癌癥基因組總覽概要

1、癌癥基因組總覽 （Cancer gene landscape）在過去的這些年中，大面積的測序的努力解開了基因組中人類癌癥的面紗，對于 多種類型的癌癥，這個(gè)基因組的概況包括一些小的突變（腫瘤中經(jīng)常出現(xiàn)的那些基因 變化）和一些大的“山”（不經(jīng)常出現(xiàn)變異的那些基因）。現(xiàn)在，這些研究揭示了超 過 140 個(gè)基因的變異，這些基因內(nèi)的變異可以促進(jìn)或者誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生。一個(gè)典型的腫 瘤包括 28 個(gè)這樣的基因突變；剩下的突變是一些通路上沒有生長選擇性的基因。促 癌基因可以被分為 12 個(gè)信號通路，這些通路調(diào)節(jié)了 3 個(gè)核心的細(xì)胞程序：細(xì)胞衰老、 細(xì)胞自救和基因組修復(fù)。對這些途徑的更好的理解是癌癥研究基礎(chǔ)上必須完

2、成的程序 之一。甚至現(xiàn)在，我們對于癌癥基因組的理解完全足夠在更多的更有效的途徑上解決 癌癥的發(fā)生率和致死率。十年以前，對于測定癌癥中所有基因的變化情況的設(shè)想好像一個(gè)傳說?，F(xiàn)在，像這 種通過外顯子或全基因組測序技術(shù)對基因組范圍上的分析已經(jīng)傳統(tǒng)化了。在以前的典 型的癌癥外顯子的研究中，測定 20 個(gè)腫瘤的價(jià)格大約至少在 1000000 一次?，F(xiàn)在像 這種測序已經(jīng)降到了 100 發(fā)廊，并且一次報(bào)道 100 個(gè)腫瘤樣本的一個(gè)已知基因的測序 已經(jīng)成為了標(biāo)準(zhǔn)。雖然現(xiàn)在能夠獲得大量的數(shù)據(jù)，但是對這些信息意義的破譯仍然是 一種挑戰(zhàn)。這里我們回顧一下從這些數(shù)據(jù)中獲得的一些腫瘤基因組的信息，更重要的 是這些信息教

3、會我們的什么事癌癥什么是癌癥治理的將來。到底有多少基因在典型的人類癌癥中悄悄的發(fā)生了突變？在常見的固定的腫瘤中如源于直腸、乳腺、大腦、胰腺等大約 33 到 66 個(gè)基因表現(xiàn) 出微妙的體細(xì)胞突變，這些突變當(dāng)然可以改變他們所表達(dá)的蛋白產(chǎn)物，大約 95% 的這 些突變是單堿基替換（如 C-G 的替換），剩下的就是刪除或者插入少數(shù)的一些堿基（如CTT變成CT）。對于這些堿基的突變，90.7%的結(jié)果是導(dǎo)致錯義突變，7.6%是導(dǎo)致了無義突變， 1.7% 是導(dǎo)致了剪切位點(diǎn)或者非編碼區(qū)直接變成了起始或者終止位 點(diǎn)。確定了的腫瘤類型表現(xiàn)出了比正常水平更多或者更少的突變位點(diǎn)，值得注意的 是，某些例外的如黑色素瘤和

4、肺癌，這兩種包括超過 200 個(gè)非同義突變，這些大批量 的突變反應(yīng)了這些突變機(jī)理中那些強(qiáng)的突變劑的不斷加入（如紫外線、吸煙等等）。 因此，吸煙者的肺癌的患病概率比那些非吸煙者的要大出 10 個(gè)點(diǎn)。那些基于 DNA 修 復(fù)缺陷的腫瘤是兩外的一種個(gè)例，例如，具有錯配修復(fù)缺陷的腫瘤能夠產(chǎn)生數(shù)以千計(jì) 的突變，甚至超過了肺癌和黑色素瘤的突變量。近些年的研究表明 DNA 聚合酶 POLE 和 POLD1 的矯正區(qū)域的基因變異也可導(dǎo)致大量的基因突變的產(chǎn)生。在這些大的突變的 背后小兒科的腫瘤和淋巴細(xì)胞瘤也儲存了一些重要的突變點(diǎn)：大約每個(gè)腫瘤在9.6?；谶@些的考慮如下：突變時(shí)間這些突變是什么時(shí)候開始的？腫瘤的

5、生長是積累了長期的大量的變異之后才發(fā)展出 來的產(chǎn)物，對于這個(gè)問題在結(jié)直腸癌的研究中給出了很好的驗(yàn)證。首先，或者說入 門，是突變提供了一個(gè)有利于表皮細(xì)胞選擇性生長的機(jī)會，讓它周圍的細(xì)胞過渡生長 為顯微鏡下可見的小點(diǎn)，看家基因的突變經(jīng)常發(fā)生在APC 基因上。由突變導(dǎo)致的這個(gè)小的腺體的生長是非常緩慢的，但是另外一個(gè)基因的突變?nèi)鏚RAS基因，就會導(dǎo)致又一輪的生長，使細(xì)胞的個(gè)數(shù)增加。帶有APC基因突變的那些細(xì)胞仍然存在，但是相比于兩個(gè)基因都突變的那些細(xì)胞的數(shù)量來看是非常稀少的。這個(gè)突變過程被一直延續(xù)下 去，接下來還有 PIK3CA/SMAD4 和 TP53 基因的突變，最終導(dǎo)致一個(gè)可以穿過肌層細(xì) 胞膜轉(zhuǎn)

6、移進(jìn)入淋巴結(jié)核較遠(yuǎn)組織如肝臟組織的惡性腫瘤。那些會使細(xì)胞像非選擇性的 快速生長的突變稱為促癌突變。已經(jīng)被確定了的事實(shí)是這些促癌突變中的一個(gè)對細(xì)胞 無選擇性生長的促進(jìn)作用是非常小的，大約在 0.4% 作用于細(xì)胞的衰老和生長。經(jīng)過很 多年，這些微小的增長混合一到兩次 每星期，最后能變成很巨大的數(shù)量，包括上億個(gè) 細(xì)胞。在自我更新的組織中，有一定數(shù)量的突變，這些突變與年齡直接相關(guān)。當(dāng)用線性回 歸分析時(shí)，這種相關(guān)性暗示了大部分體細(xì)胞突變的腫瘤出現(xiàn)的前期；也就是，在正常 細(xì)胞生長的同時(shí)，如胃腸道細(xì)胞的補(bǔ)充、泌尿生殖系統(tǒng)的更新、表皮細(xì)胞的換代和其 他自我更新的組織中。所有的這些腫瘤之前的突變是過路基因的突變

7、，是那些對細(xì)胞 生長過程沒有作用的突變。這些結(jié)果證明了為什么一個(gè)結(jié)直腸癌的突變在90 歲患者體內(nèi)是 45 歲患者體內(nèi)突變的二倍。這個(gè)發(fā)現(xiàn)也部分的證明了為什么腦癌和胰腺癌中的突 變少于結(jié)直腸癌中的突變的原因。因?yàn)槟X中的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞一般不會更新?lián)Q代，不像 上皮細(xì)胞作為直腸的儲存單位。因此，胰腺和腦癌中細(xì)胞的入門基因的突變也少于直 腸癌原始細(xì)胞中的突變。這個(gè)結(jié)果也解釋了為什么小兒的癌癥中的突變少于成人腫瘤 中的突變。小兒科的癌癥經(jīng)常出現(xiàn)在非自我更新的組織中，并且那些自我更新組織中 的癌癥初始細(xì)胞在組織中的擴(kuò)增速度也小于成人的。另外，小兒的腫瘤，像成人的白 血病和淋巴瘤，也相應(yīng)的沒有成人的固定腫瘤的增

