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肺癌復發。該模型演示了腫瘤如何不斷獲得更加合適的克隆，產生亞克隆以及最終出現腫瘤異質性的過程。 為何肺癌如此容易復發? 大約40年前，研究者就預測每位癌癥患者都需要得到個體化的治療，即使這樣，還是有些負隅抵抗的癌細胞會卷土重來。如今，在多種惡性腫瘤中，我們都不得不懷著沉重的心情接受這一預測的正確性。現在，已經有研究證實，惡性細胞克隆及亞克隆的演化進展不僅僅通過逐漸獲得突變的方式，同時也和突然發生的災難性事件(例如大量染色體重組)有關，這些都會導致腫瘤組織內的基因組異質性的出現。新一代測序技術的出現，讓研究者可以對這些生物學過程進行前所未有的細致研究。在血液性惡性腫瘤、乳腺癌、卵巢癌、膀胱癌、胰腺癌和腎癌中都發現了大量的腫瘤內異質性現象。最近，Zhang及de Bruin等人帶領的研究小組都有了新的研究發現，分別在自己的研究中發現了肺癌中普遍存在的腫瘤內異質性，為今后的研究奠定了重要基礎。 肺癌是全世界最常見的癌癥相關導致的死亡原因之一。其中，非小細胞肺癌(NSCLC)是最常見的分型，大約占新診斷肺癌病例中的85%。根據所在地區的不同，有10%-40%的NSCLC患者沒有吸煙史，多于一半的患者在診斷出肺癌數年前就已經戒煙。大部分NSCLC患者在確診時，不是已經發生轉移，就是在接受針對原發癌癥所進行的治療時，出現復發，這一現象也說明了對該疾病進行系統化研究的重要性。在過去數十年里所研發使用的細胞毒性的化療方法，最終證明只能對轉移性NSCLC患者的生存率有非常一般的提高。然而，有一小部分患者(15%)，腫瘤發生與編碼表皮生長因子受體(EGFR)的基因發生突變有關，或者與編碼間變性淋巴瘤激酶(ALK)基因突變有關，在接受特異靶向性治療后，表現出顯著的療效。盡管這些患者在確診數年后，最終也會出現腫瘤的惡性進展。全面闡明導致肺癌起始、維持、進展過程中的分子事件，對于找到提高患者預后的治療方法至關重要。 NSCLC發病與吸煙史之間的關系十分復雜，從基因組序列分析上，可以找到大量相關的單點突變、基因擴增、插入、刪除及結構重組。相反，從非吸煙的肺癌患者所獲得的組織樣品的研究來看，所具有的突變及基因組改變就少得多。到目前為止，幾乎所有針對肺癌的基因組研究所使用的樣本，都是來自腫瘤組織的單個區域，這無疑限制了對腫瘤內異質性及克隆演變的了解。 腫瘤的演變可以通過線性方式，也就是逐漸獲得更加合適的克隆，最終超過現有克隆的速度;或者采取更加常見的分支演進方式：多個亞克隆同時存在并進展，最終獲得異質性高度復雜的腫瘤組織。鑒別突變產生的關鍵“驅動者”——也就是使癌細胞具有選擇性生長優勢的突變——在NSCLC致病中的分支點，對于尋找有效的治療方法十分重要。Zhang等人采用多區域全外顯子測序技術，對11個肺腺癌樣本進行了檢測;de Bruin也使用相同的全外顯子測序手段以及/或者全基因組測序，對7個NSCLC原位腫瘤樣本中25個空間上彼此相隔的區域進行了檢測。在所有18個原位腫瘤中，腫瘤內異質性普遍存在。由de Bruin所進行的檢測中，大約有三分之一的非沉默突變出現在上述25個區域中的至少一個中，但并未出現在所有區域。De Bruin等人的研究結果表明，在亞克隆多樣化出現之前、甚至之后所出現的關鍵突變驅動的分支進化，有可能帶來一個我們十分不愿意看到的可能性：如果按照目前臨床上理性的做法，對腫瘤組織單個區域取樣，很有可能會漏檢在特定亞克隆內已經出現的突變。與之對應，Zhang等人從所有腫瘤樣本區域內21個已知癌基因中鑒定出了20個。由于這兩個研究的樣本量都太小，因此無法據此得到最終的結論，因此，在目前階段，臨床上單個區域活檢的方式也還會繼續下去。盡管對高風險的轉移性病變進行多區域、多位點的活檢有利于檢出突變，但還需要信服力更強的研究結果來支持，從而從根本上改變目前的例行做法。
