫球蛋白电泳 免疫组化免疫组化 基因定性、定量基因定性、定量 基因突变检测基因突变检测 MSI WHO规范化肿瘤综合检测规范化肿瘤综合检测-MICM分类标准分类标准免疫学免疫学细

8、胞遗传学细胞遗传学分子生物学分子生物学 常规病理常规病理 血细胞涂片血细胞涂片 核型分析核型分析 荧光原位杂交荧光原位杂交MICM癌症诊断的分子化侵袭性生长与转移侵袭性生长与转移宏宏 观观恶性增殖与无控生长恶性增殖与无控生长细细 胞胞遗传学表型的改变遗传学表型的改变分分 子子2023-1-2321世纪肿瘤治疗的策略的转变Pro.Eschenbach（NCI）免疫治疗免疫治疗 治疗不再是仅由肿瘤位置所决定，更多的是由病人和肿瘤的基因学决定。ASCO主席 Sandra Swain 我们在肿瘤和免疫细胞的重要靶标上越来越有更好的目标。ASCO癌症交流委员会主席 Bruce Roth肺腺癌的驱动基因肺

9、腺癌的驱动基因Modified from Kris M,et al.IASLC 2012 Targeted Therapies Conference.KRASEGFR未知60%19992005-2013未知25%KRASEGFRRETROS1MEKHER2METBRAFPIK3CAALKNRASNTRK114Cancers,like individuals,are distincteven at the molecular level药物基因组学催生分子靶向药物 细胞信号传导通路 原癌基因和抑癌基因 细胞因子及受体 抗肿瘤血管形成 自杀基因通过驱动基因选择靶向治疗可以延长患者通过驱动基因选择靶

10、向治疗可以延长患者OS14家LCMC成员单位入组1102例转移性肺腺癌患者检测KRAS,EGFR,HER2,BRAF,PIK3CA,AKT1,MEK1，NRAS 突变，ALK 重排和 MET扩增1007例至少一个基因检测的患者中，622例（62%）检测到至少一个驱动基因状态的改变；733例行全部10个基因检测的患者中，465例（63%）检测到至少一个基因状态改变Johnson BE,et al.2013 ASCO Abstract 8019.LCMC Incidence of Mutation Detected通过驱动基因选择靶向治疗可以延长患者通过驱动基因选择靶向治疗可以延长患者OS279例

11、(28%)伴驱动基因突变患者的数据用于选择靶向治疗或入组靶向研究在有后续临床随访信息的938例患者中，总生存分析如下：中位生存时间(年)伴驱动突变没有接受靶向治疗的患者(n=313)伴某种驱动突变接受靶向治疗的患者(n=264)不伴驱动突变的患者(n=361)P0.0001结论：伴有已确定驱动突变的患者中，接受靶向治疗者的生存时间较未接受靶向治疗者明显延长 多重基因组检测有助于临床医生选择适当的患者进行靶向治疗和入组靶向治疗临床研究Johnson BE,et al.2013 ASCO Abstract 8019.2013 ASCO Abstract 8032肿瘤个体化用药基因检测报告主要毒副作

12、用是视觉障碍、恶心及腹泻。33例ROS1阳性NSCLC患者入组，一次能对多个基因多个片段进行测序70%80%的药物在临床试验中被淘汰；突变在没有FDA批下来的适用症中出现，药物有效，称为off-label用药，如贝伐单抗。Sai-Hong Ignatius Ou,et al.驱动基因指导下的NSCLC临床研究不断深入许多已被批准药物由于毒副作用而退出市场。可以确认低频突变(5%)Johnson BE,et al.遗传生殖细胞突变:突变的蛋白和正常蛋白表达的改变.石蜡包埋组织切片或组织块突变在没有FDA批下来的适用症中出现，药物有效，称为off-label用药，如贝伐单抗。高通量测序加速肿瘤个体

13、化用药进程IASLC 2012 Targeted Therapies Conference.基因IT的突破和个体化医学Genetic IT&Personalized Medicine基因突变和过高或过低基因表达是大多数慢性疾病发生的分子基础（系统，规范，标准）肿瘤个体化用药基因检测报告NSCLC驱动基因突变谱：欧美人群NSCLC驱动基因突变谱：欧美人群驱动基因突变谱：欧美人群迄今晚期NSCLC患者中开展的规模最大的生物标志物研究Barlesi F,et al.2013 ASCO Abstract 8000;Giaccone G,et al.2013 ASCO Abstract 7513.首个评