8、殖快。白血病病人的基因組測序得 出一個(gè)結(jié)論即基因突變是一個(gè)隨機(jī)事件在正常的原始細(xì)胞在他們得到一個(gè)原始突變之 前。當(dāng)腫瘤發(fā)生時(shí)剩下的體細(xì)胞突變會發(fā)生嗎？因?yàn)橥蛔冊谀[瘤中出現(xiàn)的概率是可預(yù)期 和計(jì)算的，所以體細(xì)胞突變的數(shù)目就是一個(gè)時(shí)刻表，就像應(yīng)用在進(jìn)化生物學(xué)中的生物 鐘一樣決定了基因分開的時(shí)間。突變的數(shù)量已經(jīng)在不斷的在結(jié)直腸癌和胰腺癌發(fā)展的 過程中被標(biāo)定。對這些數(shù)據(jù)應(yīng)用進(jìn)化鐘模型導(dǎo)致了兩種模糊的結(jié)論：第一，會花很長 的時(shí)間去擴(kuò)增和轉(zhuǎn)移腫瘤；第二，事實(shí)上所有的突變都已經(jīng)先發(fā)的腫瘤細(xì)胞中出現(xiàn) 了。突變發(fā)生的時(shí)間與我們懂得轉(zhuǎn)移的時(shí)間有關(guān)，轉(zhuǎn)移是大多是癌癥患者死于癌癥的 標(biāo)志，先發(fā)的腫瘤可以用外科手術(shù)切除，

9、但是殘留的轉(zhuǎn)移性的創(chuàng)傷經(jīng)常會不可預(yù)測并 且擴(kuò)散，剩余的那些具有擴(kuò)散性的細(xì)胞會不斷擴(kuò)大直至牽連到肺臟、肝臟等器官的功 能。從基因的角度說，這看起來像突變使得原始的癌細(xì)胞變成了侵蝕性的細(xì)胞，就像 突變把正常細(xì)胞變成腫瘤細(xì)胞或者從良性變成惡性腫瘤一樣。盡管加強(qiáng)努力，但是， 組成型基因的改變使癌癥彼此分開還是從一個(gè)惡性的腫瘤轉(zhuǎn)移到一個(gè)良性的腫瘤上仍 然需要研究確認(rèn)。一個(gè)具有潛力的解釋提出突變或者基因表型的改變是很難鑒定的，用現(xiàn)在的技術(shù)。 另外的解釋是轉(zhuǎn)移性腫瘤還沒有被足夠的細(xì)致的鑒定出這些基因的改變，尤其是這些 突變在自然狀態(tài)下是非常混雜的。但是另外一個(gè)可能的解釋是根本沒有可轉(zhuǎn)移的基 因。一個(gè)惡性的原

10、發(fā)腫瘤能用很長的時(shí)間轉(zhuǎn)移，但是這個(gè)轉(zhuǎn)移的過程完全可以用隨機(jī) 的概念來解釋。晚期腫瘤會向循環(huán)血中釋放大量的腫瘤細(xì)胞每天，但是這些細(xì)胞的生 命周期都是正常的一半，并且只有一小部分能建立轉(zhuǎn)移機(jī)制?？尚诺氖?，這些循環(huán)中 的細(xì)胞可以隨機(jī)的定植在某些器官的外周血管床上為自己創(chuàng)造一個(gè)合適的微環(huán)境用來 增殖。原發(fā)腫瘤越大，則它的轉(zhuǎn)移可能性越大。在這個(gè)過程中，原發(fā)腫瘤的不斷進(jìn)化 反應(yīng)了現(xiàn)在的利益要大于長遠(yuǎn)的利益，轉(zhuǎn)移部位的生長不依靠外加的基因變異的觀點(diǎn) 也被最近的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所證實(shí)，甚至在正常的細(xì)胞中，當(dāng)正常的細(xì)胞放在一個(gè)適宜的環(huán) 境中的時(shí)候，例如放在淋巴結(jié) 的環(huán)境下，也能長成一個(gè)具有功能脈絡(luò)系統(tǒng)的器官來。 腫瘤中

11、基因變異的其他類型雖然腫瘤中某一點(diǎn)的突變和正常細(xì)胞的突變相似，但是染色體的變異率在癌癥中是 升高的。因此，大多數(shù)的固定性腫瘤在染色體上表現(xiàn)出擴(kuò)散的變異，即缺失、倒置、 置換以及其他基因上的變異。當(dāng)大部分的染色體被復(fù)制或者刪除，那么在人色提上尋 找那些特異性的促進(jìn)或者抑制腫瘤細(xì)胞生長的目標(biāo)基因就顯得非常困難。在染色體異 位、純合子缺失、基因復(fù)制的情況下目標(biāo)基因能夠很容易的被找到。異位一般的融合 兩個(gè)基因來創(chuàng)造一個(gè)致癌基因（例如，慢性髓細(xì)胞白血病BCR-ABL）,但是有一小部分情況下，異位能使抑癌基因失活通過使抑癌基因與它的啟動子截?cái)嗷蛘叻蛛x。同源 染色體的缺失經(jīng)常帶有一個(gè)或者幾個(gè)通常以抑癌基因?yàn)?/p>

12、目標(biāo)的調(diào)控基因。復(fù)制包括一 個(gè)致癌基因，這個(gè)致癌基因的蛋白產(chǎn)物在腫瘤細(xì)胞中為 10-100 的拷貝而在正常細(xì)胞中 只有 2 個(gè)拷貝。很多實(shí)體瘤有一大堆的異位；但是和點(diǎn)突變一樣，這些異位大多發(fā)生 于過路基因而不是原癌基因。異位的斷點(diǎn)大多出現(xiàn)在基因沙漠也就是鮮為人知的區(qū) 域，而且很多異位和同源缺失與染色體脆弱的部分相鄰。癌細(xì)胞可能更容易修復(fù)這些 染色體的破碎點(diǎn)比正常細(xì)胞，因?yàn)樗麄兡艹掷m(xù)的突變使 TP53 這樣的能夠正常誘導(dǎo)細(xì)胞 凋亡進(jìn)而修復(fù)DNA損傷的基因失活?，F(xiàn)代的研究表明，可能大致有 10倍的或者更少 的基因被染色體變異所影響比那些點(diǎn)突變。下圖表示的是基因變異的類型和影響，對 五種現(xiàn)有的腫瘤類

13、型中的蛋白編碼基因。能夠編碼蛋白表達(dá)的基因大約在1.5% 左右，在非編碼區(qū)的變異數(shù)量比編碼區(qū)變異的數(shù)量成倍關(guān)系。大部分非編碼區(qū)的變異可能是 “passenger ”，這些非編碼區(qū)，像癌癥中很多外部的可變因素一樣，下文將討論這些 問題。驅(qū)動基因和誘導(dǎo)基因的突變雖然從生理學(xué)手段鑒定一個(gè)驅(qū)動基因突變很容易（就是那些能夠產(chǎn)生有利于癌 細(xì)胞增生的基因），但是要鑒定一個(gè)體細(xì)胞的突變是驅(qū)動基因突變還是誘導(dǎo)基因突變 還是很困難的。除此之外，指出到底什么是驅(qū)動基因突變和誘導(dǎo)基因突變是非常重要 的。驅(qū)動基因是那些帶有驅(qū)動基因突變的，但是驅(qū)動基因突變也會伴隨著誘導(dǎo)基因的 突變。例如，APC基因是一個(gè)非常典型的驅(qū)動基

