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以铂类药物为基础的全身化疗是晚期尿路上皮癌的经典治疗方案，目前仍然是晚期患者的一线治疗选择。近年来一些研究显示，对于肌层浸润性膀胱癌，在根治性膀胱切除术术前使用新辅助化疗，可使患者的死亡风险降低16%～33% ［2-3］ ，但亦有一部分患者由于新辅助化疗耐药，反而会延误手术时机。那么我们应该如何筛选出对新辅助化疗敏感的患者，进而避免化疗抵抗患者接受不必要或无效的治疗呢？
铂类化疗药物主要通过影响DNA的合成和复制过程发挥抑癌作用，故理论上存在DNA损伤修复缺陷及基因组不稳定的肿瘤患者往往对这类药物更为敏感。因此，在过去的10余年中，多项研究试图描述对以铂类药物为基础的新辅助化疗敏感的患者的肿瘤基因组学特征，以期发现能够预测化疗敏感性的分子标志物。
一项研究纳入了50例肌层浸润性膀胱癌患者，均接受以铂类为基础的新辅助化疗。研究者对这些患者的肿瘤组织进行全外显子测序分析，以寻找与化疗敏感性相关的基因改变。结果发现，在化疗敏感与耐药患者的肿瘤组织中切除修复交叉互补基因2（ excision repair cross - complementation group 2 ， ERCC2 ）突变检出率存在显著差异，36%的化疗敏感患者中可检出 ERCC2 突变；而在化疗耐药组中，仅12%的患者可检出 ERCC2 突变。 ERCC2 是核苷酸切除修复通路中的关键基因，其编码的蛋白参与转录偶联核苷酸切除修复过程。研究者进一步通过体外实验证实 ERCC2 突变及 ERCC2 表达水平可影响膀胱癌细胞系对顺铂的敏感性。基于以上结果可知， ERCC2 突变与肌层浸润性膀胱癌患者对铂类化疗药物的敏感性密切相关，其有望作为预测新辅助化疗效果的基因靶点。
另一项研究纳入34例接受MVAC（甲氨蝶呤+长春花碱+阿霉素+顺铂）方案新辅助化疗和24例接受GC（吉西他滨+顺铂）方案新辅助化疗的肌层浸润性膀胱癌患者，对其肿瘤组织进行靶向测序，分析了287种癌症相关基因改变与患者对治疗反应性的关系。结果发现与DNA修复相关的基因共济失调毛细血管扩张突变基因（ ataxia telagiectasia - mutated gene ， ATM ）、视网膜母细胞瘤基因1（ retinoblastoma 1 ， RB1 ）、Fanconi贫血补体C组基因（ Fanconi anemia complementation group C ， FANCC ）的突变检出率较高，且在化疗敏感组和化疗耐药组患者之间存在显著差异。15例化疗敏感患者中，13例患者（87%）肿瘤组织中可检出至少1种上述基因突变，而在化疗耐药者中无一例患者肿瘤组织中可检出上述基因突变（ P ＜0.001）。该研究结果提示 ATM 、 RB1 和 FANCC 有望作为预测肌层浸润性膀胱癌患者新辅助化疗敏感性的指标。这项研究最初未检测 ERCC2 基因的突变状态，但在后续的研究中，研究者对这组样本进行了全外显子测序分析，在满足外显子测序条件的48例组织样本中，10例样本可检出 ERCC2 突变。20例化疗敏感患者中8例（40%）可检出 ERCC2 突变，28例化疗耐药患者中仅2例（7%）检出 ERCC2 突变。同时， ERCC2 突变状态与患者的总生存期亦密切相关 ［4］ 。