克隆演化。該圖中的系統發生樹為我們展示了肺癌的克隆演化過程。餅圖顯示了發生于腫瘤進化早期(吸煙誘導的突變)和晚期進化(APOBEC介導的)的6種類型的突變。R表示腫瘤的區域。 研究者還需要進行更多的工作，以便闡明由突變驅動的區域性占優勢的亞克隆的比率，以及其在腫瘤轉移和藥物抗性上的作用。Zhang等人發現其中有三名攜帶大量亞克隆的患者在手術后出現復發，這一發現需要得到進一步的關注，已確定是否可以采用腫瘤內異質性自身作為預后較差的生物標記。 De Bruin等人的兩個有趣發現表明了，與吸煙相關的基因組事件發生于疾病很早的階段，與之相伴的還包括突變驅動性因子以及單核苷酸突變。與吸煙相關的基因組加倍等事件早在曾經有吸煙史的患者臨床疾病出現很久以前就已經發生，說明了第一組驅動性因子出現后，會有一個持久的潛伏期，然后才會出現臨床癥狀。即使持續吸煙，致癌物質相關的基因組事件會隨著時間而減少，同時伴有與一系列相關酶類活化相關的突變的增加，這類酶叫做載脂蛋白B mRNA剪接酶催化多肽樣胞苷脫氨酶(APOBEC)。 顯然，還需要進行更多的研究，去闡明克隆演化和分子內異質性的臨床意義。到目前為止所做的腫瘤內異質性的研究，主要依賴于DNA改變，但是，促進克隆進化的基因組事件很有可能超出了單核苷酸突變和拷貝數改變的范疇。多區域分析需要包括來自轉移位點的樣本，以及其對應的原位腫瘤病變，從而鑒定在轉移灶亞克隆的增加情況。此外，對轉移灶內克隆進化更清晰的了解(這些進化有可能是源于組織環境內的選擇性壓力)，有助于我們更好地鑒別更容易復發和發生遠處轉移的患者，從而有可能對其采取特異性的治療，以便阻止癌癥的遠處轉移。 癌癥基因組不準確的圖譜依然存在，主要是由于隨即發生以及治療引起的改變而造成的。想要透徹理解這一過程，需要進行一連串的活檢，以便從時間和空間上對克隆進化進行描述。新出現的技術很可能有助于我們對外周血內游離DNA進行全面的基因組分析(所謂的液體活檢)，從而避免侵入性的活檢方式。此外，統計學及算法領域也需要有進一步的發展，從而采用整合的多層次“組學”方法，對功能失調的基因與蛋白質網絡之間的相互作用進行研究。 為實現這些目標，臨床試驗基礎設施需要優化，從而與基因組研究與介入式臨床研究整合在一起。例如，Adjuvant Lung Cancer Enrichment Marker Identification and Sequencing (ALCHEMIST) trial會對8000名左右接受過手術切除治療的NSCLC患者進行篩查，檢測其是否攜帶EGFR突變和ALK重組，并確定靶向治療藥物在術后治療中的效果。該試驗會包括鑒別NSCLC患者體內基因組改變的研究。研究者會盡可能在患者復發時，獲得其組織樣本，以便對術后治療中的克隆進化進行研究。此外，還有一個大型的項目Tracking NSCLC Evolution Through Therapy (TRACERx)，及其姊妹研究Deciphering Anti-tumor Response and Evolution with Intratumor heterogeneity (DARWIN)即將進行，這都有助于加深我們對腫瘤內異質性和克隆進化的認識。 如果全國醫療系統中能夠實行統一的、對各類惡性腫瘤患者在接受手術時的術中活檢樣本進行多區域、多位點的基因組研究，將是幫助研究者更好地探知這一問題的關鍵。有組織的項目作為基礎可以保證較快地獲得具有更全面信息量的樣本。當然，尋找新的癌癥治療方法必將是一個長期而艱巨的過程。對基因組內改變的更深入的了解是尋找更合理、有效的治療方法的關鍵。 原文檢索： Kai Kupferschmidt. Attack of the Clones. Science, 10 August 2012; DOI: 10.1126/science.337.6095.636
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