乳腺癌病理切片圖。從目前的研究看，乳腺癌患者體內(nèi)至少存在七十余種“司機(jī)突變”組合。

    這一里程碑式的成果像進(jìn)化樹一樣，首次描繪出一幅癌癥基因組的全景圖，而不是個(gè)別基因中的個(gè)別突變。

    走出廣州醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院的大門時(shí)，28歲的陳小川一臉茫然。她怎么也想不通，與她同齡的丈夫不抽煙、不喝酒、每周堅(jiān)持游泳，為什么會(huì)突然被查出肺癌晚期？一份來自國內(nèi)最權(quán)威的呼吸病研究機(jī)構(gòu)的“判決書”,讓這個(gè)家庭毫無準(zhǔn)備地走上了艱辛的抗癌之路。

    與陳小川夫婦相似，對(duì)于絕大多數(shù)的腫瘤患者來說，癌癥都是來得那么突然。為什么有些人抽了一輩子煙也沒有得肺癌，為什么有些女人到了50歲以后乳腺癌的發(fā)病率高達(dá)80%?導(dǎo)致臨床上1/7死亡病例的癌癥似乎無處不在，又無據(jù)可查。

    然而來自英國桑格研究院（WellcomeTrustSangerInstitute）的最新研究表明，癌細(xì)胞在癌癥發(fā)生的過程中留下了蛛絲馬跡。“這些痕跡就像是留在癌細(xì)胞DNA中的考古學(xué)印記，癌細(xì)胞中的突變過程在癌癥引起注意之前很多年，就已經(jīng)被激活了。”

    斯特拉頓（MikeStratton）教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，通過測(cè)序分析21個(gè)乳腺癌患者基因組，發(fā)現(xiàn)了癌癥發(fā)生發(fā)展過程中出現(xiàn)的突變，首次解析了癌癥發(fā)生發(fā)展的全過程。基于這一研究成果的兩篇重磅論文接連發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上。

    癌癥進(jìn)化樹

    “所有的癌癥都是由突變引起的，這些突變稱為體細(xì)胞突變，是在人一生當(dāng)中，由最初正常細(xì)胞中的DNA逐漸出現(xiàn)的。”斯特拉頓教授說。

    基因發(fā)生突變的體細(xì)胞，在與正常體細(xì)胞生存競(jìng)爭(zhēng)的過程中不斷進(jìn)化，最終變成永生不死的癌細(xì)胞。癌細(xì)胞無限制地增殖，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。這聽起來很像是達(dá)爾文關(guān)于物種起源的“進(jìn)化論”.兩者的區(qū)別在于，物種的進(jìn)化要?dú)v經(jīng)成千上萬年，而癌變的發(fā)生，則只需要數(shù)年，甚至更短的時(shí)間。

    在癌變發(fā)生的過程中，體細(xì)胞的每一次突變，都會(huì)在其基因組上留下印跡。就像是在一次次地加蓋印戳。分析基因組上不同時(shí)期體細(xì)胞變異時(shí)留下的印跡，就可以得到癌細(xì)胞完整的進(jìn)化史。

    “我們就像考古一樣挖掘出了這項(xiàng)癌癥基因組，揭示了之前未知的突變模式。雖然我們并不確切了解引發(fā)這些突變模式的生物學(xué)機(jī)理，但是我們認(rèn)為正常細(xì)胞中產(chǎn)生突變的某些過程被過度激活了，這樣簡(jiǎn)單的引發(fā)了過多突變的出現(xiàn)，造成癌癥。”斯特拉頓教授就是根據(jù)這個(gè)原理，通過研究21名乳腺癌患者的基因組，繪制出乳腺癌體細(xì)胞突變的進(jìn)化樹。

    據(jù)此闡釋了癌變發(fā)生的詳細(xì)過程：最初基因突變的體細(xì)胞首先會(huì)不斷分化，形成一個(gè)龐大的突變體細(xì)胞家族。家族的成員經(jīng)過體內(nèi)微環(huán)境的“自然選擇”,只有生存能力最強(qiáng)的亞克隆才能不斷增殖。同時(shí)，通過這種方式，癌癥基因在突變體細(xì)胞內(nèi)不斷累積，后者也逐漸完成了自身的進(jìn)化。但某一突變體細(xì)胞的亞克隆占到其家族細(xì)胞總數(shù)的半數(shù)以上，患者就會(huì)臨床上表現(xiàn)出癌癥的具體癥狀。

    “英國學(xué)者的這項(xiàng)最新研究猶如為癌癥的發(fā)生發(fā)展構(gòu)建了一棵進(jìn)化樹。”國內(nèi)乳腺癌專家、中山大學(xué)附屬第二醫(yī)院副院長(zhǎng)宋爾衛(wèi)教授在接受筆者采訪時(shí)對(duì)此評(píng)價(jià)，這項(xiàng)研究的成果與腫瘤發(fā)展的分支演化理論相符合。