14、估生物标志物配对治疗疗效的前瞻性临床研究NSCLC腺癌基因突变谱：亚洲研究腺癌基因突变谱：亚洲研究EGFR依然是亚裔腺癌最常见的驱动基因Koh Y,et al.2013 ASCO Abstract 7572.Wu YL,et al.2011.370例中国肺腺癌201例日本肺腺癌2023-1-23驱动基因指导下的驱动基因指导下的NSCLC临床研究不断深入临床研究不断深入Crizotinib 治疗ROS1重排的晚期NSCLC33例ROS1阳性NSCLC患者入组，31例接受crizotinib治疗，在25例疗效可评价患者中:ORR为56%，8周和16周DCR为76%和60%。中位PFS尚未达到，因为

15、60%的患者仍在随访中，6个月PFS率为71%。主要毒副作用是视觉障碍、恶心及腹泻。结论：结论：虽然该研究仍在继续，但足以说明虽然该研究仍在继续，但足以说明 crizotinib治疗治疗ROS1阳性阳性NSCLC有效。有效。Sai-Hong Ignatius Ou,et al.2013 ASCO Abstract 803221基因多态性对药物作用的影响药代动力学药效动力学药物疗效和毒性的个体差异基因多态性药物靶点药物转运体药物代谢酶由于个体差异的存在。仅有20%40%的患者从已批准的药物中获益；70%80%的药物在临床试验中被淘汰；许多已被批准药物由于毒副作用而退出市场。GT突突变变野生型野生

16、型突变型突变型 基因多态性（SNP）在人群中普遍存在；人类基因组平均每1200bp就有一个SNP。不同患者不同患者相同癌症相同临床分期相同病理分级影响因素影响因素相同的药物相同的计量患者对药物反应正常患者对药物不敏感用药后产生毒副作用癌症药物治疗个体化革命性的测序技术发展革命性的测序技术发展Sanger Sequencing 1977Next-Generation Sequencing 2004Ion Semiconductor Sequencing 2010The Chip is the Machine第一代测序 新一代测序 半导体芯片测序第一代测序的局限性u操作繁琐，测序时间长u一次只能对

17、单个基因的一个片段进行测序u样本需求量大（微克级）u背景噪音难克服，难以确认低频突变u样本中肿瘤含量要求高u价格昂贵新一代测序技术新一代测序技术（nextgeneration sequencing）Roche454，Genome Sequencer FLXABI(Life)SOLiD 4 System Illumina/Solexa Hiseq 2000第二代测序技术第二代测序技术高通量高通量26高通量测序加速肿瘤个体化用药进程高通量测序加速肿瘤个体化用药进程u一次能对多个基因多个片段进行测序u操作自动化，测序时间短u样本需求量小（纳克级）u样本中肿瘤含量需求少u可以确认低频突变(5%)u价格

18、低廉(&Epigenetics)Genetics/Epigenetics分子箱（molecular bins）的概念ORR为56%，8周和16周DCR为76%和60%。EGFR依然是亚裔腺癌最常见的驱动基因多基因检测，综合性分析相应的辽宁省另一指定医院盛京医院耳鼻喉科已主动接触，争取对我们院外送样检测。Modified from Kris M,et al.这一情况造成巨大浪费并耽误对患者治疗。新一代测序技术的临床应用突变在没有FDA批下来的适用症中出现，药物有效，称为off-label用药，如贝伐单抗。相应的2篇文章均在cancer research review。Crizotinib 治疗R

19、OS1重排的晚期NSCLC14家LCMC成员单位入组1102例转移性肺腺癌患者off-label用药从单基因突变型/野生型到按突变pattern用药：Johnson BE,et al.向治疗的患者(n=313)未来：更多的基因突变+基因mRNA表达水平+甲基化+microRNA水平+蛋白水平+的综合分型？Crizotinib 治疗ROS1重排的晚期NSCLC体细胞突变:突变蛋白和正常蛋白表达的改变27半导体芯片测序技术的优点半导体芯片测序技术的优点简捷简捷光学电子信号光学电子信号快速快速个小时完成测序个小时完成测序可扩展性可扩展性革命性的突破革命性的突破样本采集样本采集血血/组织组织/FFPE

20、 提提取取DNA /RNA 建建 库库 模模板板 制制备备 测序测序 /验证验证Sh生物信息学分析生物信息学分析医学信息分析医学信息分析 报告报告 生成生成检测流程检测流程缺一不可缺一不可/个体化分析个体化分析深度分析深度分析初步分析初步分析药物药物反应反应疾病疾病风险风险肿瘤肿瘤突变突变三大支撑团队：技术，信息，医学肿瘤样本肿瘤样本测序测序肿瘤基因肿瘤基因突变突变基因多态性基因多态性分析分析肿瘤突变谱肿瘤突变谱基因多态性基因多态性个体化个体化肿瘤肿瘤治疗指导治疗指导石蜡包埋组织切片或组织块新鲜冰冻组织血液和骨髓其他检测流程肿瘤个体化用药基因检测报告肿瘤个体化用药基因检测报告肿瘤个体化用药基因

