肿瘤异质性

俗话说流氓会武术，谁也挡不住。 癌细胞这个流氓，利用克隆繁殖速度快的特点，在我们身体里抢占地盘，争夺营养。但幸好，克隆繁殖虽然速度快，却缺乏多样性，这使得我们可以通过一些药物杀死大部分癌细胞。 如果基因重组这样能大大增加多样性的一招被癌细胞学去了会怎样呢？ 最近，莫菲特癌症中心的Andriy Marusyk团队就发现，癌细胞除了自己复制，还会跟周围的癌细胞或基质细胞“杂交”，产生同时携带两者基因，具有杂种优势的后代，侵袭性更强，也更容易对治疗产生耐药性[1]。 细胞融合 癌症是体细胞克隆进化的产物。人体中的某一个细胞基因发生突变，导致它的分裂失控，就成了癌症。理论上讲，一个癌症患者身上的肿瘤，不管是原发瘤还是转移瘤，亦或治疗后又复发的肿瘤，都是最初发生突变的那一个细胞的后代。 不过现实和理论总是有一定差距的。癌细胞除了不管在体内还是体外，都会跟其他细胞自发的发生融合。在1962年，就有人利用癌细胞的这一特性生产杂交瘤细胞[2]。 癌细胞的融合对癌症治疗可不是件好事，因为这个过程会大大增加癌细胞的多样性，或者叫做异质性。肿瘤的异质性高了，面对化疗或者靶向治疗时就更容易出现对治疗有抗性的漏网之鱼。这些没被治疗杀死的癌细胞，在药物的选择压力下耐药性不断增强，最终造成肿瘤的耐药和复发。 为了研究癌细胞的融合现象，研究人员给一些乳腺癌细胞转入了绿色的荧光标记和杀稻瘟菌素的抗性基因，同时给另一些乳腺癌细胞转入了红色的荧光标记和嘌呤霉素的抗性基因，然后将这两种不同处理的乳腺癌细胞混合在一起共同培养。 3天后，培养物中果然出现了同时具有绿色荧光和红色荧光的双阳性细胞。其中有一些可能是细胞吞噬产生的，但有20%左右可以确定是细胞融合产生的。使用乳腺癌细胞和肿瘤相关成纤维细胞进行试验，以及在小鼠体内进行试验，也都得到了类似结果。 癌细胞融合 之后，研究人员又向培养基中加入了杀稻瘟菌素和嘌呤霉素，这两种药物都具有杀死或抑制癌细胞的能力。2周后，培养基中所有还在增殖的癌细胞都是双阳性的细胞了。 融合细胞从它的两个亲本分别继承了对两种药物的抗性，并将其遗传了下去！ 在使用生长速率不同或者侵袭性不同的癌细胞进行试验时，研究人员还发现，融合癌细胞的生长速率和侵袭性，至少与两个亲本间生长速率较快或侵袭性较强的一方相当，甚至可以比两个亲本都强。小鼠试验也发现，融合肿瘤细胞的肺定植能力高于两个亲本癌细胞。 融合细胞的侵袭能力不弱于两个亲本 此外，融合癌细胞最初的基因组相当于两个亲本之和，但在培养过程中染色体倍数显著降低，并会发生基因重组，产生很多基因型不同的子代细胞，大大增加了肿瘤的异质性。计算机模拟也显示，在突变和细胞融合的共同作用下，癌细胞的多样性是仅有突变时的数倍。 而且，研究人员表示，相比于培养皿中2维生长的癌细胞，人体肿瘤里的癌细胞处于3维的环境之中，接触到的其它细胞更多，更容易发生融合。未来，他们也将对癌症治疗里癌细胞融合带来的影响进行更深入的研究。 参考文献： [1]. 1 Miroshnychenko D, Baratchart E, Ferrall-Fairbanks M C, etal. Spontaneous cell fusions as a mechanism of parasexual recombination intumour cell populations[J]. Nature Ecology & Evolution, 2021: 1-13. [2]. Barski G,Cornefert F R. Characteristics of “hybrid”-type […]