14、因，但是只有那些在N端將表達(dá)出的蛋白截?cái)嗟耐蛔儾攀球?qū)動基因突變。錯義突變遍布整個(gè)基因，同時(shí)發(fā)生在C端1200氨基酸殘基的蛋白截?cái)嗤蛔儾攀钦T導(dǎo)基因的突變。很多統(tǒng)計(jì)學(xué)方法應(yīng)用于鑒定驅(qū)動基因的描述中。一些是基于一個(gè)獨(dú)立的基因的 突變頻率與其他在相關(guān)的或者相同的腫瘤中的基因相比在消除背景影響和基因大小后 得出的。其他的一些方法是基于預(yù)測突變對蛋白編碼的影響，像通過生物物理學(xué)來推 斷蛋白變化的方法。這些方法對那些在突變后會導(dǎo)致選擇性有利于增殖的基因是非常 有用的。當(dāng)一個(gè)基因中的突變數(shù)量非常高的時(shí)候，像TP53和KRAS,任何統(tǒng)計(jì)學(xué)方法都會認(rèn)為這個(gè)基因是驅(qū)動基因。這些高頻突變的基因被稱為“山”。不幸的是，

15、不止 一個(gè)具有較少突變的基因?qū)Π┌Y基因組具有控制作用。在這種情況下,那些基于突變 頻率和相互關(guān)聯(lián)的方法就不能可靠地說明哪些是驅(qū)動基因了,因?yàn)楸尘邦l率在不同患 者和不同基因組區(qū)域的變化太大了。近期對正常細(xì)胞的研究表明,突變變化的比率在 基因組中要超過 100 個(gè)不同的突變。在癌細(xì)胞中,這種變化會更高,并且影響到整個(gè) 基因組區(qū)域的隨機(jī)組合。這樣,基于突變頻率的方法只能更深入的去研究基因的定 義,但是不能用來判斷那些突變頻率低的就不是驅(qū)動基因。更復(fù)雜的事情是驅(qū)動基因有兩個(gè)更深層次的意義被用于腫瘤學(xué)。驅(qū)動基因和誘 導(dǎo)基因理論被用來判斷不同的突變,稱為選擇有利于增殖和其他那些非有利于增殖的 突變。根據(jù)這

16、個(gè)定義,不帶有驅(qū)動基因突變的那些基因不是驅(qū)動基因。但是很多包含 少的或者不包含驅(qū)動基因突變的基因在癌癥學(xué)中被定義為驅(qū)動基因。這包括那些過表 達(dá)、低表達(dá)、在腫瘤中具有外部性質(zhì)的或者那些增強(qiáng)、抑制某方面腫瘤發(fā)生等的基 因。雖然這些基因的子集確實(shí)在增殖過程中扮演了重要的角色,但是把他們都?xì)w類為 驅(qū)動基因是很容易混淆的。為了協(xié)調(diào)驅(qū)動基因的這兩種含義,我們建議將那些可能導(dǎo) 致腫瘤增長的基因劃分到突變驅(qū)動基因或者表型驅(qū)動基因里。突變驅(qū)動基因含有足夠 的驅(qū)動基因突變的數(shù)量或者類型來將他們與其他基因分開。表型驅(qū)動基因是那些在腫 瘤中表達(dá)異常但是不經(jīng)常突變的,他們的變化是通過 DNA 甲基化或者染色體修飾完成

17、的。一個(gè)機(jī)遇比率的方法來鑒定和劃分突變驅(qū)動基因在突變頻率中,對突變的矯正,基因的長度或者其他參數(shù),不能可靠地證明突變驅(qū) 動基因,那么什么樣的方法可以呢？我們的經(jīng)驗(yàn)是,鑒定突變驅(qū)動基因最好的方法是通過它們突變的形式而不是通過它們突變的頻率。突變的類型在已經(jīng)成熟的致癌基因 和抑癌基因中已經(jīng)被很好的確認(rèn)了，并且具有非隨機(jī)性。致癌基因經(jīng)常突變在同一個(gè) 氨基酸位點(diǎn)上，而抑癌基因通常在蛋白剪接的變化上發(fā)生突變，從而改變它自身的長 度?；谶@些突變類型，我們能確定404863個(gè)突變位點(diǎn)中18306個(gè)突變基因?yàn)橥蛔凃?qū)動基因，或者它們的功能是致癌基因還是抑癌基因。為了鑒定一個(gè)致癌基因，我們 簡單的需要一個(gè)大于

18、20%的報(bào)道的在這個(gè)基因中的突變是高頻突變位點(diǎn)和錯義突變類 型。而鑒定一個(gè)基因是抑癌基因，則需要一個(gè)大于20%的關(guān)于這個(gè)基因突變的報(bào)道是失活突變。這個(gè)20/20的規(guī)則已經(jīng)非常寬泛了，因?yàn)楹芏嘁呀?jīng)研究透徹的基因遠(yuǎn)遠(yuǎn)超 出了這個(gè)范圍。下面的這些例子很好的證明了 20/20規(guī)則的價(jià)值。當(dāng)IDH1基因的突變首次在腦瘤中被鑒定出來，他們在腫瘤發(fā)生中的角色尚未知。 之前的一些功能上的研究發(fā)現(xiàn)這個(gè)基因是一個(gè)抑癌基因，并且這個(gè)突變導(dǎo)致了它的失 活。但是，這個(gè)基因近乎所有的突變都在同一個(gè)氨基酸密碼子上，用20/20規(guī)則來評定的話，IDH1基因是致癌基因的可能性要大于抑癌基因，并且這個(gè)結(jié)論最終被實(shí)驗(yàn)所 驗(yàn)證。另外

19、一個(gè)例子是 NOTCH1基因上的突變，一些功能學(xué)研究證明NOTCH1是一個(gè)致癌基因，而另外一些證明它是一個(gè)抑癌基因，這個(gè)情況可以由20/20規(guī)則來區(qū)分NOTCH1在癌癥中的突變。在液態(tài)瘤中，像白血病和淋巴瘤，這些突變經(jīng)常出現(xiàn)在同 一位點(diǎn)并且沒有發(fā)生蛋白的截?cái)?；在鱗狀細(xì)胞癌中，這些突變不是高頻出現(xiàn)而且經(jīng)常 使蛋白失活。這樣，這個(gè)基因的數(shù)據(jù)很明顯的暗示了NOTCH1基因在不同的癌癥類型中具有不同的功能。一個(gè)基因具有完全相反的功能在不同的細(xì)胞類型中的理論在理解 細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)上非常重要。有多少突變驅(qū)動基因出現(xiàn)？雖然20000個(gè)蛋白編碼基因已經(jīng)在對 3284種腫瘤中進(jìn)行了全基因范圍的測序研究 評價(jià)，報(bào)道

20、的總突變數(shù)為 294881，只有125個(gè)突變驅(qū)動基因被2020規(guī)則鑒定出，其 中71個(gè)為抑癌基因，54個(gè)為致癌基因。這些基因的一個(gè)相關(guān)的重要部分是它們被全 基因組范圍的測序所鑒定，其中大多數(shù)是以前就鑒定出的。至U底有多少突變驅(qū)動基因還沒有被發(fā)現(xiàn)？我們相信我們到了一個(gè)瓶頸期，因?yàn)樵诓?同的腫瘤類型中一些突變驅(qū)動基因不停的被發(fā)現(xiàn)。例如，MLL2和MLL3突變經(jīng)常在成神經(jīng)管膠質(zhì)瘤中發(fā)現(xiàn)，并且在非霍奇金淋巴瘤、前列腺癌、乳腺癌和其他類型的腫瘤 中被頻頻檢測到。相似的，ARID1A突變在卵巢明膜細(xì)胞癌中首次被發(fā)現(xiàn)，但是也經(jīng)常在其他幾種器官的腫瘤中被發(fā)現(xiàn)，包括胃癌和肝癌。在近期的研究中幾種類型的肺 癌，差

