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儿童恶性肿瘤是造成儿童死亡的主要疾病，根据美国国家癌症研究所统计的数据，全美儿童及青少年肿瘤每年的发病率约为186.6/1000000。
哈佛大学医学院通过数据统计模型预测，全球每年约新增儿童肿瘤约39万例，在2015年—2030年期间，全球儿童肿瘤患儿将达到670万例左右。在过去的20年里， 对儿童癌症的诊治手段不断的提升改进，使得儿童白血病、淋巴瘤以及部分实体肿瘤的生存率明显改善，但仍有部分儿童实体肿瘤的治疗效果欠佳。
儿童肾脏恶性肿瘤的发病率约占儿童实体肿瘤的7%-8%，在14岁以下的青少年肿瘤发病率中排第三位。与成人各个系统的肿瘤疾病谱相比， 儿童肿瘤具有明显的异质性，儿童泌尿系统肿瘤的疾病谱与成人完全不同。
根据WHO在2016年对肾脏肿瘤组织学分类，儿童肾脏恶性肿瘤主要包括为： 肾母细胞瘤（Wilms’tumor,WT）、肾恶性横纹肌样瘤（malignantrhabdoidtumorofkidney,RT）、肾透明细胞肉瘤（clearcellsarcomaofkidney,CCSK）、先天性中胚叶肾瘤（congenitalmesoembryonicnephroma,CMN）和Xp11.2易位/TFE3基因融合相关性肾癌等。
而成人肾肿瘤主要包括： 肾透明细胞癌（renalclearcellcarcinoma,RCC）、肾乳头状细胞癌（Renalpapillarycellcarcinoma,RPC）、肾嫌色细胞癌（renalchromophobecellcarcinoma,RCR）、低度恶性潜能多房囊性肾细胞瘤、集合管癌和肾髓质癌等。 儿童肾脏恶性肿瘤的发病机制尚不明确，发病特点上与成人肾肿瘤明显不同。
尽管WT总体的5年生存率可达85%，但RT、CCSK、预后不良病理类型的WT以及复发的WT的治疗效果欠佳。 且儿童肾肿瘤的研究进展普遍较成人肾肿瘤落后，暂无有效的靶向治疗和免疫治疗方案。 因此儿童肾脏恶性肿瘤的泛癌分子机制研究对其诊治有重要意义。
儿童肾肿瘤目前临床和基础研究的概况与进展根据现有报道对儿童肾肿瘤的研究概况进行评估， 发现儿童各类肾肿瘤的基础和临床研究进展落后于成人肾肿瘤及其它成人癌症。
具体表现在： 1、相关专项研究机构和中心较少；2、相关文献报道数量少；3、多数基础研究设计缺乏深度和广度；4、大多数基础研究报告缺少细胞学和动物学层面的实验验证；5、临床靶向及免疫治疗研究进度缓慢，新药临床试验疗效不佳。
不过以COG和SIOP两大国际儿童肿瘤协作组主导的儿童肾肿瘤临床试验研究在过去的10-15年也取得了一些令人满意的成果， 综合治疗方案的不断优化，使得WT疗效持续提升。而RT和CCSK一直缺少规范化的综合治疗方案。
在研究分子机制的基础科学领域，肾母细胞瘤较其它两种儿童肾肿瘤较成熟，目前TARGET项目主导的一项针对117例WT基因遗传图谱研究的文献报道最为全面深入。 这项研究涵盖了肾母细胞瘤的全基因组数据，重点针对WT中的基因突变（SNV）、拷贝数变异（CNV）、染色体变异、DNA甲基化、胚系突变和体细胞突变进行了全面的分析和阐述。
这一研究新发现了肾母细胞瘤中BCOR、BCORL1、NONO、MAX、COL6A3等突变和MYCN、LIN28B、MIRLET7A的拷贝数变异，涉及PALB2和CHEK2的胚系突变也首次被揭示。 此外其他研究报道包括WT1、CTNNB1、AMER1、TP53、SIX1、SIX2等40余个基因突变或拷贝数变异被证实在肾母细胞瘤中存在。
提示WT的发生发展是多个基因突变驱动的，这与RT和CCSK报道的单一驱动因素的特点不同。既往认为SMARCB1单一基因突变或缺失是RT的主要发病机制，报道了针对40例颅外恶性横纹肌样瘤的全基因组图谱绘制， 结果显示颅外RT整体的体细胞突变率较低，有39例颅外RT均存在SMARCB1的失活突变、拷贝数缺失。
其它约97%的突变均发生在DNA的非编码区。CCSK的分子机制研究报道更加有限，BCOR的内部串联复制被认为是CCSK最典型的遗传标志， 在对CCSK患儿术前行外周细胞游离血测序可发现BCOR-ITD呈阳性。