肿瘤异质性是指同一种恶性肿瘤在不同患者个体间或者同一患者体内不同部位肿瘤细胞间，从基因型到表型上存在的差异，这种差异发生在不同个体中可表现出不同的遗传背景，比如染色体量与质的差异，不同细胞病例类型、不同临床阶段不同分化程度细胞演进的多样性;发生在同一肿瘤患者体内可表现出不同部位或同一部位肿瘤细胞间的突变基因谱和生物学特性等方面的不一致，体现了恶性肿瘤在演进过程中的高度复杂性和多样性。 肿瘤异质性分为空间异质性、时间异质性、解剖异质性、结构异质性、基因异质性和功能异质性等。 2012年科学家对两个肾癌患者的原发灶、转移灶样本进行基因测序，发现即便是同一个患者的两个样本，其基因突变也是不同的。每一个患者身上的不同样本能发现100个突变。 图1 原发灶、转移灶、同一病灶不同位置基因突变存在很大差异 2015年，日本学者Akito Hata等对145名NSCLC患者在第1、2代EGFR TKI耐药后进行了再次活检，其中30位患者进行了多个部位的再次活检，另外24位患者进行了同一病变部位的再次活检。 30位患者中，有22位患者的再次活检部位分别来自脑转移病灶(20位来自脑脊液，2位来自脑组织)和胸部病灶(7位来自肺部，14位来自胸腔积液，1位来自淋巴结)。其中，有12位患者胸部T790M突变阳性。而在这12位患者中，有10位患者脑转移病灶的T790M突变为阴性;另外有3位患者胸部再次活检T790M为一种空间异质性突变状态。 24位同一病变部位再次活检的患者中，有5位患者在TKI暂停后T790M突变从阳性变成阴性。其中3位患者在进一步使用TKI后T790M阴性又变成了阳性。一位患者在大剂量的厄洛替尼的治疗后其脑转移病灶再次活检结果从T790M阴性变成阳性。 在2017年18届世界肺癌大会(IASLC WCLC 2017)上，美国麻省总院(MGH)的Piotrowska报道了系列活检标本与TKI靶向治疗耐药的时间和空间异质性的分析。回顾性分析了221例EGFR突变的患者在靶向治疗耐药后的355个组织标本，耐药后的第一次活检标本发现有61%的T790M突变，5%的MET扩增，3%的SCLC转化，2%的PIK3CA突变及1%的BRAF突变。 重要的是：83例患者有两次以上的耐药活检标本，其中52%(43/83)患者的两次标本中突变具有异质性，20%的患者T790M在第二次耐药标本中丢失了，而有11%患者的第二次耐药标本则获得了T790M。17例T790M丢失的患者中，3例出现了MET扩增或BRA F V600E突变。 部分患者同时性的多个活检标本中则发现了空间分子分布的异质性，如T790M/C797S、MET扩增等变异在同一患者的不同病灶中分布是不同的，即一个病灶存在，而另一个病灶不存在这些突变。该研究强调了动态检测的重要性，耐药机制的多样性、时空异质性和单个活检材料的局限性使得对于耐药机制的判断可能会带来偏差。 美国科罗拉多大学和日本大阪Kindai大学的联合研究报道，未经治疗的患者中的肺癌遗传进化与空间异质性的关系。通过收集未经治疗的4例NSCLC、1例SCLC患者尸检的肿瘤标本和非癌组织，采用RNA测序方法分析突变的进化和空间分布，每个患者具有5-9个原发或转移的病灶。 结果发现癌病灶与非癌组织、原发灶与转移灶均能被聚类分析明确区分于不同的集合中，信号通路分析还发现了细胞周期、DNA复制、DNA聚合酶、免疫相关信号通路与转移灶相关。 这个研究提示在未经治疗的患者中，转移灶与原发灶存在分子突变和信号通路方面即存在相似性，又存在异质性，为突变分子的空间异质性的形成提供了初步资料。 上述两个研究为肺癌在自然进展或治疗条件下进展过程中的分子异质性规律提供了初步数据。特别是在EGFR突变的患者中，耐药病灶中存在耐药机制的复杂多样性，同时会发生时间轴上动态变化，如重要耐药机制T790M，C797S，MET扩增等在不同时间点的活检标本既可能消失，又可能再次出现，为临床克服耐药精准方案的选择提出了更大挑战。 很显然，临床需要以时间上动态、空间上多点的眼光看待肿瘤的耐药与进化，结合基因检测技术的应用，才能准确把握克服耐药的决策。 