21、检测报告VEGF损伤修复基因损伤修复基因MDM2反馈调节反馈调节p21切断肿瘤血供切断肿瘤血供GD-AIFBAI-1TSP血管生成因子血管生成因子抗血管生成因子抗血管生成因子p53Ku70 DNA-PK ATM 逆转放疗抗性逆转放疗抗性MDR逆转化疗抗性逆转化疗抗性细胞周期阻滞细胞周期阻滞MMP抑制肿瘤浸润转移抑制肿瘤浸润转移NK旁杀伤效应旁杀伤效应a(II)PH细胞凋亡细胞凋亡促进作用促进作用抑制作用抑制作用贝伐单抗在宫颈癌的第一项报告 一项来自Gynecologic Oncology Group协作组的III期随机临床试验，评估贝伐单抗联合 顺铂、紫杉醇、拓扑替康 等药物化疗对复发和转移性

22、宫颈癌的疗效。结果表明：这项试验首次发现靶向药物可以显著改善妇科肿瘤的总体生存状况。贝伐单抗联合 顺铂、紫杉醇、拓扑替康 等药物化疗 可延长患者中位生存期4个月，具有显著的临床获益。贝伐单抗治疗新诊断胶质母细胞瘤的III期双盲安慰剂对照试验。结论：新诊断的GBM 使用BEV并没有改善OS，数据显示虽然PFS有所提高，但没有达到显著性标准。考虑到II期临床试验的显著疗效，专家在解读这一结果是认为，应当尝试检验贝伐单抗与其他药物联用的疗效。通过高通量检测所获得的数据撰写的2篇ASCO投稿均被录用。相应的2篇文章均在cancer research review。另有一篇已被plos one 接收，一

23、篇nature community review。大连第一附属医院耳鼻喉科作为辽宁省耳聋筛查指定2家医院之一，通过与我们耳聋基因筛查合作，成功将耳聋病人基因筛查率由现有20%提高到40%多，并合作研发的新的方案可提高到70%。相应的辽宁省另一指定医院盛京医院耳鼻喉科已主动接触，争取对我们院外送样检测。2023-1-23这一情况造成巨大浪费并耽误对患者治疗。目前：FDA批130多种肿瘤药物对应80多种基因靶标，有的基因靶标并无对应的药物，利用基因靶标的标签基因表达谱扫描FDA非肿瘤药物作用于肿瘤细胞的基因表达关联谱数据库来寻找匹配药物“药物新用”给FDA非肿瘤药物找到抗癌用途。按照突变基因组合（

24、pattern）对肿瘤分型，选择适用靶向药物/药物组合。结论：新诊断的GBM 使用BEV并没有改善OS，数据显示虽然PFS有所提高，但没有达到显著性标准。分子箱（molecular bins）的概念样本需求量小（纳克级）Johnson BE,et al.结论：新诊断的GBM 使用BEV并没有改善OS，数据显示虽然PFS有所提高，但没有达到显著性标准。向治疗的患者(n=313)相应的辽宁省另一指定医院盛京医院耳鼻喉科已主动接触，争取对我们院外送样检测。分子箱（molecular bins）的概念人外显子组(RNA)测序:基因组表达数据库样本需求量小（纳克级）通过驱动基因选择靶向治疗可以延长患者O

25、S在25例疗效可评价患者中:31例接受crizotinib治疗，可以确认低频突变(5%)2010年肿瘤药物市场600亿美元，由于事先不知患者是否对药物响应，近450亿美元的药物没有起到作用。一次能对多个基因多个片段进行测序我们在肿瘤和免疫细胞的重要靶标上越来越有更好的目标。肿瘤个体化配药 肿瘤个体化配药：对于每一肿瘤药物只有1030%的患者能够响应治疗。但目前医生用药前无法预知哪位患者能够响应某一药物治疗。这一情况造成巨大浪费并耽误对患者治疗。2010年肿瘤药物市场600亿美元，由于事先不知患者是否对药物响应，近450亿美元的药物没有起到作用。协同开发个体肿瘤基因靶标预测及FDA药物个体化匹配

26、，建立个体肿瘤基因表达数据库找到药物敏感的标签基因至关重要。目前：FDA批130多种肿瘤药物对应80多种基因靶标，有的基因靶标并无对应的药物，利用基因靶标的标签基因表达谱扫描FDA非肿瘤药物作用于肿瘤细胞的基因表达关联谱数据库来寻找匹配药物“药物新用”给FDA非肿瘤药物找到抗癌用途。已有成功报道。肺腺癌的驱动基因肺腺癌的驱动基因Modified from Kris M,et al.IASLC 2012 Targeted Therapies Conference.KRASEGFR未知60%19992005-2013未知25%KRASEGFRRETROS1MEKHER2METBRAFPIK3CAA