21、不多所有重要基因的突變都被鑒定出來了。換言之，經(jīng)常突變的那些突變驅(qū)動 基因已經(jīng)達(dá)到了飽和狀態(tài)。更多的山將被無意的揭開，但是這將在不常見的腫瘤類型 中去深入討論。那些新發(fā)現(xiàn)的突變驅(qū)動基因被全基因組范圍的廁所所發(fā)現(xiàn)。例如大約一半以上的這些基因編碼那些直接調(diào)控染色體的蛋白，通過修飾組蛋白HIST1H3B和H3F3A，同時(shí)通過調(diào)節(jié)蛋白 DNMT1 和 TET1 ，這兩個(gè)蛋白共價(jià)修飾 DNA、EZH2/SETD2 和 KDM6A, 這樣甲基化或者去甲基化組蛋白。這些發(fā)現(xiàn)的深層含義是表觀遺傳發(fā)生變化理解的重 要手段。在編碼 mRNA 剪接因子的基因中突變的發(fā)現(xiàn)，例如 SF3B1 和 U2AF1 的發(fā)現(xiàn)也

22、非常震撼，這些基因中的變異被基于期望來引起大量的非特異性細(xì)胞的壓力相對于提 起特殊的腫瘤類型來說。再有一個(gè)例子是相互作用蛋白ATRX和DAXX的突變，帶有這些基因變異的腫瘤都有一個(gè)特殊的端粒延長功能，被稱作“ALT” （控制端粒的長度變化），雖然ALT的表型被研究了很多年，但是它的基因型在發(fā)現(xiàn)這些基因變異和與 ALT 非常好的相互作用之前一直是個(gè)迷。最后的一個(gè)例子是 IDH1 和 IDH2 ，它們的突 變可以促進(jìn)腫瘤的新陳代謝，并且在實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)中具有強(qiáng)大的吸引力。表中列出的突變驅(qū)動基因可以被微小的突變所影響：堿基的替換、基因內(nèi)的插入 或者刪除。根據(jù)上文所述，突變驅(qū)動基因也能夠被大的變化所改變，

23、例如，異位、擴(kuò) 增和大片段的缺失。和點(diǎn)突變相比，將這些突變引起的突變驅(qū)動基因與那些只有誘導(dǎo) 突變基因區(qū)分開是很困難的。那些不是點(diǎn)突變的基因，但是重復(fù)出現(xiàn)或者純合缺失的 又或者遇到其他規(guī)則變成擴(kuò)增子或者純合子里的唯一一個(gè)基因在表中列出。這加入了 13 個(gè)突變驅(qū)動基因，其中 10 個(gè)致癌基因被擴(kuò)增， 3個(gè)抑癌基因純合子缺失。在今天發(fā) 現(xiàn)的 138 個(gè)驅(qū)動基因中 125 個(gè)驅(qū)動基因被微小的突變所影響。異位為驅(qū)動基因的劃分提供了相似的挑戰(zhàn)。一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)與這個(gè)相關(guān)的是染色體 變異，一個(gè)非常少見的突發(fā)事件，包括一個(gè)或者少數(shù)的幾個(gè)染色體在所有的染色體中 的重排。這將使因果關(guān)系的推論變得復(fù)雜化，同樣的錯配修

24、復(fù)中的點(diǎn)突變也缺乏相應(yīng) 的解釋。但是，從全面來講，在完全不同的腫瘤類型中所發(fā)現(xiàn)的所有的融合基因列在 了表中。事實(shí)上所有的這些基因已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)通過傳統(tǒng)手段在全基因組測序之前，還有 一些例外的也在參考文獻(xiàn)中列出。這些異位中的大多數(shù)是在液態(tài)腫瘤和間充質(zhì)細(xì)胞中 發(fā)現(xiàn)的，并且已經(jīng)開始了核型分析的鑒定。一個(gè)相對少數(shù)的重復(fù)出現(xiàn)的融合，非常重 要的包括ERG在內(nèi)的前列腺癌和肺癌中的 ALK，已經(jīng)在很多常見的腫瘤中被描述。那些傾向于癌癥的從家系遺傳中獲得的基因的出現(xiàn)，但是在癌癥中沒有體細(xì)胞突變 出現(xiàn)的基因，這些基因一般不參與選擇性有利于增殖的過程當(dāng)它們不正常的時(shí)候，但 是它們從間接的途徑促進(jìn)腫瘤的生長（例如促進(jìn)細(xì)

25、胞基因組的穩(wěn)定性，后續(xù)會講 到）。全面來講，這些基因和這些基因的遺傳性狀和它們的功能列在表中。暗物質(zhì)經(jīng)典流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)實(shí)體瘤通常需要 5 到 8 天的“加熱”，現(xiàn)在對這個(gè) 的解釋改 變了，驅(qū)動基因的出現(xiàn)和發(fā)展促進(jìn)了腫瘤的增殖過程。這個(gè)數(shù)據(jù)與分子遺傳學(xué)數(shù)據(jù)是 否相符呢？在兒科腫瘤中，如成神經(jīng)管細(xì)胞瘤，驅(qū)動基因的突變數(shù)是很低的（2到 0 個(gè)），與上述討論所預(yù)測的一樣。在通常成年人的腫瘤，如胰腺、結(jié)腸、乳腺、腦癌 中驅(qū)動基因的突變數(shù)通常會增至 3 到六個(gè)，但是很多腫瘤只有一個(gè)或者兩個(gè)驅(qū)動基因 的突變。怎么解釋這個(gè)現(xiàn)象呢？給出一個(gè)大家都能接受的概念，那就是腫瘤發(fā)展和轉(zhuǎn) 移需要大量的有序的遺傳獲得性突

26、變，通過無數(shù)年的發(fā)展？首先技術(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為是一些“缺失突變”。全基因組測序還不完美，至少以現(xiàn)在的技 術(shù)來看?；蚪M上的一些區(qū)域沒有得到很好的分析，因?yàn)闇y序難以擴(kuò)增、捕獲或者確 定的圖譜這些基因組。第二，給予一個(gè)給定的基因上特殊核苷酸片段的觀察太多，從 而使某些片段隨機(jī)性的漏掉。最后，主要的腫瘤包含的不僅僅是增生的細(xì)胞，還有那 些沖淡了突變的堿基信號并更深的降低了突變被找到可能性的基質(zhì)細(xì)胞。那是什么樣的突變部分被這三種技術(shù)觀念所遺忘了呢？近期對胰腺癌的一些研究對 這些問題提起了注意。 Biankin 等，用免疫組織化學(xué)和遺傳學(xué)分析尋找一個(gè)被增生了的 原始腫瘤的位置。他們用高通量平行的測序來分析這些樣

27、品的外顯子，然后與一個(gè)之 前用 Sanger 法測序鑒定過的有希望稱為原始腫瘤的胰腺癌細(xì)胞系和異種移植物的測序 數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。預(yù)期的 251 個(gè)突變驅(qū)動基因中只有 159 個(gè)被鑒定出在原始腫瘤中發(fā)生 突變，只用二代測序檢測的情況下，說明假陰性率為 37% 。腫瘤中增生細(xì)胞的全基因 組分析沒有仔細(xì)的評價(jià)因?yàn)樗鼈兊募訇幮员嚷蕰摺Ｔ僬?，這些技術(shù)性的問題使全 基因的分析比外顯子的分析更加惡化，因?yàn)闇y序的覆蓋率前者比后者更低（全基因組 為 3 重，外顯子為 100 重）。概念的觀點(diǎn)依然限制著驅(qū)動基因發(fā)現(xiàn)的數(shù)量。事實(shí)上所有的研究，無論是在全基因 組還是全外顯子組水平，都聚焦在了編碼區(qū)域上。原因是因?yàn)閷?shí)