1、应用实例 一位55岁高加索男性患者于2011年10月被确诊为IV期肺腺癌，通过Sanger测序法检测出EGFR L858R突变。在接受了包括厄洛替尼、顺铂/培美曲塞，阿法替尼/西妥昔单抗的多线治疗后，患者在2013年7月出现疾病进展。 对患者左肺上叶原发灶重复活检进行二代测序的基因分析发现L858R突变和2个不同的TP53突变，但未发现EGFR-TKI耐药突变，换用多西他赛/吉西他滨的治疗方案后，在2013年9月发现病情大规模进展(肺、肝、心肌以及左臂软组织)。 在左臂的转移灶中重复活检发现L858R突变，C277突变及高表达的MET扩增，但未发现T790M突变。改用厄洛替尼联用克唑替尼方案治疗一周后，患者左臂、肝、心肌出现明显的反应疗效，随之伴随患者的PS评分提高。然而，在患者原发灶并没有体现药物疗效。 在2013年12月，患者表现出越来越多的呼吸困难。尽管在肝部和软组织转移灶中肿瘤得到控制，但在心肌转移灶发生了疾病进展，联合治疗仍在持续。 2014年1月，患者产生呼吸困难以及左胸腔积液，取胸水进行分子检测发现L858R突变、R110C突变，低水平MET扩增及T790M突变，在外周血标本中也检测到相似结果。之后克唑替尼被停用，患者在2014年2月开始入组奥希替尼临床试验。 2周后评估显示，患者原发灶肿瘤得到控制，但肝部和心肌肿瘤进展明显。由于入组实验不允许联用其他抗肿瘤药，患者退出入组并重启克唑替尼治疗方案。 三周之后，观察到和之前几乎一样的转移灶代谢反应，推测转移灶由高表达得MET扩增基因驱动。然而，由于遭受多次复发的胸腔积液，患者状态恶化，于2014年4月去世。 表1 患者前后6次基因检测结果 该例子展示了一个患者在不同肿瘤部位存在2个不同的EGFR-TKI获得性耐药机制(T790M和MET扩增)的情况，尽管重复活检指导可以暂时控制肿瘤，但由于肿瘤的克隆异质性导致肿瘤不能被持续控制，最终导致疾病严重进展。 这些临床观察不仅仅提供了一个早期联合治疗获得性耐药的理论依据，也指出我们当下对于检测到驱动突变指导治疗方案的认知局限性，并强调目前的分析证明了肺癌患者基因的变化性。 肺癌是分子异质性高度复杂的疾病。对肺癌的分子时空异质性分布的分析越精细，对于肺癌精准方案的应用就会更精准，对于疗效的判断也会提供更多分子机制的解释，对于耐药策略的制定提供更好的科学依据。 用进化的思维去应对肿瘤的耐药，利用这个思想巧妙地与肿瘤进行周旋，结合基因检测技术的应用，达到长期获益，是目前应对肿瘤异质性及进化耐药的一个重要思路。

  今年年初，萝卜医生曾推出3篇科普文章，解释肿瘤病友最常见、而又最困惑的10大专业名词，好评如潮。大半年过去了，萝卜医生将原来的3篇文章重新修订，整合成1篇长文，供大家温故知新。   肿瘤标志物：数值仅供参考，动态变化更有意义 除长在身体表面的肿瘤，大多数癌症都看不见、摸不着，那么怎么知道疾病的发展情况呢？总不能天天跑医院去做CT、核磁吧。 因此，几十年来，医学家发现了许许多多的肿瘤标志物（顾名思义，就是用来代表肿瘤的东西），大多是血液里的蛋白质，比如CEA、CA125、CA199、AFP、CA153、SCC、NSE等。这些蛋白质，一般都是癌细胞分泌到血液里的；可以通过血液中这些蛋白质的含量高低，来判断肿瘤的负荷。 但是，肿瘤标志物有3个重要的问题：   1：不是所有的肿瘤，都会分泌这些蛋白质 因此，存在一部分患者肿瘤已经很大，疾病已经很晚期，但是常见的肿瘤标志物一直都是正常的。甚至，有的肿瘤，比如肉瘤，压根就没有公认的合适的肿瘤标志物。   2：正常的细胞，有时候也会分泌这些蛋白质 也就是说，正常人，在一些特殊的情况下，比如感染、炎症、剧烈运动等情形下，部分肿瘤标志物也会升高。这就造成了一大批健康人，体检的时候，发现一个或者两个肿瘤标志物，仅仅高出一点（比如CEA正常值上限是5，某人是5.05），然后四处就医，反复检查的闹剧。   