除了DNA损伤修复通路相关基因以外，研究者对其他一些基因也进行了分析。有研究发现与细胞增殖相关的基因erb-b2受体络氨酸激酶2（ erb - b2 receptor tyrosine kinase ， ERBB2 ）可能与新辅助化疗的敏感性相关。该研究纳入71例接受新辅助化疗的肌层浸润性膀胱癌患者进行分析，对其肿瘤组织进行178种基因的测序分析，以寻找可预测化疗敏感性的基因标志物。结果发现在38例化疗敏感患者中，有9例患者（23%）肿瘤组织中检出 ERBB2 错义突变，而33例化疗耐药者中均无 ERBB2 基因改变检出（ P =0.003）。这项研究亦同时分析了 ERCC2 的突变情况，得到的结果与前述两项研究类似。此外，有研究显示存在人肿瘤蛋白p53（tumor protein 53，TP53）突变的肿瘤往往具有较高的基因组不稳定性，存在野生型 TP53 突变的肌层浸润性膀胱癌患者易对新辅助化疗产生抵抗性 ［1］ 。
总之，以DNA损伤修复相关基因为代表的一些基因水平的改变与晚期尿路上皮癌患者对新辅助化疗的敏感性密切相关，今后尚需前瞻性、大样本临床研究进一步验证上述基因检测是否可用于预测尿路上皮癌患者对新辅助化疗的敏感性。
尿路上皮癌免疫治疗的历史可以追溯到40年前，1976年Morales等人发现卡介苗膀胱灌注可用于治疗膀胱癌，并一直沿用至今。近年来随着针对免疫检查点抑制分子单克隆抗体的开发和应用，尿路上皮癌的免疫治疗进入了新的时代，免疫检查点抑制剂在反应性尤其是长期反应性方面取得了令人兴奋的结果，这一结果再次证实了尿路上皮癌是一种对免疫治疗敏感的实体性恶性肿瘤。但遗憾的是，仍有部分患者对免疫检查点抑制剂不敏感，所以开发和鉴定对免疫检查点抑制剂疗效具有预测作用的基因标志物依然具有重要价值。
目前研究最多的免疫检查点抑制药物靶点主要针对程序性死亡受体（programmed cell death-1，PD-1）/程序性死亡受体配体（programmed cell death-ligand 1，PD-L1）通路。尽管抗PD-1和抗PD-L1单克隆抗体治疗的原理是干扰PD-1/PD-L1免疫抑制通路，进而解除其对T细胞免疫功能的抑制。但尿路上皮癌中PD-L1的表达水平与治疗反应性的相关性仍存争议。在一些临床研究，如KEYNOTE-012、JAVELIN、KEYNOTE-052中发现PD-L1高表达的患者对于免疫治疗有较好的疗效，但在CheckMate 275和KEYNOTE-045研究中则并未发现PD-L1表达水平与免疫治疗敏感性存在相关性。此外，即使在报道PD-L1表达水平与治疗反应性具有相关性的研究中，其阴性预测值均较差，意味着在临床应用中PD-L1尚无法作为一个理想指标用于区分患者对免疫治疗是否敏感。将PD-1或PD-L1表达水平作为免疫治疗敏感性标志物存在局限性，原因可能是各研究者所采用的抗体种类及检测的细胞种类存在差异，故仍需进一步标准化、大样本研究证实其预测价值。
尿路上皮癌，尤其是转移性尿路上皮癌，往往具有较高的突变负荷，而肿瘤突变负荷被认为有望作为预测免疫检查点抑制剂疗效的基因标志物。在IMvigor 210临床Ⅱ期试验中，研究者发现对铂类耐药且具有较高肿瘤突变负荷的尿路上皮癌患者在接受阿特珠单抗治疗后具有较长的总生存期 ［5］ 。非同义突变的产生可导致新抗原的表达，使得肿瘤细胞被自身免疫系统识别。研究者采用计算机算法联合测序结果对新抗原的产生进行预测，发现在许多肿瘤中新抗原与免疫抑制检查点药物的敏感性相关。IMvigor 210研究也进一步证实了新抗原越多的患者，对阿特珠单抗治疗的反应性越好，其对疗效的预测效果优于肿瘤突变负荷 ［1］ 。
基因突变导致的DNA错配修复缺陷及损伤修复缺陷也被认为可作为免疫检查点抑制剂药物疗效的预测指标。在一项纳入了60例转移性尿路上皮癌患者的临床试验中，研究者发现DNA损伤修复缺陷检出率与患者对抗PD-1/PD-L1治疗的反应性密切相关，且与患者预后生存也存在相关性，该指标的预测效果优于肿瘤突变负荷 ［1］ 。