    “同一個(gè)樹干，好比物種起源時(shí)的同一個(gè)祖先，在進(jìn)化過程中由于受到環(huán)境的影響，分出不同分叉的物種，向不同的方向發(fā)展，腫瘤細(xì)胞也類似如此。”

    “一些概率比較高的突變基因發(fā)生在腫瘤的早期，在腫瘤發(fā)展的過程中不斷有新的突變出現(xiàn)，每一種新的突變衍生出一種新的分支，由樹干到樹枝，越來越細(xì)，樹枝就代表概率低的突變，也就是在腫瘤后期晚期發(fā)生出來的基因突變。”宋爾衛(wèi)說，這項(xiàng)研究成果就像一棵進(jìn)化樹一樣，描繪出一幅癌癥基因組全景圖。

    細(xì)胞機(jī)制缺陷

    癌變發(fā)生的過程表明，多數(shù)乳腺癌患者在被確診之前，體內(nèi)的癌變就已經(jīng)開始。在臨床上，只有癌變發(fā)展到一定程度，或者說，只有突變體細(xì)胞完成自身的進(jìn)化，癌變才有可能被目前的診斷手段所發(fā)現(xiàn)。而事實(shí)上，癌癥的發(fā)生過程應(yīng)以體細(xì)胞變異為起點(diǎn)，如此算來，患者早在十余年前就已經(jīng)患上癌癥。

    “這種現(xiàn)象很早就有人提出，癌細(xì)胞逃避人體免疫的監(jiān)控后，在目前的技術(shù)還不能發(fā)現(xiàn)之前，被稱為亞臨床腫瘤。”宋爾衛(wèi)說，“一個(gè)人一生中是否容易患癌癥，可能在出生的時(shí)候已經(jīng)被腫瘤易感基因決定了，我們希望盡量把臨床發(fā)現(xiàn)點(diǎn)提前到越早越好，但目前還無法提前到腫瘤剛發(fā)生的時(shí)候。”

    斯特拉頓教授在論文中闡述，“我們不認(rèn)為這些突變模式是外部因素，比如吸煙，或者光照引起的，這些常被認(rèn)為是引發(fā)突變和癌癥的因素，相反我們認(rèn)為引發(fā)這些突變模式的是內(nèi)部細(xì)胞機(jī)制缺陷。”

    “但為什么有些即使存在突變，人體內(nèi)的免疫系統(tǒng)也會(huì)把這些早期癌細(xì)胞清除掉，而有些突變即使不是很明顯，但是還是能夠引起許多癌癥基因的激活？”

    宋爾衛(wèi)教授認(rèn)為，基因突變的確很大程度上取決于先天缺陷，但是這些缺陷的基因能不能表達(dá)，或者是這個(gè)基因在突變之后會(huì)不會(huì)擴(kuò)增，將受到很多因素的影響，比如轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄前水平和轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控，這些被稱為表觀遺傳調(diào)控的因素不依賴于DNA序列。“這些調(diào)控現(xiàn)在被認(rèn)為比DNA序列的突變更重要，受環(huán)境的影響更大。”

    “英國學(xué)者的研究目前從DNA序列層面上提供了腫瘤異質(zhì)性的依據(jù)，但腫瘤的發(fā)生發(fā)展更重要取決于基因表達(dá)譜的變化，有突變的基因不一定表達(dá)，或者有些沒有突變的基因可能有過表達(dá)，另外還涉及蛋白質(zhì)有沒有表達(dá)，蛋白質(zhì)表達(dá)有沒有信號(hào)通路激活等等。”宋爾衛(wèi)說。

    對(duì)此，斯特拉頓教授在論文中也表示，目前還需要更多的實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證細(xì)胞機(jī)制缺陷引發(fā)突變的觀點(diǎn)。

    英國的研究者還發(fā)現(xiàn)了一種獨(dú)特的體細(xì)胞突變機(jī)制——“kataegis”模式。

    在基因組一個(gè)小范圍的區(qū)域內(nèi)，短時(shí)間內(nèi)會(huì)發(fā)生大量的基因突變。這與體細(xì)胞突變中通常“循序漸進(jìn)”的方式大相徑庭，這種突變的頻率與密度，猶如“疾風(fēng)驟雨”一般，因此，該模式以“kataegis”（希臘語“暴風(fēng)雨”的意思）來命名。

