肺癌细胞的“反攻大陆”行动

　　导读：大约40年前，研究者就预测即便每位癌症患者都能得到个体化的治疗，还是有些负隅抵抗的癌细胞会卷土重来，“反攻大陆”。如今，在多种恶性肿瘤中，我们都不得不怀着沉重的心情接受现实。

　　现在，已经有研究证实，恶性细胞不仅能逐渐累积突变，同时也能自发进行大量染色体重组，这些都会导致肿瘤组织内的基因组异质性（肿瘤亚克隆细胞）的出现。

　　新一代测序技术的出现，让研究者可以对这些生物学过程进行前所未有的细致研究。在血液性恶性肿瘤、乳腺癌、卵巢癌、膀胱癌、胰腺癌和肾癌中都发现了大量的肿瘤内异质性现象。以下用近期发现的肺癌中普遍存在的为例。

　　为何肺癌如此容易复发？

　　肺癌是全世界最常见的癌症相关导致的死亡原因之一。其中，非小细胞肺癌（NSCLC）是最常见的分型，大约占新诊断肺癌病例中的85%。根据所在地区的不同，有10%-40%的NSCLC患者没有吸烟史，多于一半的患者在诊断出肺癌数年前就已经戒烟。大部分NSCLC患者在确诊时，不是已经发生转移，就是在接受针对原发癌症所进行的治疗时，出现复发。

　　在过去数十年里所研发使用的细胞毒性的化疗方法，最终证明只能对转移性NSCLC患者生存率的提高效果不大。

　　但是，科学家发现，对有一小部分患者（15%），肿瘤发生与编码表皮生长因子受体（EGFR）的基因发生突变有关，或者与编码间变性淋巴瘤激酶（ALK）基因突变有关。在接受特异靶向性治疗后，表现出显著的疗效。这是否说明，从基因分子通路入手，阻断其编码突变率可以显著提高疗效？随着研究的深入，肺癌细胞间相互克隆变异的“地道”被逐渐挖掘出来。

　　原来，肺癌细胞呈现的克隆多态性是罪魁祸首。简单点来说，肺癌细胞的克隆变异能力较强。（如下图）

　　肺癌复发：该模型演示了肿瘤如何不断获得更加合适的克隆体，产生亚克隆以及最终出现肿瘤异质性的过程。

　　从吸烟相关研究的突破

　　NSCLC发病与吸烟史之间的关系十分复杂，故而研究者们习惯从中对比入手。他们发现从基因组序列分析上，对吸烟患者可以找到大量相关的单点突变、基因扩增、插入、删除及结构重组；相反，从非吸烟的肺癌患者所获得的组织样品的研究来看，所具有的突变及基因组改变就少得多。可见，香烟中的致癌物使得癌细胞有更大突变率。

　　这也揭示了，肺癌肿瘤的演变不仅可以通过线性方式，也就是逐渐获得更加合适的克隆，最终超过现有克隆的速度;或者采取更加常见的分支演进方式：还可以通过多个亚克隆同时存在并进展，最终获得异质性高度复杂的肿瘤组织。（如下图）鉴别突变产生的关键也就是使癌细胞具有选择性生长优势的突变——在NSCLC致病中的分支点，对于寻找有效的治疗方法十分重要。

　　克隆演化。该图中的系统发生树为我们展示了肺癌的克隆演化过程。饼图显示了发生于肿瘤进化早期（吸烟诱导的突变）和晚期进化（APOBEC介导的）的6种类型的突变。R表示肿瘤的区域。

　　抗药性和转移性大增

　　研究者还需要进行更多的工作，以便阐明由突变驱动的区域性占优势的亚克隆的比率，以及其在肿瘤转移和药物抗性上的作用。但就目前为止的文献已经可以显示：克隆演化和分子内异质性有着临床意义。复杂的恶性肺部肿瘤演化时，其产物有着往往会有多个分型。故而他们总体上对于药物有着强抗性。

　　所以医生需要更多的对肿瘤内异质性的研究。

　　面向未来的知识

　　目前研究还主要依赖于DNA，但是，促进癌细胞克隆进化的基因组事件很有可能超出了单核苷酸突变和拷贝数改变的范畴。

　　想要透彻理解这一过程，需要进行一连串的活检，以便从时间和空间上对克隆进化进行描述。新出现的技术很可能有助于我们对外周血内游离DNA进行全面的基因组分析（所谓的液体活检），从而避免侵入性的活检方式。此外，统计学及算法领域也需要有进一步的发展，从而采用整合的多层次“组学”方法，对功能失调的基因与蛋白质网络之间的相互作用进行研究。

　　为实现这个目标，多区域分析需要包括来自转移位点的样本，以及其对应的原位肿瘤病变，从而鉴定在转移灶亚克隆的增加情况。

　　更多的临床取样

　　另外，临床试验基础设施需要优化，从而与基因组研究与介入式临床研究整合在一起。

　　例如，Adjuvant LungCancer Enrichment Marker Identification and Sequencing （ALCHEMIST）实验会对8000名左右手术切除治疗的NSCLC患者进行筛查，检测其是否携带EGFR突变和ALK重组，并确定靶向治疗药物在术后治疗中的效果。该试验会包括鉴别NSCLC患者体内基因组改变的研究。研究者会尽可能在患者复发时，获得其组织样本，以便对术后治疗中的克隆进化进行研究。

　　此外，还有一个大型的项目Tracking NSCLCEvolution Through Therapy （TRACERx），及其姊妹研究DecipheringAnti-tumor Response and Evolution with Intratumor heterogeneity （DARWIN）即将进行，这都有助于加深我们对肿瘤内异质性和克隆进化的认识。

　　如果全国医疗系统中能够实行统一的、对各类恶性肿瘤患者在接受手术时的术中活检样本进行多区域、多位点的基因组研究，将是帮助研究者更好地探知这一问题的关键。有组织的项目作为基础可以保证较快地获得具有更全面信息量的样本。

　　当然，寻找新的癌症治疗方法必将是一个长期而艰巨的过程。对基因组内改变的更深入的了解是寻找更合理、有效的治疗方法的关键。

　　作者：Kai Kupferschmidt 来源：Science