28、踐，鑒定驅(qū)動基因的 突變已經(jīng)非常困難了，當(dāng)它們能夠使表達(dá)的蛋白改變。試著探討基因間和內(nèi)含子的序 列突變會難上加難?；趯ι贁?shù)單基因遺傳病病人的突變分析，超過 80% 的突變是由 編碼區(qū)的分析得出的。但是仍然留下了某些無法鑒定的區(qū)域“暗物質(zhì)”，甚至在家系 基因組的遺傳層面上，這些通常比癌癥的體細(xì)胞突變更易于理解。給這種暗物質(zhì)一線 光明的研究最近發(fā)表出來了： TERT 基因啟動子區(qū)經(jīng)常發(fā)生相同的突變，這個(gè)基因編碼 了端粒酶的催化亞基，這個(gè)突變表現(xiàn)出了能夠調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄的能力。突變驅(qū)動基因不同于表中所列出的那些無疑的成為后續(xù)基因組水平測序研究的重 擔(dān)。但是，基于這種研究趨勢，大多數(shù)的突變驅(qū)動基因?qū)⒊蔀椤?/p>

29、山”，在那些不常見 的腫瘤類型或者小山在常見腫瘤類型中；這樣，這些基因?qū)⒉槐徽J(rèn)為是假定暗物質(zhì)研 究的阻礙。其他類型的暗物質(zhì)也能夠被預(yù)測到?？截悢?shù)的變化在癌癥中很常見，無論 在全染色體還是亞染色質(zhì)水平上。這些變化能夠不明顯的改變驅(qū)動基因的表達(dá)。近期 的研究認(rèn)為漏掉帶有一些列抑癌基因的一個(gè)拷貝的染色質(zhì)都將導(dǎo)致腫瘤的選擇性增 生。最明顯的暗物質(zhì)的來源是表型驅(qū)動基因。人類腫瘤包含大量的外基因改變影響 DNA 或者染色質(zhì)蛋白。例如，近期對結(jié)直腸癌的研究表明超過 10% 的蛋白編碼基因被不同 程度的甲基化當(dāng)與正常的直腸表皮細(xì)胞相比。這些變化中的一些更像是提供了腫瘤選 擇性增生。例如， CDK2NA 和 M

30、LH1 基因的沉默比突變失活更常見。但是這是一個(gè)重 要的遺傳和表觀遺傳改變之間的不同現(xiàn)象。與給定基因測序不同，甲基化是具有可塑 性的，在不同的細(xì)胞類型、細(xì)胞分化階段、病人年齡段中不同。原始細(xì)胞的甲基化水 平是否引起腫瘤的增殖目前尚未確定；這些細(xì)胞，如正常的干細(xì)胞，只是正常組織中 很小的一部分。這種相關(guān)性也說明甲基化可以在微環(huán)境條件下發(fā)生改變，如那些低營 養(yǎng)濃度或者不正常細(xì)胞接觸相關(guān)的條件。因此想知道特定的表觀遺傳學(xué)的變化能否引 起癌細(xì)胞的反應(yīng)比促進(jìn)癌細(xì)胞增殖的變化更加困難。區(qū)分表觀遺傳學(xué)變化和表觀遺傳 學(xué)變化促進(jìn)者的規(guī)則還沒有制定出來。給定的表型驅(qū)動基因更傾向于構(gòu)成暗物質(zhì)的一 部分，更深入的研

31、究是非常必要的。遺傳異質(zhì)性在途中描繪的突變是無性繁殖的；它們出現(xiàn)在大多數(shù)的腫瘤增生細(xì)胞中。但是對亞 種突變的分析對理解腫瘤發(fā)展更加重要。四種類型的遺傳異質(zhì)性與腫瘤的發(fā)生發(fā)展相 關(guān)：腫瘤內(nèi)部的：一個(gè)腫瘤中不同細(xì)胞間的遺傳異質(zhì)性。這種類型的異質(zhì)性已經(jīng)被 確認(rèn)很多年了，例如，很少有對一個(gè)實(shí)體瘤細(xì)胞發(fā)生學(xué)的研究，因?yàn)檫@些細(xì) 胞都具有同一個(gè)核型。對于單獨(dú)的基因來說這種現(xiàn)象也同樣存在，近期通過 基因組水平的觀察發(fā)現(xiàn)。這種類型的異質(zhì)性肯定會出現(xiàn)：一個(gè)正?；蛘吣[瘤 細(xì)胞每次分裂都會帶上一些突變，這些突變可以作為將兩個(gè)細(xì)胞與他們的上 級細(xì)胞區(qū)分開的標(biāo)志。大的腫瘤兩面的細(xì)胞是很明顯的分開的，大致來說會 表現(xiàn)出比臨

32、近細(xì)胞更多的不同之處。這種現(xiàn)象類似于物種形成的過程，同一 個(gè)島嶼上的物種彼此之間會比不同島嶼上的相同物種之間的相似性更大一 點(diǎn)。在通過全基因測序分析后的腫瘤內(nèi)部異質(zhì)性的分析得出大部分為遍布腫 瘤細(xì)胞的體細(xì)胞突變，這些變異來自體細(xì)胞進(jìn)化樹。哪些突變對這些分支的 形成是重要的呢？從醫(yī)療角度講這些突變是無意義的，因?yàn)槟切┰嫉哪[瘤 細(xì)胞已經(jīng)被外科手術(shù)切除了。有多少異質(zhì)性出現(xiàn)在外科手術(shù)切除之前的分支 上？也許這個(gè)異質(zhì)性提供了內(nèi)部轉(zhuǎn)移異質(zhì)性的種子，這個(gè)對臨床來說是具有 重大意義的。內(nèi)部轉(zhuǎn)移：在同一病人的不同轉(zhuǎn)移系之間的異質(zhì)性。大多數(shù)的癌癥病人死于他 們的腫瘤在轉(zhuǎn)移之前沒有完全外科切除，例如肝臟、腦、肺或

33、者骨。單轉(zhuǎn)移 系復(fù)發(fā)的病人可能通過外科手術(shù)和放療能夠治愈，但是單轉(zhuǎn)移是規(guī)則的一個(gè) 特例。一個(gè)典型的病人在臨床上會具有很多的轉(zhuǎn)移系，并且腫瘤基本到了圖 像可見的程度，但是很多情況下腫瘤大小小于這個(gè)程度。如果每個(gè)轉(zhuǎn)移系在 單獨(dú)的病人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)在一個(gè)細(xì)胞上出現(xiàn)了與眾不同的基因組成，那么化學(xué)療 法將更有可能達(dá)到治愈的效果：摧毀一個(gè)轉(zhuǎn)移系子集還是一個(gè)長遠(yuǎn)的拯救計(jì) 劃。有多少遺傳異質(zhì)性在不同的轉(zhuǎn)移系之間？簡單的說，很多。在一個(gè)轉(zhuǎn)移系 里有 20 個(gè)拷貝的基因改變在不同的病人之間是非常常見的。因?yàn)樗麄冊诓?斷的復(fù)制，這些突變通常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)移細(xì)胞的上級細(xì)胞；也就是說，從原始腫 瘤細(xì)胞中逃離并轉(zhuǎn)移復(fù)制的那些細(xì)胞。不

