食管癌是全球高发的恶性肿瘤，我国食管癌发病率和死亡率却均居世界首位，最新统计数据显示，在中国每年约有48万新增食管癌病例，37万例食管癌患者死亡【1】。在中国食管鳞癌（ESCC）是主要的病理类型，其预后差、恶性程度高，是一类治愈率极低的肿瘤。近年来随着技术的发展，对食管鳞癌组织的基因检测已有近2000多例【2-4】，基因变异的致病机理及调控网络已呈现在人们的视野，但其观察视角单一，且治疗方案并未因此得到改善，目前除了传统治疗方式外，缺乏精准的治疗手段。
为阐明ESCC的致病机制及分子分型，寻找诊断标志物、药物靶点和制定临床治疗方案，刘芝华/詹启敏/崔永萍团队前期对我国食管鳞癌患者样本进行了508对全基因组测序和94例蛋白质组及磷酸化组测序【2,5】，结果表明, ESCC是一种由于基因组大规模重组和拷贝数扩增缺失造成的癌症，基因组的不稳定性和重组导致患者之间存在显著的异质性；TCGA团队研究的数据已发表食管腺癌（欧美国家高发的食管癌亚型）与食管鳞癌测序结果比对【6】，结果发现食管鳞癌与食管腺癌是完全不同的肿瘤，须采用不同的治疗方式。而从多组学多层面多视角挖掘ESCC的致病机制，明确其分子分型，提其高诊治水平，已成为食管鳞癌研究领域的重大研究课题。
2022年12月29日，中国医学科学院肿瘤医院刘芝华/焦宇辰团队、深圳湾实验室詹启敏/崔永萍团队合作（中国医学科学院肿瘤医院刘芝华教授、助理研究员赵丫卉、博士后刘雨豪、主任医师黄镜、博士生韦文青和山西医科大学副教授孔鹏洲、主任医师徐恩伟为本文共同第一作者）在Cancer Cell上发表了文章Integrated Multi-omics Profiling Yields a Clinically-Relevant Molecular Classification for Esophageal Squamous Cell Carcinoma【7】。研究者基于多组学数据分析，将食管鳞癌分为四个分子亚型：细胞周期通路激活型（CCA）、NRF2通路激活型（NRFA）、免疫抑制型（IS）和免疫调节型（IM）。这是国际上首次基于多组学数据的食管鳞癌分类标准，并为每个亚型寻找了潜在的治疗靶标和/或诊断标志物。
研究者纳入155例食管鳞癌患者配对样本进行了全基因组、表观基因组、转录组和蛋白质组数据层面的全面整合分析；利用多组学分析首次将食管鳞癌分为CCA、NRFA、IS和IM四个亚型（图1）。CCA亚型体现在细胞周期检查点基因的变异，而NRFA亚型则有NRF2通路基因的激活。CCA和NRFA亚型患者均具有CpG岛甲基化表型（E-CIMP+），并与淋巴节转移和临床分期相关。IS和IM亚型是免疫细胞高浸润型，但肿瘤组织浸润的免疫细胞类型不同。研究者进一步利用43例接受PD-1抗体单药治疗队列研究，发现IM亚型对免疫检查点阻断疗法（ICB）有更好的治疗响应，并基于该队列ESCC组织多组学数据开发了识别IM亚型患者的分子特征分类器，体现了基于多组学数据分子分型的临床价值。
图1. 食管鳞癌多组学分子四分型及其潜在治疗靶标
CCA亚型的分子特征体现在11q13.3/CCND1扩增（74.4% vs 23.3%，CCA亚型 vs 非CCA亚型）和CDKN2A/B同源缺失（59.0% vs 37.9%，CCA亚型 vs 非CCA亚型）。其中，84.6%的CCA亚型患者有细胞周期检查点基因变异。为检测CCA亚型患者能否从CDK4/6抑制剂（palbociclib）治疗中获益，研究者构建了3类食管鳞癌类器官模型（PDOs）：CDKN2A缺失（PDO4）、CDKN2A缺失/CCND1扩增（PDO7）、两个基因野生型类器官（PDO2）。研究者利用PDO半数抑制浓度（IC50）值来评估palbociclib药物敏感性，结果发现palbociclib在PDO2中的IC50（41.33μM）显著高于PDO4和PDO7（IC50分别是13.58μM和2.03μM），表明有细胞周期改变的食管鳞癌患者对palbociclib更加敏感。因此，研究者推测CCA亚型患者可从CDK4/6抑制剂的治疗中获益。
NRFA亚型的分子特征是NRF2通路基因激活，除NRF2通路基因的改变（NFE2L2扩增、NFE2L2突变、KEAP1/CUL3突变）外，研究者利用多组学数据分析发现KEAP1高甲基化和SOX2扩增，也引起NRF2通路激活。进一步通过ChIP-seq和ChIP-PCR实验证实，SOX2特异性结合NFE2L2的启动子区域，进而激活NFE2L2的转录表达。研究者对ESCC组织进行NRF2免疫组化染色（IHC）分析，结果发现NRFA亚型患者的NRF2蛋白表达水平升高，且NRFA亚型中NRF2通路基因的变异和SOX2扩增的患者NRF2蛋白表达水平最高。因此，根据多组学分析，重新定义了食管鳞癌NRFA亚型的分类标准，表明更多的患者可能从靶向NRF2的治疗中获益。
IS（免疫抑制型）和IM（免疫调节型）亚型肿瘤的特点为免疫细胞高水平浸润。但IS亚型中浸润最丰富的是B细胞和NK CD56bright细胞，其免疫微环境主要调控模块为“CD4+ Tcm-Tem”。IM亚型中浸润最丰富的为CD8+ T和巨噬细胞，其免疫微环境主要调控模块为“CD8+ T-Macrophage”。研究者通过一项抗PD-1抗体（SHR-1210）单药治疗的I期临床试验（NCT02742935），收集43名ESCC患者的样本及临床信息，患者的治疗反应被评估为部分反应（PR）、进展性疾病（PD）或稳定疾病（SD）。利用收集的肿瘤组织样本进行多组学分析，发现PR患者聚集在IM亚型，而PD患者聚集在CCA/NRFA/IS亚型。上述结果表明，ESCC的IM亚型患者可能从免疫检查点阻断治疗中获益。因此，研究者开发了由28个多组学特征分子组成的分类器，识别IM亚型患者。该分类器以85.7%的敏感性和90%的特异性，筛选抗PD-1治疗的获益者，进而预测其免疫治疗疗效，该分类器突出体现分子分型的优势和多组学检测的临床价值。
综上所述，本研究基于全基因组、表观基因组、转录组和蛋白质组的全面整合分析，首次将食管鳞癌分为CCA、NRFA、IS和IM四个分子亚型，为食管鳞癌分子分型定义了分类标准，不同亚型独特的分子特征是临床转化的“航向标”，破除了以往食管鳞癌治疗“方向模糊”的困难，有助于医学专家“对症下药”。根据基础研究数据，后续将开展针对食管鳞癌各亚型的药物研发及临床实验研究，尽早实现临床转化，制定出针对不同亚型食管鳞癌的治疗策略，让患者尽快进入食管鳞癌分子分型基础上的精准治疗时代。
