全外显子组测序（Whole-Exome Sequencing，WES）检测NSCLC中难治性OCT4+循环肿瘤细胞的基因突变

Lung cancer is a kind of malignant tumor doing severely harm to human health, in which non-small cell lung cancer (NSCLC) accouts for 80-85% of lung cancer. OCT4+ NSCLC cells have remarkable features of tumorigenicity, metastasis and drug resistance. The single cell analysis technology proviedes precise study methods of cancer targeted therapy strategy. The whole genome amplificaiton and whole exome sequencing are carried out for singel cells which are enriched and captured from primary tumor tissue in limited stage and peripheral blood circulating tumor cell (CTC) in progressive stage. Reads ready for data mining are generated by bioinformatics analysis, SNV/INDEL and CNVs in each single cell is analyzed consequently. Reproduction rate plus filtering of high frequently mutated sites, alignment with external database and annotation, as well as protein function prediction is conducted for SNV/INDEL; Whereas, gain or loss region filtering, gene annotation and function analysis is conducted for CNVs. Following above analysis, similarity and difference comparison of SNC/INDEL, CNVs profile among single cells within one patient, among individual patients and two groups is conducted. By WES analysis, difference of OCT4+ primary tumor cells and CTCs at mutanome level is compared, it plays important role in exploring the similarity and difference of mutanome at limited and progressive stages, coupling with driver genes and potential target mutated genes mining of NSCLC.

肺癌是严重危害人类健康的一种恶性肿瘤，非小细胞肺癌约占肺癌80-85%，OCT4+非小细胞肺癌细胞具有显著的致瘤、转移与耐药性。单细胞分析技术为肿瘤的特异性靶向治疗策略提供了精准的研究手段。本研究通过对局限期NSCLC病人原发组织单细胞和进展期病人外周血CTC富集、捕获，进行全基因组扩增与全外显子组测序。生物信息学分析产生用于挖掘的reads，从而对每个样本的SNV/INDE，CNV进行分析。对SNV/INDEL进行重现率分析与高频突变位点筛选、外部数据比对与注释、蛋白质功能预测等；对CNV筛选gain or loss区域、基因注释与功能分析。比较病人的单细胞间、不同病人之间以及两组之间SNV/INDEL, CNV类型异同。通过单细胞WES分析，比较OCT4+原发组织单细胞与CTC在突变组水平的差异，探索局限期与进展期突变组的异同，发掘NSCLC驱动基因以及潜在的靶标突变基因。

在本研究中，我们收集非小细胞癌（NSCLC）铂类化疗耐药患者和手术患者组织和血液标本，进行全外显子测序（WES）和全基因组扩增测序；研究新型纳米材料来提高化疗用药效率以及肿瘤干细胞的检测；构建小鼠肺纤维化模型检测其肿瘤干细胞指标。NSCLC化疗耐药患者收集了原发肿瘤组织、转移肿瘤组织以及分离出外周血循环肿瘤细胞(CTC)，研究原发与复发前后的基因组差异。结果发现，CTC的基因组与转移组织共享突变比例(4.4-33.3%)高于CTC与原发组织(0.6-11.8%)，意味着CTC功能更像复发后的肿瘤细胞。通路功能注释分析进一步发现，转移肿瘤和CTC除了有原发肿瘤驱动基因特性之外，如EGFR、TP53，还具有细胞周期、钙离子信号、转录因子活性、干性与耐药等相关功能，包括经典SHKBP1、NUMA1、ZNF143、MUC16、ORC1、PON1、PELP1等基因，说明转移性肿瘤组织和CTC具有更多的调节功能性基因来适应化疗耐受的机制。同时在OCT4+与OCT4-全外显子测序中，发现OCT4+样本的TMB值偏高，其中 PLIN2表达依赖于 HIF-1，可能通过对缺氧的适应在肿瘤发生中发生作用，为早期NSCLC的诊断提供了潜在的诊断指标。本研究还制备可靶向CD44过表达肺腺癌细胞的纳米载体，系统研究了纳米载体表面官能团与肺癌细胞靶向行为之间的相关关系，展示出这类纳米载体在提高肺腺癌化疗效果及降低毒副作用中的重要作用，以及使用导电纳米颗粒达到提升循环肿瘤干细胞检测稳定性和灵敏度的前景。本研究构建小鼠肺纤维化模型检测其肿瘤干细胞相关指标（Nanog，OCT4，SOX2），结果显示小鼠肺纤维化组中干细胞指标的蛋白含量均有一定程度上的升高，高度提示在小鼠肺纤维化与肿瘤干细胞存在相关性。