尽管一些小样本的研究多次对CCSK进行全基因组测序，但暂时尚未确定新的关键突变位点。无论是WT，还是RT和CCSK， 现有研究多数侧重在基因组和表观遗传学，对转录水平的基因表达和转录后的调控网络缺少全面深入的研究分析。
儿童肾肿瘤基因组和转录组之间的反差现象本研究全面分析了儿童和成人肾肿瘤的RNA-seq数据，在使用相同的R函数包和筛选条件下， 发现了儿童肾肿瘤中差异mRNA、差异lncRNA和差异miRNA的数量占比均显著高于成人肾肿瘤。
发表的关于儿童肿瘤泛癌基因图谱的研究结果显示，各类儿童肿瘤基因的突变频率要显著低于成人肿瘤， 其中就包括了儿童肾母细胞瘤（0.17perMb）和成人肾透明细胞癌（1-10perMb）。同样的，现有研究报道RT和CCSK也处于很低的基因突变频率。
即儿童肾肿瘤DNA水平较低的突变频率，却在RNA水平对应更多数量的差异表达。虽然DNA水平的基因突变和拷贝数变异不一定和转录后水平RNA的表达量直接相关， 但儿童肾肿瘤基因组和转录组两个层次的反差现象也是令人费解的。
为理清原因，需要回溯基因变异对基因表达调控的影响。基因调控的方向是从DNA转录到RNA，RNA再翻译到蛋白，最终在蛋白水平发生实质生物学作用。 DNA是整个调控轴的源头，因此肿瘤发生的源头在于DNA的变异，DNA变异包括了基因序列和结构的异常变化。
序列变异包括单核苷酸变异和多核苷酸变异，结构变异则包括拷贝数变异、染色体异位、长度50bp以上的片段的插入、删除或串联重复。 RNA是DNA转录得到的产物，转录丰度的高低即为RNA的表达量，不同RNA表达量的差异反映的是细胞功能和转录后调控网络的差异。
目前已经明确的DNA变异能够影响RNA水平表达量的机制主要包括两种：1、 拷贝数变异可以直接改变大片段DNA的拷贝数，从而改变基因在DNA水平的原始剂量 ，而基因DNA剂量的改变直接影响到其转录过程中翻译的RNA剂量。
2、核苷酸变异可以改变转录过程中的调控原件，通过影响转录因子与顺式作用元件的结合，直接影响基因的转录。 另外，RNA的表达水平不只受DNA转录的调控，同时也受内源性竞争RNA的调控，lncRNA-miRNA-mRNA构成的调控轴可在转录后水平直接调控靶基因的表达量。
基于上述的几个因素，我们认为儿童肾肿瘤的突变频率较成人低，但RNA差异基因的数量占比却显著高于成人这一现象的原因主要由以下机制造成：1、 儿童肾肿瘤的突变位点多数位于DNA的非编码区，无论是单核苷酸变异还是多核苷酸变异，如果导致顺式作用元件的序列改变，均可影响转录因子蛋白与编码基因上游的启动子、增强子、沉默子的结合，进一步影响编码基因的转录表达；
2、LncRNA和miRNA主导的主导的转录后调控在儿童肾肿瘤中更加频繁和广泛，通过调节与靶基因mRNA的结合降解，从而更大程度的影响基因的表达。 儿童肾肿瘤细胞在功能特点上更接近胚胎肾细胞而非成熟肾细胞在对WT、RT、CCSK三种儿童肾脏恶性肿瘤的差异基因进行重叠，共得到了1781个共同的差异基因。
这1781个差异基因占总编码基因数量的9.4%，占三种肾肿瘤各自差异基因的33%-45%，这提示WT、RT、CCSK中有相当数量的生物过程、分子机制和功能通路是重叠的， 说明儿童肾肿瘤的发生发展机制存在较大的共性。
通过对儿童肾肿瘤共同差异基因的GO分析和KEGG通路分析， 我们发现了这些共同的差异基因主要富集在和胚胎肾发育相关的生物学过程，这一结果也与儿童肾肿瘤的临床病理特点相符。
在对人类肾细胞和肾肿瘤细胞单细胞测序的研究发现，结合基因分型和相似性分析显示，肾母细胞瘤细胞与胚胎肾的输尿管芽和原始囊泡细胞相似， 提示WT细胞是异常发育的胚胎肾细胞。
在针对WT的拟时序分析中，发现了两条不同的发育路径，一条代表了肾源性残余的发育过程，另一条则是WT肿瘤生长的过程，这一发现明确了肾母细胞瘤的胚胎属性。 RT和CCSK的分子机制研究尚不成熟，其发病与胚胎肾的关系尚无确切的文献报道。
但从发病的临床特点分析，本次纳入COG的样本中RT和CCSK的平均发病年龄明显低于WT， 有RT患儿未出生前肿瘤已经发生，这些临床特征已经提示RT、CCSK与胚胎肾的发育相关。
成人肾肿瘤的发病平均年龄在50岁左右，通过单细胞测序数据对成人肾癌细胞进行相似性分析时， 发现肾透明细胞癌与成熟的近曲小管细胞类群更为接近，与胚胎肾细胞差异较大。