    雖然，此突變機(jī)制在以前的研究中從未被發(fā)現(xiàn)。但是，在被研究的21名乳腺癌患者體內(nèi)，至少有13人體內(nèi)發(fā)生了“kataegis”突變。這預(yù)示著此種突變方式可能在癌癥患者體內(nèi)廣泛存在。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，“kataegis”突變模式的發(fā)生，可能與細(xì)胞中的一種蛋白家族有關(guān)。

    體細(xì)胞突變

    盡管體細(xì)胞突變會(huì)導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生癌變，但是在癌變過程中，不同的體細(xì)胞突變所發(fā)揮的作用卻不盡相同。

    早在2009年，斯特拉頓教授就在《自然》雜志上發(fā)表文章，提出了“司機(jī)突變—乘客突變”學(xué)說。他將癌變的細(xì)胞比作高速公路上飛馳的汽車。能夠直接導(dǎo)致癌變的體細(xì)胞突變稱之為“司機(jī)突變”（DriverMutation）；而與癌癥發(fā)生相關(guān)，但不是起主導(dǎo)作用的突變，則被稱為“乘客突變”（PassengerMutation）。這就好比：車禍發(fā)生了，責(zé)任在于肇事的司機(jī)，而不是同車的乘客。

    近年來，癌癥基因組的研究發(fā)現(xiàn)，癌變過程中與之相關(guān)的體細(xì)胞突變位點(diǎn)有成千上萬處。但這其中起決定性作用的司機(jī)突變往往不足十處。在惡性膠質(zhì)瘤、白血病、皮膚癌等患者體內(nèi)，通常五個(gè)左右的司機(jī)突變就可直接導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。司機(jī)突變的個(gè)數(shù)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于乘客突變的數(shù)目。如何從上萬處體細(xì)胞突變中找到真正的罪魁禍?zhǔn)?，并不容易?br />
    斯特拉頓教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，通過對(duì)一百名乳腺癌患者的基因組進(jìn)行研究，經(jīng)過邏輯算法分析后，在總計(jì)兩萬一千余處體細(xì)胞突變中找到了誘發(fā)癌變的關(guān)鍵突變九處。這也使得迄今為止，發(fā)現(xiàn)的乳腺癌司機(jī)突變累積達(dá)四十個(gè)。該研究成果發(fā)表在2012年5月的《自然》雜志上。

    更為復(fù)雜的是，這四十種司機(jī)突變，在不同的患者體內(nèi)出現(xiàn)不同組合。在這一百名乳腺癌患者中，僅有28名患者體內(nèi)只有一種司機(jī)突變，多數(shù)患者體內(nèi)存在多種不同的司機(jī)突變組合，個(gè)別患者體內(nèi)的司機(jī)突變最高可達(dá)六處。

    斯特拉頓教授指出，“從目前的研究結(jié)果看，乳腺癌患者體內(nèi)中至少存在七十余種司機(jī)突變組合。假設(shè)每名癌癥患者體內(nèi)存在四種司機(jī)突變，那么，臨床上出現(xiàn)三名患者的遺傳背景完全相同的概率幾乎為零”.

    司機(jī)突變的隨機(jī)組合，導(dǎo)致了乳腺癌治療難度大為增加。

    無論是癌細(xì)胞的生活史會(huì)經(jīng)歷細(xì)胞分化，存在多種突變體細(xì)胞亞克隆，還是患者體內(nèi)存在不同的司機(jī)基因組合。癌癥基因組的最新研究進(jìn)展都表明了，癌癥本身是一種多遺傳性疾病。

    但是，目前癌癥的診療卻往往會(huì)忽視這一點(diǎn)。臨床上的治療策略主要針對(duì)數(shù)目占優(yōu)的突變體細(xì)胞。以治療乳腺癌的單抗藥物赫賽?。℉erceptin）為例，它的作用靶點(diǎn)是癌細(xì)胞過度表達(dá)的HER2基因。倘若患者體內(nèi)的癌細(xì)胞中，存在不含HER2基因亞克隆，即便赫賽汀使用之初有效，隨著此種癌細(xì)胞進(jìn)化、增殖，同樣會(huì)導(dǎo)致癌癥惡化或復(fù)發(fā)。

    這也就解釋了，為什么相同的治療方案，面對(duì)不同的患者會(huì)有不同的療效。治愈的癌癥患者又存在病情復(fù)發(fā)的可能。

    癌癥基因組

    1986年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者杜爾貝克（R.Dulbecco）在《科學(xué)》上發(fā)表文章指出，“如果我們想更多地了解癌癥，就必須深入研究細(xì)胞的基因組”.這被視為癌癥研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。同時(shí)，這一論述也直接促成了“人類基因組計(jì)劃”的啟動(dòng)。