34、同轉(zhuǎn)移系的上級細(xì)胞在不同的距離 較遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)。這個(gè)潛在的災(zāi)難性的情況被誘導(dǎo)突變基因的異質(zhì)性所限制 而得到緩和。大多數(shù)的研究發(fā)現(xiàn)遺傳異質(zhì)性在腫瘤轉(zhuǎn)移中的程序，突變驅(qū)動 基因出現(xiàn)在進(jìn)化樹的樹干部分，這個(gè)推斷已經(jīng)被證實(shí)。這些發(fā)現(xiàn)與上述討論 內(nèi)容相一致，即基因上的改變對轉(zhuǎn)移來說是必須的。這個(gè)數(shù)據(jù)與病人對目標(biāo) 制劑的反應(yīng)相一致，這個(gè)反應(yīng)對大多數(shù)的轉(zhuǎn)移來說是常見的。轉(zhuǎn)移系內(nèi)部：在相對獨(dú)立轉(zhuǎn)移的細(xì)胞間的異質(zhì)性。任何一個(gè)轉(zhuǎn)移系都起源于一 個(gè)細(xì)胞和它的上級細(xì)胞。在它生長的過程中，轉(zhuǎn)移系得到了新的突變從每個(gè) 細(xì)胞的分裂中。雖然上級細(xì)胞中的突變易受靶向藥物的影響，但是新得到的 突變成了產(chǎn)生抗藥性的一個(gè)種子。與初始

35、的腫瘤不同，轉(zhuǎn)移系不能被外科手 術(shù)切除，必須進(jìn)行系統(tǒng)的治療。而病人對目標(biāo)性的治療總是出現(xiàn)復(fù)發(fā)的情 況，大多數(shù)最初的轉(zhuǎn)移出現(xiàn)復(fù)發(fā)的時(shí)間在患者中都極其相似，這種復(fù)發(fā)時(shí)間 上的相似性可以用目標(biāo)性治療之前獲得的抗藥性突變來解釋。統(tǒng)計(jì)顯示任何 一個(gè)在醫(yī)療圖片下能觀察到的轉(zhuǎn)移系都有上千個(gè)細(xì)胞，它們事實(shí)上已經(jīng)具備 了抵抗你所能想象的任何藥物。因此，復(fù)發(fā)只是一個(gè)時(shí)間早晚得問題了，完 全可以根據(jù)已知的突變頻率和腫瘤細(xì)胞生長比率來推算它復(fù)發(fā)的時(shí)間。這個(gè) 既定的事實(shí)原則上是可以用廣義的藥物避免的，它與一個(gè)腫瘤細(xì)胞抵抗大多 數(shù)藥物在不同的靶標(biāo)上是不同的?；颊唛g：不同患者間的腫瘤的異質(zhì)性。這種類型的異質(zhì)性已經(jīng)被所有的腫

36、瘤學(xué) 家觀察到了，沒有任何兩個(gè)患者會使用相同的臨床特征，在治療或者尚未治 療之前。這些不同的原因可能來自于患者的影響，比如說家系間的不同已經(jīng) 決定了一半的用藥原則，如患者的血管和細(xì)胞的通透性等，再有就是非遺傳 的一些因素。但是，大多數(shù)的這種患者間的異質(zhì)性是與體細(xì)胞突變相關(guān)的。 雖然數(shù)十個(gè)體細(xì)胞突變會出現(xiàn)在兩個(gè)病人的乳腺癌中，但是只有少數(shù)在相同 的基因上，而且在大多數(shù)情況下這些基因是突變驅(qū)動基因，甚至在這些驅(qū)動 基因上的突變位點(diǎn)事實(shí)上也是不同的。突變可以改變蛋白質(zhì)上不同的功能結(jié) 構(gòu)域，這些改變是難以預(yù)測的，實(shí)驗(yàn)證實(shí)它所造成的細(xì)胞功能的改變也是難 以預(yù)測的。雖然有時(shí)候不同的突變看起來在相關(guān)聯(lián)的密碼

37、子上出現(xiàn)會有相同 的影響，但是對不同的病人進(jìn)行深入研究發(fā)現(xiàn)這不是事實(shí)。例如， KRAS 上的Gly12 Asp12突變（G12D ）和G13D突變就有不同的臨床意義。患者間 的遺傳異質(zhì)性通常是設(shè)計(jì)廣泛的相同的癌癥有效療法的最主要障礙之一。個(gè) 體化治療的努力必須基于患者的癌癥基因組的知識和對這種遺傳異質(zhì)性的評 價(jià)。腫瘤中的信號通路巨大且復(fù)雜的癌癥基因組綜上所述使人覺得有些迷茫。畢竟一些晚期的腫瘤也沒有完全的失去控制，這個(gè)被 BRAF突變和ALK突變的靶向藥物的戲劇性的反應(yīng)所證實(shí)。即使短暫，這些反應(yīng)意味著只用一種突變基因產(chǎn)品就足夠組織癌癥的發(fā)展。那 么復(fù)雜的癌癥基因組如何解釋這些臨床現(xiàn)象呢？有兩個(gè)

38、觀點(diǎn)與之相關(guān)，首先是上文所述的腫瘤變異中超過 99% 的變異是與腫瘤增 殖無關(guān)的。它們只是一些標(biāo)志著成功分裂擴(kuò)大的時(shí)間的標(biāo)記物。正常的細(xì)胞隨著它 們分裂也同樣經(jīng)歷著遺傳改變，核酸和染色體水平上都有。但是，正常細(xì)胞還經(jīng)歷 細(xì)胞凋亡來作為對這些變異的反應(yīng)，也許是抵抗癌癥的一種保護(hù)機(jī)制。于此不同的 是，癌細(xì)胞進(jìn)化成了能夠忍受基因組復(fù)合物上基因的突變，通過對一些基因突變的不斷積累如TP53。因此，基因組復(fù)合物是造成癌癥的原因之一。為了領(lǐng)會第二個(gè)概念，我們必須站在宏觀的角度上分析，一片叢林從陸地角度看 肯定是雜亂不堪，但是如果從空中觀察那么就會顯得很清楚很有規(guī)則，動物們寄居 在溪流邊每天在固定的時(shí)間出現(xiàn)

39、，所有的小溪匯聚到一條河中。當(dāng)然在癌癥中也有 這樣的規(guī)則。在 138 個(gè)驅(qū)動基因上的突變都導(dǎo)致了一個(gè)后果，那就是它們都有促進(jìn) 腫瘤增殖的效果，不管是直接的還是間接的。另外，它們只出現(xiàn)在有限的幾個(gè)細(xì)胞 信號通路中來促進(jìn)細(xì)胞增殖。所有已知的驅(qū)動基因可以劃分到 12個(gè)通路中。這些通路中信號分子的發(fā)現(xiàn)是生 物化學(xué)研究的重大成就，是生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)以及癌癥領(lǐng)域研究者的一個(gè)重要 的禮物。這些通路自己形成了三個(gè)核心的細(xì)胞程序：1 ） 細(xì)胞衰老：大量的研究證實(shí)細(xì)胞分裂和分化的關(guān)系是相反的，主宰著細(xì)胞 衰老的過程。分裂的細(xì)胞負(fù)責(zé)正常組織的細(xì)胞數(shù)量，不再進(jìn)行分化。新生 的藥物是基于這個(gè)區(qū)別將把已分化的細(xì)胞去分

