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，产生亚克隆以及最终出现肿瘤异质性的过程。

为何肺癌如此容易复发?

大约40年前，研究者就预测每位癌症患者都需要得到个体化的治疗，即使这样，还是有些负隅抵抗的癌细胞会卷土重来。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这一预测的正确性。现在，已经有研究证实，恶性细胞克隆及亚克隆的演化进展不仅仅通过逐渐获得突变的方式，同时也和突然发生的灾难性事件(例如大量染色体重组)有关，这些都会导致肿瘤组织内的基因组异质性的出现。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。最近，Zhang及de Bruin等人带领的研究小组都有了新的研究发现，分别在自己的研究中发现了肺癌中普遍存在的肿瘤内异质性，为今后的研究奠定了重要基础。

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，这一现象也说明了对该疾病进行系统化研究的重要性。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患者的生存率有非常一般的提高。然而，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。尽管这些患者在确诊数年后，最终也会出现肿瘤的恶性进展。全面阐明导致肺癌起始、维持、进展过程中的分子事件，对于找到提高患者预后的治疗方法至关重要。

NSCLC发病与吸烟史之间的关系十分复杂，从基因组序列分析上，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。到目前为止，几乎所有针对肺癌的基因组研究所使用的样本，都是来自肿瘤组织的单个区域，这无疑限制了对肿瘤内异质性及克隆演变的了解。

肿瘤的演变可以通过线性方式，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：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。鉴别突变产生的关键“驱动者”——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。Zhang等人采用多区域全外显子测序技术，对11个肺腺癌样本进行了检测;de Bruin也使用相同的全外显子测序手段以及/或者全基因组测序，对7个NSCLC原位肿瘤样本中25个空间上彼此相隔的区域进行了检测。在所有18个原位肿瘤中，肿瘤内异质性普遍存在。由de Bruin所进行的检测中，大约有三分之一的非沉默突变出现在上述25个区域中的至少一个中，但并未出现在所有区域。De Bruin等人的研究结果表明，在亚克隆多样化出现之前、甚至之后所出现的关键突变驱动的分支进化，有可能带来一个我们十分不愿意看到的可能性：如果按照目前临床上理性的做法，对肿瘤组织单个区域取样，很有可能会漏检在特定亚克隆内已经出现的突变。与之对应，Zhang等人从所有肿瘤样本区域内21个已知癌基因中鉴定出了20个。由于这两个研究的样本量都太小，因此无法据此得到最终的结论，因此，在目前阶段，临床上单个区域活检的方式也还会继续下去。尽管对高风险的转移性病变进行多区域、多位点的活检有利于检出突变，但还需要信服力更强的研究结果来支持，从而从根本上改变目前的例行做法。

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。

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。Zhang等人发现其中有三名携带大量亚克隆的患者在手术后出现复发，这一发现需要得到进一步的关注，已确定是否可以采用肿瘤内异质性自身作为预后较差的生物标记。

De Bruin等人的两个有趣发现表明了，与吸烟相关的基因组事件发生于疾病很早的阶段，与之相伴的还包括突变驱动性因子以及单核苷酸突变。与吸烟相关的基因组加倍等事件早在曾经有吸烟史的患者临床疾病出现很久以前就已经发生，说明了第一组驱动性因子出现后，会有一个持久的潜伏期，然后才会出现临床症状。即使持续吸烟，致癌物质相关的基因组事件会随着时间而减少，同时伴有与一系列相关酶类活化相关的突变的增加，这类酶叫做载脂蛋白B mRNA剪接酶催化多肽样胞苷脱氨酶(APOBEC)。

显然，还需要进行更多的研究，去阐明克隆演化和分子内异质性的临床意义。到目前为止所做的肿瘤内异质性的研究，主要依赖于DNA改变，但是，促进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。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。此外，对转移灶内克隆进化更清晰的了解(这些进化有可能是源于组织环境内的选择性压力)，有助于我们更好地鉴别更容易复发和发生远处转移的患者，从而有可能对其采取特异性的治疗，以便阻止癌症的远处转移。

癌症基因组不准确的图谱依然存在，主要是由于随即发生以及治疗引起的改变而造成的。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。

为实现这些目标，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 Lung Cancer Enrichment Marker Identification and Sequencing (ALCHEMIST) trial会对8000名左右接受过手术切除治疗的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 NSCLC Evolution Through Therapy (TRACERx)，及其姊妹研究Deciphering Anti-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。

原文检索：

Kai Kupferschmidt. Attack of the Clones. Science, 10 August 2012; DOI: 10.1126/science.337.6095.636

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