肿瘤的发生，往往与几个关键基因的突变相关联。基于此，针对不同关键基因突变的各种特异性的分子靶向药物不断被研发出来，为非小细胞肺癌的治疗提供了新的方向。在非小细胞肺癌中，最常见的突变为表皮生长因子受体（EGFR）和间变性淋巴瘤激酶（ALK）基因重排。表皮生长因子受体（EGFR）正常情况下表达于上皮细胞表面，而在各种恶性肿瘤中常常过度表达。是否存在EGFR突变是选择合适治疗方法的重要指标：存在EGFR突变的患者，通常可从酪氨酸激酶抑制剂（TKI）治疗中获益。腺癌中EGFR突变的发生率在亚洲人群中高达50%，在不吸烟者、女性以及非粘液性肿瘤中发生率更高。但如果患者存在KRAS突变，则可能发生TKI耐药性，通过对KRAS测序可能有助于选择接受TKI治疗的患者。不到1%的肺癌患者会同时出现EGFR和KRAS突变。间变性淋巴瘤激酶（ALK）基因重排表现为ALK与各种伴侣基因融合，这类患者中ALK抑制剂可能是一种非常有效的治疗策略。ALK基因重排发生于3%-7%的非小细胞肺癌，更多见于非吸烟的较年轻腺癌患者。
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