3：肿瘤标志物的检测，有时候本身波动就很大 检测血液中蛋白质的含量，是一件不太容易的技术活。因此，肿瘤标志物的检测，不同的医院，不同的仪器，不同的方法学，正常值范围可能是不一样的；相同的地方，同一份标本，连续测两次，误差也有可能是不小的。言外之意，CEA正常值是5，你才5.05，很可能只是测量误差！   综上所述，萝卜对肿瘤标志物的建议是：数值仅供参考，动态变化更有意义，疗效评价的金标准还是影像学。   PET：远非万能，合理使用 常规的影像学，如B超、CT、MRI等，只能看到肿瘤的大小、形状、位置等，但不知道肿瘤到底是死是活以及肿瘤的生长繁殖能力如何。 这就给一部分患者造成了困扰，比如做了介入栓塞、射频消融的病友，2个月后复查，肿瘤几乎还是那么大，之前的治疗到底疗效如何？此外，一部分患者特别焦虑，肺部发现了癌症，那么到底其他部位有没有？接受PD-1抗体等免疫治疗的病人，如何判断是否存在假进展？ PET通过同位素标记葡萄糖，癌细胞要是活着，而且还在活蹦乱跳、生儿育女的话，它就一定需要消耗很多的能量，需要吃进去很多葡萄糖，从而会被标记上同位素。 PET就是通过观察和计算，一定时间里身体某个部位摄取带有同位素标记的葡萄糖的多少，来反应这个部位是不是癌变了，如果是的话，肿瘤的活性如何。 这么好的东西，那是不是人人都应该做一个，是不是应该每个月都做一个？且慢，PET的确是挺好，但有三个弊端： 贵。普通的CT/MRI，一般千把块钱就搞定了，PET动辄上万。 有辐射。PET-CT的辐射，大约是CT的4-5倍；辐射，是会致癌的。 有的肿瘤，PET也是会漏掉的。比如消化道里较小的肿瘤，PET有可能漏诊。 综上所述，对于PET，萝卜医生的建议是：不建议作为癌症的早期筛查，不建议用于绝大多数肿瘤的常规随访，但是结合病情需要，该出手时还是要出手。   基因检测：这次回答五个问题 基因检测的问题，其实之前的科普文章里已经反复提及，但还是架不住病友们百折不饶地发问，因为首先推荐大家读一读这几篇之前的文章： 诊断癌症的第一天，就该知道的十件事（下） 血尿基因检测指导肺癌靶向治疗：疗效不输组织！ 【欧洲肺癌大会】癌症晚期不想穿刺活检？试一试血液检测！   1：基因检测有什么用？ 基因检测，主要的作用有如下几个： 指导靶向药选择：EGFR突变的肺癌病人用易瑞沙、特罗凯；HER2扩增的乳腺癌、胃癌病人，用赫赛汀；BRAF突变的恶性黑色素瘤患者，用维罗替尼。 指导PD-1抗体的合理使用：MSI-H或者TMB高的病人适合PD-1抗体治疗，而MDM2基因扩增等少数病人接受PD-1抗体治疗可能爆发进展。 用于疾病的复发和耐药的监测：提前几个月发现肿瘤复发、耐药：什么东西这么神？！ 筛查遗传性癌症：比如部分肠癌。 协助评估患者的生存期：比如携带BRAF突变的肠癌，相比于BRAF野生型的肠癌，生存期要短好几倍。 协助诊断一些疑难病例：比如一些形态学上非常接近的肉瘤，都需要检测特定的基因变异来确诊。   2：基因检测，测多少个基因合适？ 一般情况下，只要做国内外指南推荐的若干个基因就行了；每一种癌症，都有明确的规定和推荐，一般都在几个到十几个不等。部分无路可走或者腰缠万贯的病友，基于自愿的原则，一定要把人类已知的数百个癌症相关的基因都测一遍，那也不拦着。   3：靶向药，是不是都要先做基因检测？ 不是。抗血管生成为主的靶向药，如贝伐珠单抗、瑞戈非尼、阿帕替尼、索拉非尼、舒尼替尼、乐伐替尼、卡博替尼、西地尼布、olaratumab等新药，并不一定需要做基因检测——因为，现在并不知道，哪个或者哪几个基因突变，或者染色体改变，与这些药物的疗效有相关性。   4：血液基因检测是否靠谱？ ASCO2016 | 15000例病人：血液基因检测准确率高于90%！ […]