转化生长因子（ transforming growth factor - β ， TGF - β ）是一种多能促癌基因，在基质激活、血管生成、上皮间质转化等多个过程中发挥促癌作用。基于IMvigor 210研究的基因数据分析结果提示，TGF-β通路处于激活状态的患者对免疫检查点抑制剂反应性均不佳，且TGF-β通路相关基因 TGFB1 和 TGFBR2 的表达水平与患者的总生存期呈负相关 ［1］ 。动物实验的研究结果也显示，同时抑制PD-L1和TGF-β，相比于单用PD-L1抑制剂而言，可更好地增强CD8 + 效应T细胞相关基因表达，发挥更强的抑制肿瘤进展的作用。
尿路上皮癌是一种可检出大量基因突变的恶性实体肿瘤，这些突变的基因往往是重要致癌信号通路中的关键基因。一项纳入97例高级别膀胱癌患者的研究结果显示，61%患者中可检出相应的潜在药物靶点基因突变，包括丝裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）通路相关基因（如 BRAF 、 MEK1 、 MEK2 ）、磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinases，PI3K）通路（如 PIK3CA ）等。另一项针对转移性尿路上皮癌的二代测序结果显示，肿瘤组织中可检出一些驱动基因突变，如酪氨酸激酶受体-RAS通路相关基因（39%肿瘤），包括 FGFR3 （14%肿瘤）、 ERBB3 （13%肿瘤）； PI3K - RACα / AKT / mTOR 通路（38%肿瘤）基因，包括 PIK3CA （16%肿瘤）、 AKT3 （12%肿瘤） ［1］ 。
对尿路上皮癌基因水平的深入认识可指导新型靶向治疗药物的开发和应用，一些研究已经针对上述研究中报道的潜在药物靶点进行了相关实验，并在临床前期研究中取得了令人满意的结果。
有许多研究关注 FGFR 家族，因为其在调节肿瘤存活和生长过程中发挥重要作用。 FGFR 可通过激活下游的PI3K/AKT、PKC和Ras/MAPK通路调节细胞增殖和血管生成过程。 FGFR 家族由4种亚型构成，且具有多种配体，在细胞增殖、分化、迁移和存活方面均发挥着调节作用。 FGFR 基因变化在尿路上皮癌患者中检出率较高，约10%～15%患者存在 FGFR3 突变，6%存在 FGFR3 易位，3%存在 FGFR3 扩增，另外还有10%可以检出 FGFR1 、 FGFR2 和 FGFR4 基因的改变 ［1］ 。
厄达替尼（erdafitinib）是一种 FGFR 抑制剂，Ⅱ期临床试验结果显示其在尿路上皮癌中客观有效率是40%，且具有较好的安全性。基于上述结果，厄达替尼近期已经被美国FDA通过快速途径批准用于铂类抵抗且具有 FGFR2/3 突变或融合的晚期膀胱癌患者的治疗。另一种 FGFR 抑制剂rogaratinib现在正在进行临床Ⅰ期试验，其采用 FGFR mRNA表达水平作为筛选患者的生物标志物。该试验结果显示，约半数肿瘤组织中 FGFR mRNA表达水平上调，总的客观反应率为24%，关于比较其与二线化疗在铂类抵抗尿路上皮癌患者中疗效的Ⅱ/Ⅲ期临床研究正在进行中（NCT03410693）。Infigratinib亦是一种 FGFR 抑制剂，有研究者纳入67例尿路上皮癌患者进行了Ⅰ期临床试验，结果显示客观有效率为25%，64%的患者可达到疾病控制 ［5］ 。目前还有多种针对其他 FGFR 抑制剂的临床试验正在进行中，由于FGFR通路可调节免疫微环境，故一些研究也着手尝试分析 FGFR 抑制剂与免疫检查点抑制剂的联合治疗效果。
