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这期继续聊聊肿瘤的克隆进化，好多同学反馈基于生信分析的流程得到的结果，不知道怎么解读，那么就需要我们了解更多关于肿瘤进化的生物学、医学上的知识，生信分析只是一种手段，真正的高手是能否解读分析结果的人，因此我们先来了解一下这些必要的储备知识。

前言

癌症到底是如何起源发生的？长期以来科学家们在揭示癌症起源的研究上花费了大量的人力和时间，当然他们也取得了一些重大的突破性研究成果。

近日，来自英国桑格研究所（Wellcome Trust Sanger Institute）等处的研究者通过研究首次揭示了引发肿瘤发育的突变过程，这些突变过程就可以帮助解释30种最为常见的癌症类型，这项研究或可帮助开发治疗以及预防一系列癌症的方法，相关研究刊登于国际杂志Nature上。

每一个突变过程都会留下特殊的突变模式，这就是基因组中引发癌症的印记，研究者通过对人类最常见的癌症中的7042个基因组进行研究，发现了其中20个突变DNA的特性，在这些突变标记中，研究者也鉴别出了隐藏在其背后的生化代谢过程。

所有的癌症都是由于机体细胞的DNA发生突变引起的，尽管我们知道烟草中的化学物可以引发肺部细胞的突变，进而引发肺癌，但是我们对于疾病发病背后的生物学过程却知道的甚少。研究者Ludmil Alexandrov表示，我们鉴别出了癌症的突变标记，这就可以解释病人的癌症发生历史以及其遗传突变标记；目前我们希望通过研究来理解癌症基因组突变标记中的复杂的生物学过程。

“物竞天择”是达尔文进化论的核心。汉语解释是生物互相竞争，能适应生活者被选择存留下来。在生物进化论中的意思是每种生物在繁殖下一代时，都会出现基因的变异。同样在肿瘤的起源和进化过程中表现得淋漓尽致。——————————————————————————————————

肿瘤细胞的起源

单克隆起源(monoclonal theory)

一个肿瘤的细胞群体源于一个转化单细胞的不断增殖而成。而这个单细胞是具有分化和增殖的干细胞(stem-cell)。对细胞群的遗传标记分析，具有高度一致性。例如:多灶性细支气管肺泡癌(BAC)，原发灶，卫星灶，转移灶中的不同区域的癌细胞k-ras具有相同的突变。肿瘤的单克隆起源证据: 所有的淋巴瘤细胞都有相同的免疫球蛋白基因或T细胞受体基因重排，提示它们单一起源于B细胞或T细胞。女性的一些恶性肿瘤的所有癌细胞都含有相同失活的X染色体，表明它们是单—细胞起源。同一肿瘤中所有肿瘤细胞都具有相同的标记染色体。FISH方法对癌组织中突变的癌基因或抑制基因进行直接分析也证实了肿瘤的克隆持性。

多克隆起源(polyclonal theory）

肿瘤细胞群是由多个肿瘤克隆发展而来。鼠肠肿瘤细胞的基因分析:在肿瘤的不同区域取样的细胞，在APC基因和Mshz基因具有不同的缺失。肿瘤生长演进过程由于出现异质性(heterogeneity)，而导致肿瘤由不同的克隆构成。其中占主导数目的克隆构成肿瘤干系(stem line)，干系肿瘤细胞的染色体数目称为众数(modal number)。非主导数目的克隆称为肿瘤旁系(side line)。

单中心发源和多中心发源

单中心发源（单性灶)︰肿瘤源于原始的一簇细胞。从原位灶到浸润灶，转移灶，复发灶都由第一代肿瘤细胞而来。多中心发源（多灶性)︰肿瘤源于不同区域的多簇细胞。原位灶，癌旁浸润灶，对称器官，系统器官肿瘤细胞有不同程度的异型型。分子生物学实验支持单中心起源原。

肿瘤克隆进化

1. 克隆进化演化学说

在肿瘤细胞里染色体存在着克隆演化(clone evolution)，形成现异质性 (heterogeneity)， 演变为多克隆性，其中占主导数目的克隆构成肿瘤干系(stemline)，系肿瘤细胞的染色体数目称为众数，除干系外还有一些非主导的克隆，称为旁系。由于内外环境因素的影响，单克隆起源的癌细胞，其核型常常不完全相同。且不同核型的细胞生存和增殖能力不同，有的细胞在选择过程中逐渐淘汰，有的则形成增殖优势，这称为肿瘤细胞染色体的克隆演化，即肿瘤的克隆演化学说。