40、化成干細(xì)胞作為基礎(chǔ)，然后 促使這些干細(xì)胞再分化成有用的細(xì)胞類型來再次轉(zhuǎn)移到患者體內(nèi)。癌癥中 很多遺傳學(xué)變異拋棄了分化和分裂的平衡，順利的成為了后者。這就導(dǎo)致 了選擇性增殖，因?yàn)榉只募?xì)胞最終會死亡或者靜止。行使這種功能的信 號通路包括 APC/HH/NOTCH ，這三種信號通路都是已經(jīng)研究透徹的與細(xì) 胞衰老相關(guān)的信號通路，它們存在于蠕蟲到哺乳動物。編碼染色質(zhì)修飾酶 的基因也被包括在這類通路中。在正常的發(fā)展過程中，從分裂到分化的遺 傳改變不是由突變決定的，但對于癌癥，相反的通過表觀遺傳來改變和影 響 DNA 和染色質(zhì)蛋白。有沒有更好的辦法來顛覆這種正常的機(jī)制來控制 組織的構(gòu)建而不是削弱表觀修飾機(jī)

41、器本身呢？2) 細(xì)胞生存：雖然癌細(xì)胞不正常的分裂是因?yàn)榧?xì)胞自主突變，如那些控制細(xì) 胞衰老它們的基質(zhì)細(xì)胞很正常不會反復(fù)移動。這種不對稱最明顯的衍生物 是腫瘤中不正常的脈管系統(tǒng)，與已經(jīng)安排好的正常組織中控制營養(yǎng)物質(zhì)濃 度血管和淋巴網(wǎng)絡(luò)相反，腫瘤中的脈管系統(tǒng)彎曲而缺少章法結(jié)構(gòu)。正常的 細(xì)胞通常大小為 100 微米，但是癌細(xì)胞卻不是，癌細(xì)胞獲得了使它在有 限的營養(yǎng)狀況下增殖的突變，茁壯的增長但是它們的姐妹們就不一樣了。 這類突變的產(chǎn)生，例如在EGFR/HER2/FGFR2/PDGFR/TGFbetaR2/MET/KIT/RAS/RAF/PIK3CA/PTEN 中。這些基因中的一些是編碼生長因子受體的基

42、因，另外一些從生長因子 那里呈遞這個(gè)生長信號到細(xì)胞內(nèi)部，激活后刺激細(xì)胞的增殖。舉個(gè)例子， KRAS或者BRAF基因的突變賜予癌細(xì)胞在葡萄糖濃度低于正常細(xì)胞生長 濃度或者沒有發(fā)生這兩個(gè)基因突變的癌細(xì)胞中生長的能力。通過細(xì)胞周期 的一些細(xì)胞過程可以被細(xì)胞內(nèi)的新陳代謝所控制，驅(qū)動基因直接調(diào)控細(xì)胞 周期或者凋亡，例如 CDKN2A/MYC/BCL2 ，這些基因在癌癥中也時(shí)常發(fā)生 突變。另外一些基因的突變可以增強(qiáng)細(xì)胞生存的能力如VHL,它的蛋白產(chǎn)物能夠通過分泌血管內(nèi)皮生長因子來刺激血管再生。那么控制惡性腫瘤的 生長因子而不是單純的讓脈管系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的更好的辦法是什么呢？3) 基因組修復(fù)：作為癌細(xì)胞定植到一個(gè)

43、新的微環(huán)境的后果，它要面對多種毒 性分子，例如活性氧。甚至在沒有細(xì)胞毒素的微環(huán)境下，細(xì)胞在復(fù)制 DNA 或者分裂的時(shí)候會產(chǎn)生一些錯誤，這時(shí)候監(jiān)視系統(tǒng)會讓它停止或者 自殺。雖然對于機(jī)體來說清除這些細(xì)胞是有利的，但是腫瘤細(xì)胞可以在這 種損傷下存活，也就是被定義為有利于選擇性增殖。因此，某些基因突變 廢除了 這些監(jiān)視機(jī)制，例如 TP53 和 ATM 在癌細(xì)胞中的突變。這些基因 的缺陷也同樣能間接的給與有利于選擇性增殖，通過讓細(xì)胞有大量的染色 質(zhì)變異趨勢，如異位或者染色體增加來使其存活和分裂。類似的，控制點(diǎn) 突變頻率的基因，如 MLH1或者M(jìn)SH2，在癌細(xì)胞中均發(fā)生了突變，因?yàn)?它們加快獲得了那些調(diào)控

44、細(xì)胞衰老和存活的基因的突變。那么比通過增加 突變出現(xiàn)的概率更好的促進(jìn)癌癥發(fā)展的途徑是什么呢？由于調(diào)控細(xì)胞衰老、細(xì)胞存活和基因組修復(fù)的基因的蛋白產(chǎn)物互相作用，因此它們間有些部分是重合的，它們不像上文舉例中那么相互獨(dú)立。但是，將基因分 到通路中從遺傳角度看起來是完美的。癌癥是一種遺傳性疾病，遺傳學(xué)定律一定 能夠應(yīng)用于它的發(fā)病機(jī)理。在通過傳統(tǒng)方法觀察細(xì)菌、酵母、果蠅或者蠕蟲中的 突變時(shí)，在這么多不同基因組中發(fā)現(xiàn)突變的期望是得到相同的表型。這些基因的 產(chǎn)物通常與另外的相互作用并且呈現(xiàn)出一個(gè)生物化學(xué)或者發(fā)展的通路來。因此， 我們不會因?yàn)椴煌幕蚩梢詫?dǎo)致相同的腫瘤增殖效果而感到驚訝，因?yàn)檫@是基 因相互作

45、用的結(jié)果。在癌癥通路與生物化學(xué)或者發(fā)展通路之間的相似性在其他的 機(jī)體內(nèi)能夠更加深入。我們大量的關(guān)于驅(qū)動基因功能的知識都來自于非人體內(nèi)的 其他物種中同源體的研究。雖然某些功能與人體中的不同，但是它們是高度相關(guān) 的并且為模擬人類細(xì)胞的研究提供了一個(gè)出發(fā)點(diǎn)。認(rèn)識這些通路能幫助我們更好的理解病人間的腫瘤異質(zhì)性。一個(gè)肺癌也許會有 一個(gè)相應(yīng)的生長因子受體活性的突變，使它在低濃度表皮生長因子的環(huán)境下得以 生長。第二個(gè)肺癌可能是在 KRAS 基因上有一個(gè)激活的突變，它的蛋白產(chǎn)物能夠 正常的傳遞表皮生長因子和其他通路分子的信號。第三個(gè)肺癌是可能是在 NF1 基 因上有一個(gè)失活的突變，能夠調(diào)控 KRAS蛋白的失活

46、。最后，第四個(gè)肺癌可能是 在BRAF基因上有一個(gè)突變，可以將 KRAS基因的信號傳遞給下游通路。那么有 人就會預(yù)測信號通路上的各個(gè)分子的突變之間是相互獨(dú)立的，換句話說就是不會 出現(xiàn)在同一個(gè)腫瘤中這也被實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證。脫離理智的想，這些知識對于癌癥的治 療是非常重要的，下面我們將會講到。腫瘤學(xué)中對基于基因組藥物的一些觀點(diǎn)機(jī)遇基因組測序是一個(gè)新的嘗試，而且它已經(jīng)對患者的臨床治療有了一定的影響。對于 特定腫瘤的認(rèn)知包括驅(qū)動基因的激活突變，這些基因編碼一些蛋白酶導(dǎo)致了小分子抑 制此類酶的藥物的發(fā)展。EGFR激酶抑制劑對EGFR基因突變癌癥的治療就是一個(gè)典型 的基因藥物的應(yīng)用實(shí)例，還有上文中提到的退行淋巴瘤