DNA损伤修复通路的改变在尿路上皮癌的致病机制中扮演着重要的角色， ATM 、 BRCA1/2 、 ERCC2 、 FANCC 、 RAD51 等DNA损伤修复基因突变在尿路上皮癌中检出率约为15%～25%，可能具有重要的治疗价值。既往研究显示存在DNA损伤修复基因改变的尿路上皮癌患者对新辅助化疗和免疫检查点抑制剂的反应性较好。理论上，聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶（poly-ADP-ribose polymerase，PARP）抑制剂对于具有DNA损伤修复基因缺陷的肿瘤具有杀伤作用。基于此，已有一些评估PARP抑制剂单用或联合抗PD-1/PD-L1制剂对于尿路上皮癌患者治疗效果的临床试验正在开展 ［5］ 。
mTOR是PI3K和PTEN/AKT通路下游的分子，在细胞生长、增殖、蛋白合成、血管生成等方面发挥着重要作用。已有2种mTOR抑制剂替西罗莫司和依维莫司获批用于晚期肾癌的治疗。mTOR激活的下游分子包括真核翻译起始因子4E-结合蛋白1（4E-binding protein 1，4E-BP1）和一种70kD的核糖体蛋白S6激酶1（p70S6K1），而4E-BP1和p70S6K1在尿路上皮癌中均有表达，提示该信号通路在尿路上皮癌中处于激活状态，mTOR可作为尿路上皮癌的潜在治疗靶点。在体外细胞系实验和小鼠动物模型实验中，依维莫司都显示出对膀胱癌的抑制作用。在一项纳入了45例转移性尿路上皮癌患者的依维莫司单臂临床Ⅱ期研究中，研究者发现，虽然尚未获得最终的疾病无进展生存率结果，但已有1例患者表现为部分缓解、1例近完全缓解、12例肿瘤轻度消退。故对于一部分尿路上皮癌患者，mTOR抑制剂有望起到抑癌作用 ［1］ 。
拉帕替尼是一种针对 EGFR2 和 ERBB2 的酪氨酸激酶抑制剂。2009年，一项单臂临床Ⅱ期试验结果显示，拉帕替尼用于局部晚期或转移性膀胱癌患者的二线治疗具有较好的抗肿瘤效果且副作用可耐受。2016年的一项Ⅲ期安慰剂对照临床研究分析了拉帕替尼在 EGFR （+）或 ERBB2 （+）的进展期和/或转移性尿路上皮癌患者中的治疗效果。受试者在接受了一线化疗之后随机分为安慰剂组或拉帕替尼组，遗憾的是，该研究结果显示即使在肿瘤组织高表达 EGFR 和 ERBB2 的患者中，拉帕替尼组与安慰剂组相比，患者临床获益也无明显差异，拉帕替尼组的反应率为14%，安慰剂组为8%（ P =0.14），两组的总生存期和疾病无进展生存期亦无统计学差异 ［1］ 。
除了与肿瘤自身生长相关的通路外，针对肿瘤血管生成相关通路的靶向治疗也有望起到靶向抑癌的效果。这一思路在RANGE研究中得到了验证，研究者纳入了530例对铂类化疗抵抗的转移性尿路上皮癌患者，将其分为两组，一组给予多西他赛化疗，另一组给予多西他赛联合抗血管内皮生长因子2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）雷莫芦单抗治疗。结果显示联合治疗组平均疾病无进展生存期为4.07个月，多西他赛单药组平均疾病无进展生存期为2.76个月（ P =0.011 8）。此外，该研究结果还显示出雷莫芦单抗具有剂量依赖性，提示更好地优化剂量可以使这种联合治疗方案发挥更大的益处 ［1］ 。还有一些其他相关的生物标记物依赖的联合治疗方案也正在进行相关的试验研究，今后可为晚期尿路上皮癌的临床诊疗提供更多的选择方案。