27、LKNRASNTRK1Crizotinib 治疗ROS1重排的晚期NSCLC33例ROS1阳性NSCLC患者入组，31例接受crizotinib治疗，在25例疗效可评价患者中:ORR为56%，8周和16周DCR为76%和60%。中位PFS尚未达到，因为60%的患者仍在随访中，6个月PFS率为71%。主要毒副作用是视觉障碍、恶心及腹泻。结论：结论：虽然该研究仍在继续，但足以说明虽然该研究仍在继续，但足以说明 crizotinib治疗治疗ROS1阳性阳性NSCLC有效。有效。Sai-Hong Ignatius Ou,et al.2013 ASCO Abstract 803240高通量测序加速肿瘤个

28、体化用药进程高通量测序加速肿瘤个体化用药进程u一次能对多个基因多个片段进行测序u操作自动化，测序时间短u样本需求量小（纳克级）u样本中肿瘤含量需求少u可以确认低频突变(5%)u价格低廉41半导体芯片测序技术的优点半导体芯片测序技术的优点简捷简捷光学电子信号光学电子信号快速快速个小时完成测序个小时完成测序可扩展性可扩展性革命性的突破革命性的突破向治疗的患者(n=313)样本需求量小（纳克级）背景噪音难克服，难以确认低频突变治疗不再是仅由肿瘤位置所决定，更多的是由病人和肿瘤的基因学决定。Sai-Hong Ignatius Ou,et al.协同开发个体肿瘤基因靶标预测及FDA药物个体化匹配，建立个

29、体肿瘤基因表达数据库找到药物敏感的标签基因至关重要。大连第一附属医院耳鼻喉科作为辽宁省耳聋筛查指定2家医院之一，通过与我们耳聋基因筛查合作，成功将耳聋病人基因筛查率由现有20%提高到40%多，并合作研发的新的方案可提高到70%。70%80%的药物在临床试验中被淘汰；单一用药到复合用药：肿瘤治疗的组合用药Genetics/Epigenetics贝伐单抗治疗新诊断胶质母细胞瘤的III期双盲安慰剂对照试验。药物疗效和毒性的个体差异14家LCMC成员单位入组1102例转移性肺腺癌患者突变在没有FDA批下来的适用症中出现，药物有效，称为off-label用药，如贝伐单抗。Barlesi F,et al.

30、分子箱（molecular bins）的概念ASCO癌症交流委员会主席 Bruce Roth2010年肿瘤药物市场600亿美元，由于事先不知患者是否对药物响应，近450亿美元的药物没有起到作用。ASCO癌症交流委员会主席 Bruce Roth个体生命特性和生物学功能在25例疗效可评价患者中:人外显子组(RNA)测序:基因组表达数据库通过高通量检测所获得的数据撰写的2篇ASCO投稿均被录用。可以确认低频突变(5%)Sai-Hong Ignatius Ou,et al.(&Epigenetics)从单个基因检测到多基因检测，确立肿瘤基因型，减少对病种（组织学层次）的依赖IASLC 2012 Tar

31、geted Therapies Conference.药物基因组学催生分子靶向药物Johnson BE,et al.主要毒副作用是视觉障碍、恶心及腹泻。让人们看到曙光，慢性病的治愈良方马上就能出现。EGFR依然是亚裔腺癌最常见的驱动基因虽然该研究仍在继续，但足以说明 crizotinib治疗ROS1阳性NSCLC有效。基因多态性（SNP）在人群中普遍存在；14家LCMC成员单位入组1102例转移性肺腺癌患者这一情况造成巨大浪费并耽误对患者治疗。遗传生殖细胞突变:突变的蛋白和正常蛋白表达的改变.Barlesi F,et al.肿瘤个体化用药基因检测报告在25例疗效可评价患者中:The Chip

32、is the MachineModified from Kris M,et al.可以确认低频突变(5%)向治疗的患者(n=313)仅有20%40%的患者从已批准的药物中获益；3 billion DNA base pairs分子箱（molecular bins）的概念遗传生殖细胞突变:突变的蛋白和正常蛋白表达的改变.在25例疗效可评价患者中:体细胞突变:突变蛋白和正常蛋白表达的改变大连第一附属医院耳鼻喉科作为辽宁省耳聋筛查指定2家医院之一，通过与我们耳聋基因筛查合作，成功将耳聋病人基因筛查率由现有20%提高到40%多，并合作研发的新的方案可提高到70%。EGFR依然是亚裔腺癌最常见的驱动基因Koh Y,et al.33例ROS1阳性NSCLC患者入组，石蜡包埋组织切片或组织块Johnson BE,et al.高通量测序加速肿瘤个体化用药进程相应的辽宁省另一指定医院盛京医院耳鼻喉科已主动接触，争取对我们院外送样检测。EGFR依然是亚裔腺癌最常见的驱动基因肿瘤个体化用药基因检测报告