47、激酶（ALK）抑制劑對ALK基因突變癌癥的治療和特異抑制劑對BRAF突變癌癥患者的治療。在制定用這些藥物的治療方案之前，有必要知道癌癥是否對這些突變的藥物靶標(biāo)進(jìn)行了掩護(hù)。只有一小部 分的肺癌患者具有EGFR基因突變或者ALK基因異位，并且只有這些病人藥物才會有 效。對不帶有這些特定突變的病人使用這些藥物是有害的，在他們的腫瘤轉(zhuǎn)移時(shí)這些 藥物會造成另外的副作用。第二種類型的基因藥物的目標(biāo)是針對這些藥物制劑的代謝狀況而生的，而不是過分 關(guān)注于藥物的靶標(biāo)。目前，給患者的癌癥藥物的劑量是根據(jù)患者的體重和表面積來確 定的。但是腫瘤藥物的治療效率卻一般較低，特別是傳統(tǒng)的治療藥物。這些藥物在循 環(huán)中的濃度的

48、小的變動都可招致腫瘤實(shí)體的侵襲和不堪的治療效果。檢測種系中那些 藥物代謝酶的基因也許能夠?qū)嵸|(zhì)上解決藥物劑量的問題。最好這個(gè)基因組篩查能夠附 帶每個(gè)病人特異的藥物濃度的藥學(xué)度量。檢測的額外的費(fèi)用要比那些價(jià)格高昂的新的 癌癥治療方案要便宜的多了，估計(jì)在 200000 到 300000 美元每生命質(zhì)量年。挑戰(zhàn)腫瘤學(xué)上對基因藥物的一個(gè)挑戰(zhàn)已經(jīng)很明顯的來自下面的幾個(gè)機(jī)遇：所有被臨床認(rèn)可 的藥物針對突變基因產(chǎn)物的那些都對準(zhǔn)了對抗激酶活性。原因中的一個(gè)是激酶很容易 被小分子靶定到并且已經(jīng)被生物化學(xué)研究透徹，其結(jié)構(gòu)和生理學(xué)水平也已知。但是另 一個(gè)原因可能更加深入說明了這個(gè)問題，市場上的大部分藥物是用來抑制它們

49、目標(biāo)蛋 白的活性的。這種抑制的出現(xiàn)是由于這些藥物可以使目標(biāo)蛋白失活，或者與小分子的 該酶的配體結(jié)合。只有 31 個(gè)驅(qū)動基因是這種類型的酶，更多的其他的基因是參與到蛋 白復(fù)合物種包括大鏈接和許多弱的相互作用。用小分子藥物抑制這些蛋白的功能是非 常難的，因?yàn)樾》肿铀幬镏荒茏饔糜谶@些復(fù)合物的某些相互作用。雖然現(xiàn)在可以想象目前抑制非酶蛋白功能藥物的發(fā)展情況，但是第二種挑戰(zhàn)所帶來 的困難更加明顯：一大堆的突變誘導(dǎo)基因編碼腫瘤抑制物。藥物一般與蛋白功能相互 作用，它們不能作為那些檢測到的突變的腫瘤抑制基因產(chǎn)物的替代品。不幸的是，腫 瘤抑制基因失活突變支配了整個(gè)致癌基因激活突變在通常的實(shí)體瘤當(dāng)中：少數(shù)的腫瘤

50、 帶有超過一個(gè)致癌基因的突變。腫瘤中少量致癌基因的突變是腫瘤轉(zhuǎn)移間異質(zhì)性的一個(gè)重要的光明，如前文所述。 圍繞腫瘤靶向治療中不可避免的阻力，貌似治療病人只能用兩種以上的藥物。單個(gè)腫 瘤細(xì)胞可能在轉(zhuǎn)移系中對一種藥物的抗藥性明顯要小于對兩種以上藥物的抗藥性。但 是，如果癌細(xì)胞沒有兩種以上的遺傳突變，那么這種合作理論也就不可行了。實(shí)體瘤中少量致癌基因的變異，被治療手段作為靶標(biāo)的能夠減輕和緩解甚至治愈比 現(xiàn)在這些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了的短暫的緩解強(qiáng)的多。真正的求助者是那些信號通路，每一個(gè)腫 瘤抑制基因的失活將會導(dǎo)致下游生長促進(jìn)信號的激活。例如PTEN 基因的突變：腫瘤抑制基因PTEN的失活能夠引起 AKT激酶的激活

51、。相似的腫瘤抑制基因 CDKN2A失活 導(dǎo)致激酶的激活，例如細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶4，促進(jìn)細(xì)胞周期遷移。還有，腫瘤抑制基因APC的失活導(dǎo)致致癌基因持續(xù)性激活，如CTNNB1和CMYC。我們相信關(guān)于這些通路的更多的知識和它們的功能是必須的在癌癥研究中。在這個(gè) 論題上成功的研究應(yīng)該讓藥物在這個(gè)目標(biāo)上發(fā)展，即使是間接的，也損傷了腫瘤抑制 基因。事實(shí)上，已經(jīng)有這些間接靶標(biāo)的例子，突變失活的腫瘤抑制基因BRCA1 或者BRCA2可以導(dǎo)致下游的BRCA功能下的DNA損傷修復(fù)的激活。這樣，有 BRCA1或者 BRCA2基因缺陷的腫瘤細(xì)胞更易受到 DNA損傷性藥物的影響，或者抑制促進(jìn) DNA損 傷修復(fù)類酶如P

52、ARP基因的藥物。PRAP抑制劑在臨床上應(yīng)用于 BRCA基因失活突變的 病人已經(jīng)得到了鼓舞人心的效果。更深層次的過程需要更多的關(guān)于信號通路的詳細(xì)信息，通過那些人癌癥細(xì)胞中癌基 因的功能研究或者在模式生物中。過去二十年分子生物學(xué)中的一個(gè)教訓(xùn)是通路的功能 是不同的，依賴于不同的機(jī)體、不同的細(xì)胞和清楚的遺傳變異。一個(gè)相關(guān)的例子，使 用藥物來抑制突變 BRAF激酶活性。大多數(shù)的黑色素瘤患者有 BRAF基因的突變，這些 藥物戲劇性的減輕了病情，但是同樣的藥物在BRAF突變的結(jié)直腸癌中卻沒有任何療效。這個(gè)現(xiàn)象應(yīng)歸功于 EGFR的表達(dá)，這個(gè)基因在結(jié)直腸癌中表達(dá)而在黑色素瘤中不 表達(dá)，這導(dǎo)致了 BRAF抑制劑

53、的生長抑制作用。想著這個(gè)例子，沒有人會對一個(gè)新藥 在治療小鼠癌癥成功而在治療人癌癥中失敗感到奇怪，所以說機(jī)體之間是不同的，細(xì) 胞類型也是不同的，而且遺傳組成也是不同的。相對于這個(gè)觀點(diǎn)來說，那么在其他物 種中驗(yàn)證失敗的藥物也不一定對人腫瘤就沒有效果，這個(gè)觀點(diǎn)有十分的實(shí)際意義。我 們認(rèn)為，如果藥物活性的生物化學(xué)概念和基礎(chǔ)理論是固定的并且這種藥物對動物是安 全的，那么在人體中也得到了相應(yīng)的保證，雖然可能它在小鼠中根本沒有縮小或者消 除腫瘤的功能。基因藥物的未來癌癥基因組還能被深入的開采隨著很多有效的免疫治療的開展。就像上文所說的， 典型的實(shí)體瘤包含 30-70 個(gè)突變，這些突變改變了所在基因表達(dá)出的蛋白的氨基酸序