随着分子生物学的快速发展和生物检测技术的不断涌现，通过分子特征对尿路上皮癌进行精确的分子分型以指导治疗显得十分必要和迫切。已有多个研究组利用测序分析对尿路上皮癌进行分子分型研究，目前公认的主要有TCGA、北卡罗来纳大学（University of North Carolina，UNC）、隆德大学（Lund University，Lund）、MD安德森癌症中心（University of Texas M.D.Anderson Cancer Center，MDA）提出的分型，这些分子分型具有预后相关性，并能预测患者对治疗的反应 ［6］ 。
TCGA研究组最初根据其对131例膀胱癌患者的测序分析结果确定了4种分子亚型，Ⅰ型和Ⅱ型膀胱癌具有类似乳腺癌管腔样（luminal）细胞的特性；Ⅲ型膀胱癌具有类似乳腺癌基底样（basal）细胞的特性，并且具有鳞状细胞和干细胞特性的基因表达；Ⅳ型膀胱癌介于Ⅱ型和Ⅲ型之间。Ⅰ型和Ⅱ型均过表达 ERBB2 、 ESR2 、转录因子PPARγ、GATA3、FOXA1和ELF3，但Ⅰ型（乳头状）富含 FGFR3 突变且 FGFR3 表达水平上调。Ⅲ型（基底/鳞状）表达基底型角蛋白（keratins，KRT），例如KRT14，KRT5，KRT6和EGFR ［7］ 。
TCGA研究组后期对412例膀胱癌进行综合分析，将尿路上皮癌的分类从先前报道的4种亚型扩展为5种亚型，即管腔-乳头型（luminal-papillary）（35%），管腔-浸润型（luminalinfiltrated）（19%），管腔型（luminal）（6%），基底-鳞状型（basal-squamous）（35%），神经元型（neuronal）（5%）。管腔-乳头型多为乳头状及较低分期的肿瘤，具有 FGFR3 突变、扩增或 FGFR3 - TACC3 融合基因。管腔-浸润型高表达平滑肌和成肌纤维细胞的基因特征，存在淋巴细胞浸润及PD-L1和PD-1表达增加。管腔型中UPK1A，UPK2，KRT20和SNX31表达上调。基底-鳞状型在女性中更为常见，包含几乎所有通过组织病理学检查显示出鳞状分化的肿瘤，因此被称为基底鳞状型。除具有鳞状分化标志物（例如桥粒胶蛋白DSC1-3和桥粒糖蛋白DSG1-4）外，还高表达CD44，KRT5，KRT6A，KRT14，呈现出淋巴细胞浸润增加和较强的免疫基因标记表达。此外，其富含 TP53 突变。神经元型肿瘤中神经元分化和发育基因（如嗜铬粒蛋白、 PEG10 、 TUBB2B 、 LEKHG4B ， SOX2 ， MSI1 和 GNG4 ）的表达升高。另外，该亚型中 TP53 细胞周期通路中的基因也有改变，该亚型临床预后最差 ［8］ 。
北卡罗来纳大学的研究人员将262例肌层浸润性膀胱癌分为2种分子亚型，即管腔样（luminal）细胞型和基底样（basal）细胞型，其中基底样细胞型膀胱癌患者的预后较差。管腔型膀胱癌高表达 PPAR 基因和末端尿路上皮分化的标志物，如UPK1B、UPK2、UPK3A和KRT20。基底型膀胱癌高表达尿路上皮基底细胞标记基因，如 KRT14 ， KRT5 和 KRT6 ，以及与干细胞稳态和癌症进展相关的几种转录因子。此外，基底型膀胱癌还过表达 STAT3 和 EGFR 。重要的是，研究显示基底型膀胱癌与基底型和正常乳腺癌亚型相似，而管腔型膀胱癌的遗传特征与管腔A和管腔B乳腺癌亚型相似。此外，基底型膀胱癌的一部分具有很高的 PD - L1 表达水平，可被免疫浸润和主动免疫抑制 ［9］ 。