本研究中发现儿童差异RNA的数量和比例显著高于成人肾肿瘤， 其中的对照组是正常成熟肾组织，侧面反映了成人肾肿瘤细胞在功能特点上与成熟的正常肾组织更为接近。
WT、RT和CCSK各自引起间充质向肾脏分化异常的关键基因和通路不全相同为了进一步深入明确儿童和成人肾肿瘤发病机制的差异性， 我们使用了GSEA富集分析实现了各类肾肿瘤中关键生物学过程和重要通路的精准定位。
我们罗列了“c5.all.v7.2.symbols.gmt”“c2.cp.v7.2.symbols.gmt”数据集中所有显著意义的生物学过程和信号通路， 从中筛选出所有与肾脏发育和肾肿瘤相关的通路进行对比。
其中最具有代表意义的发现是：WT、RT、和CCSK所有与胚胎间充质形态发生和后肾间质发育相关的基因集一致性富集在mRNA表达排序的顶端， 而在成人RCC、RPC和RCR中，与胚胎肾间质发育相关的基因集的富集均呈现出完全相反的趋势。
解析这一现象需要从胚胎泌尿系统的发育过程分析，在胚胎4-8周期间，外胚层、中胚层和内胚层开始分化形成机体各类组织器官的原基， 其中中胚层的细胞往往先形成间充质，再由间充质分化成为各种结缔组织和器官，其中泌尿系统的主要器官由间介中胚层的间充质细胞分化而来。
在胚胎第5周，胚胎中肾管发出的输尿管芽长入中肾嵴，诱导中胚层的间充质细胞聚集在输尿管芽周围，在输尿管芽的诱导下分化形成包绕输尿管芽的生后肾原基。 胚胎肾间充质从被诱导聚集，到分化出帽间质和原始囊泡细胞。
到最终发育呈肾组织，这一诱导分化的过程受WT1、CTNNB1、SIX2、SIX1、FGFR1、CHD4等关键基因的调控。 上述基因的突变和表达异常均可引起间充质向生后肾基源的分化异常。
巧合的是，这些调控间充质发育的基因在肾母细胞瘤中均检测到有SNV或者CNV的突变情况。同时本研究发现在mRNA的表达方面， WT1在仅肾母细胞瘤中显著高表达，FGFR1仅在肾恶性横纹肌样瘤和肾透明细胞肉瘤中显著高表达，SIX2、SIX1在三种儿童肾肿瘤中均显著高表达。
结合GSEA的富集结果，我们可以有以下推断：间充质向肾脏细胞分化过程的异常是儿童肾肿瘤发病的重要病因， 这一胚胎分化发育过程的相关基因集在儿童肾肿瘤中呈显著上调，这是儿童肾肿瘤的共性。
但在不同种类的儿童肾肿瘤中，各自引起间充质分化异常的关键基因和通路不全相同。 儿童肾肿瘤的预后特点和预后模型的分层效能除了发病机制存在共性外，儿童肾肿瘤各自还存在明显的特异性，其中最显著的特异性即肿瘤的预后。
根据COG和SIOP的统计，WT经过规范的综合治疗后，五年生存率可达85%，整体预后较好。 CCSK的预后较WT稍差，以往5年生存率70%左右，改善疗法后可升至80%以上。RT预后最差，RT的总生存率为41.8%，晚期仅为15.9%。
COX计算分析得到了所有预后相关的mRNA和lncRNA，比对后发现WT、RT、CCSK之间决定预后相关RNA各不相同，说明决定儿童肾肿瘤预后的分子机制各不相同。 对于预后差的RT，为了提供更精准的治疗方案，制定合适强度的化疗和放疗方案，危险分层显得格外重要。
即使是预后较好的WT，对于复发、转移和预后不良病理类型的治疗也尤为艰难。 因此我们构建了LncRNA+mRNA的预后模型对儿童肾肿瘤进行危险分层。
从模型的KM生存曲线和SROC来看，目前三种儿童肾肿瘤预后模型的分层效能是理想的，但CCSK样本仅13例，导致模型构建的误差偏大， 下一步需要进一步扩充样本量来完善CCSK的预后模型构建，并需要多中心的数据对模型进行验证。
综上所述，儿童肾肿瘤中差异表达的mRNA、lncRNA和miRNA数量和占比显著高于成人肾肿瘤， 提示儿童肾肿瘤细胞在RNA水平功能调控的异常程度高于成人肾肿瘤。
转录后水平内源竞争RNA的调控网络也更复杂，而成人肾肿瘤细胞在转录后水平的分子功能与正常肾脏细胞更为接近。
胚胎时期间充质向后肾细胞发育分化过程的异常是儿童肾肿瘤发病的重要生物学过程，胚胎发育过程的相关基因集在肿瘤组织中均呈显著上调是儿童肾肿瘤的共性。 但在不同种类的儿童肾肿瘤中，各自引起间充质分化异常的关键基因和通路不全相同。
肿瘤预后特点以及预后相关关键基因在三种儿童肾肿瘤之间存在明显的特异性，mRNA联合lncRNA构建的预后模型表现出了高效的分层效能，为儿童肾肿瘤的临床危险分层和精准治疗提供了新的方法。