2. 肿瘤克隆鉴定核心指标

CCF（Cancer Cell Fraction）指的是肿瘤细胞中包含某个SNV的细胞所占比例。

CCF=1：起始突变存在于每一个肿瘤细胞中；

CCF<1：突变并不是存在每个细胞中的肿瘤称为亚克隆。

3. 肿瘤的异质性

肿瘤异质性是指肿瘤在生长过程中，经过多次分裂增殖，其子细胞呈现出分子生物学或基因方面的改变，从而使肿瘤的生长速度、侵袭能力、对药物的敏感性、预后等各方面产生差异。肿瘤的异质性是恶性肿瘤的特征之一。异质性主要是由两个主要因素导致的：

遗传（或表观遗传）改变介导发生的，如基因组不稳定；

肿瘤克隆的进化选择。

肿瘤异质性包括两种情况：

瘤间异质性;

瘤内（克隆）异质性;

细胞间异质性。

4.肿瘤转移

肿瘤转移是指恶性肿瘤细胞从原发部位，经淋巴道，血管或体腔等途径，到达其他部位继续生长的这一过程。恶性肿瘤的这种特性，应该称为扩散。恶性肿瘤的转移往往是肿瘤治疗失败的主要原因。良性肿瘤无转移。恶性肿瘤容易发生转移，其方式有四种：

①直接蔓延到邻近部位；

②淋巴转移：原发癌的细胞随淋巴引流，由近及远转移到各级淋巴结，也可能超级转移；或因癌阻碍顺行的淋巴引流而发生逆向转移。转移癌在淋巴结发展时，淋巴结肿大且变硬，起初尚可活动，癌侵越包膜后趋向固定，转移癌阻碍局部组织淋巴引流，可能引起皮肤、皮下或肢体的淋巴水肿；

③血行转移：癌细胞进入血管随血流转移至远隔部位如肺、肝、骨、脑等处，形成继发性肿瘤；

④种植：瘤细胞脱落后种植到另一部位，如内脏的癌播种到腹膜或胸膜上。显然，恶性肿瘤转移将增加对机体的损害作用，而且影响转归。

5. 肿瘤驱动基因

加油基因”负责保持生长速度，让身体的细胞不断得到更新；“刹车基因”负责减缓或者终止细胞生长，以供新生细胞代替原来功能。肿瘤驱动基因（driver gene）：某些“加油基因”或者“刹车基因”突变后就会对癌症的发生和发展过程起到推动作用且影响显著；乘客基因（passenger gene）：而不会直接导致癌症发展的基因。

6. 肿瘤耐药性亚克隆

多个细胞引起的多克隆起源在未治疗的淋巴结转移（17/29）和远端转移（20/70）中存在，在药物治疗后这个比例大大减少。关于多克隆起源一直以来都没有一个普遍的定论，它在不同肿瘤中存在很大的差异。

最近的研究表明，肿瘤内的异质性有助于晚期疾病的耐药性。肿瘤内异质性可能促进耐药亚克隆的选择，有时在治疗前可检测到。NGS测序使癌症生命历史的系统发育重建成为可能，并揭示了癌症的不同模式进化。这些研究表明，癌症的演变并不总是随机的，而且有一定的限制。考虑到癌症进化的发展可能使临床试验和癌症治疗的设计更好。

肿瘤异质性在生物标志物预测和肿瘤对临床治疗的耐药性中的作用。最初的癌症诊断和首次治疗取决于最初的细胞和分子特征，来源于一小部分肿瘤，比如活检，这里的图显示了一个完整的代表，但在某些情况下，它可能是有偏差的。在大多数情况下，目前的一线治疗可以成功地消除主要的肿瘤克隆，但需要通过差异敏感性。

(1)治疗诱导突变；

(2)选择耐药肿瘤克隆。

说到这里，大概了解一下肿瘤克隆进化的前世今生，方便我们后面解读生信的分析结果，下一期我们继续聊一聊肿瘤克隆进化的模式。