隆德大学研究组早期基于144例膀胱癌肿瘤组织的全基因组基因表达分析定义了2种类型的膀胱癌，MS1和MS2。MS1肿瘤主要是非浸润肿瘤，且具有 FGFR3 、 PIK3CA 的激活突变，而MS2肿瘤为高组织学分级肿瘤，具有 TP53 、 MDM2 的显著改变和 RB1 缺失。随后该研究组对308例膀胱癌组织样本进行基因表达谱分析和免疫组化分析，将其膀胱癌分子亚型扩展为5种，即基底样细胞A型（urobasal A）、基因不稳定型（genomically unstable）、基底样细胞B型（urobasal B）、鳞状细胞癌样型（SCC-like）和浸润型（infiltrated）。这些亚型显示了与免疫系统、细胞周期、细胞角蛋白和细胞黏附相关的基因的不同特征，以及 FGFR3 中的不同突变和表达方式。基底样细胞A型过表达 FGFR3 、凝缩蛋白复合亚基1（ condensin complex subunit 1 ， CCND1 ）、肿瘤蛋白（ Tumor protein ， TP ） 63 和 KRT5 ，主要由非肌层浸润性膀胱癌组成，预后良好。基底样细胞B型除了具有A型特征外，还具有 TP53 突变，约50%病例存在肌层浸润现象，较基底样细胞A型患者预后差。基因组不稳定型具有 TP53 突变、细胞周期蛋白E（ cyclin E ， CCNE ）和 ERBB2 过表达，以及 PTEN 和细胞角蛋白表达，具有侵袭性，患者预后较差。鳞状细胞癌样型以鳞状分化为特征，基底 KRT 过表达，如 KRT4 ， KRT6A ， KRT6B ， KRT6C ， KRT14 和 KRT16 ，预后最差。浸润型具有免疫细胞浸润和细胞外基质基因表达，但此型患者预后异质性较大 ［10］ 。
MD安德森癌症中心分析了73例经尿道切除的膀胱癌组织的全基因组mRNA，通过分层分析法提出了膀胱癌的3种分子亚型：基底样（basal）细胞型、管腔样（luminal）细胞型和p53样型（p53-like）。基底样细胞型膀胱癌中腺苷二磷酸核糖基化转移酶1［（ ADP - ribosyl ） transferase 1 ， ART1 （ RT6 ）］、 KRT14 和钙黏蛋白3（ cadherin 3 ， CDH3 ）表达上调；管腔样细胞型膀胱癌中氧化酶组合1（ oxidase assembly 1 ， OXA1 ）、谷氨酰基-tRNA酰胺转移酶连接蛋白3（ glutamyl - tRNA amidotransferase binding protein 3 ， GATA3 ）、 ERBB2 、 ERBB3 、X盒结合蛋白1（ X - box binding protein 1 ， XBP1 ）和 KRT20 表达上调；p53样型表达生物标记物与管腔样型类似，但是其具有活化的野生型p53基因 ［11］ 。
虽然不同的分型使用了不同的名称，但它们之间存在明显的重叠。研究者 ［12］ 将上述4种分类方案在一个独立的数据库中进行了综合性的评估和验证，发现这些分子分型方案具有内在的一致性。他们认为4种分子分型方案的不同亚型之间是相互对应的。例如，TCGA分类中的Ⅲ型对应Lund分类中的鳞状细胞癌样型和基底样细胞B型2种类型，UNC分型中的管腔样细胞型对应MDA分型中的管腔样细胞型和p53样型2种类型。这种一致性和重合性提示尿路上皮癌的确存在分子层面的差异，确定了尿路上皮癌分子分型的科学性和合理性，以及需要更加综合统一的分子分型指导临床实践。
总之，尿路上皮癌的分子分型有助于临床医师预测患者对药物的反应和判断患者的预后，对于尿路上皮癌的诊治具有重大意义，也为精准治疗指明了方向，但遗憾的是这些研究很难在临床实际工作中应用，这与高新技术的高成本、操作困难有关。因此，从上述分子分型中选择代表性的基因标志物，采用免疫组织化学的方法对尿路上皮癌进行分子分型也许是一条可供临床实施的途径，但尚需大规模、多中心临床随机对照试验对其进行验证 ［13-14］ 。