    本世紀(jì)初，人類基因組草圖繪制完成。癌癥的研究開始進(jìn)入基因組學(xué)階段。除了英國桑格研究院?jiǎn)?dòng)的“癌癥基因組計(jì)劃”,2005年美國癌癥研究所和美國人類基因組研究所共同啟動(dòng)“人類癌癥基因圖集”計(jì)劃，旨在繪制500例癌癥患者的基因圖譜；2008年，國際癌癥基因組聯(lián)合會(huì)成立，包括中國在內(nèi)的九個(gè)國家，共同針對(duì)臨床上的五十余種癌癥進(jìn)行基因組學(xué)研究。

    在以上癌癥基因組計(jì)劃的推動(dòng)下，近年來，誘發(fā)乳腺癌、皮膚癌、肺癌、腦瘤等癌癥的關(guān)鍵基因不斷被確認(rèn)。這就從分子的層面，揭示癌變的發(fā)生機(jī)制。

    正如斯特拉頓教授所言，“基因組學(xué)的研究，可以在細(xì)節(jié)上揭示癌癥的發(fā)生過程，這為制定更為精確的診療手段奠定了基礎(chǔ)。”

    2012年3月，以我國華大基因研究院為主的科研團(tuán)隊(duì)，采用“單細(xì)胞外顯子組測(cè)序技術(shù)”對(duì)血癌、腎癌進(jìn)行基因組學(xué)研究。

    華大基因的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)分別對(duì)一名骨髓瘤患者體內(nèi)的58個(gè)癌細(xì)胞和一名腎癌患者的25個(gè)癌細(xì)胞進(jìn)行基因測(cè)序，發(fā)現(xiàn)了腫瘤組織內(nèi)部不同癌細(xì)胞有著非常大的差異。同時(shí)，他們推斷了腫瘤的復(fù)雜演化過程，并據(jù)此進(jìn)一步明確了誘發(fā)癌變的一些重要突變。

    在傳統(tǒng)的癌癥治療實(shí)踐中，通常將一些藥物直接用于某類癌癥病人中，然而這些發(fā)現(xiàn)預(yù)示著不同患者的癌癥組織差別很大，因此在用藥前需要對(duì)每個(gè)患者的癌癥組織進(jìn)行仔細(xì)分析，才能夠“對(duì)癥下藥”,也就預(yù)示了癌癥的個(gè)體化治療的必要性與緊迫性。

    就在英國桑格研究院關(guān)于乳腺癌基因組研究成果發(fā)布不久，美國圣猶大兒童醫(yī)院-華盛頓大學(xué)兒童癌癥基因組計(jì)劃公布了迄今為止最大的人類癌癥基因組全面數(shù)據(jù)。一部分?jǐn)?shù)據(jù)公布在2012年5月29日出版的《自然遺傳》上。

    公布的數(shù)據(jù)包含520個(gè)基因組序列，研究人員分析了這些基因組數(shù)據(jù)，找出每個(gè)兒童正常和癌變細(xì)胞中的差別，從而了解最致命兒童癌癥中超過一半以上的致病原因。兒童癌癥基因組計(jì)劃希望能在2012年年底，完成1200個(gè)基因組序列的測(cè)定，這些數(shù)據(jù)將免費(fèi)提供給全球的科學(xué)團(tuán)隊(duì)。

    “這些數(shù)據(jù)離臨床還很遠(yuǎn)，”宋爾衛(wèi)教授認(rèn)為，即使臨床醫(yī)生知道有這個(gè)基因突變表達(dá)，但是還沒有相應(yīng)的靶點(diǎn)藥物。所以這些數(shù)據(jù)對(duì)科研的價(jià)值比目前對(duì)臨床的價(jià)值更大。它是非常寶貴的科研數(shù)據(jù)，有很多廠家可以利用這些數(shù)據(jù)去設(shè)計(jì)抗癌藥物。

    但即使這些研究離臨床治療還有距離，但也是人類在征服癌癥中的積累式進(jìn)步。

    正如二十多年前研究發(fā)現(xiàn)25%-30%的乳腺癌表達(dá)過HER2基因，如今針對(duì)這個(gè)基因的靶向藥物赫賽汀已經(jīng)上市，而且已經(jīng)救了很多人的生命。

    “一篇論文，不可能一下子就把腫瘤征服，但它確實(shí)是人類解決腫瘤問題的過程中一篇里程碑式的文章。我們需要不斷地積累，才能最終解決腫瘤的問題。”宋爾衛(wèi)說。

    或許在未來的某一天，當(dāng)全基因組測(cè)序已經(jīng)成為普通人體檢的一項(xiàng)常規(guī)項(xiàng)目，新生兒出生后必須通過測(cè)序建立個(gè)人基因檔案，腫瘤發(fā)生發(fā)展的過程和節(jié)點(diǎn)早在意料之中，到那時(shí)預(yù)防癌癥將不再是人類的終極夢(mèng)想。