肿瘤为什么这么难治——肿瘤异质性背个锅

肿瘤之间和肿瘤内的遗传异质性是决定癌症进展和治疗反应的主要因素，同一患者个体身上的同一部位肿瘤内存在的明显差异。单核苷酸突变（SNV）和DNA拷贝数目变化（CNV）又可以表现为病人间异质性（inter-patient）、肿瘤间异质性（inter-tumour）和肿瘤内异质性（intra-tumour）。那SNV和CNV在肿瘤中哪个异质性更高呢，答案是CNV，SNP不具有显著的肿瘤异质性。

下面以一项结直肠癌肿瘤异质性研究成果为例进行说明：

结论一：SNV在同一患者的肿瘤之间高度一致

  作者对27个病人31个原发瘤样本和其转移肿瘤的100个与肿瘤密切相关的基因进行深度测序（CRC panel,平均深度1500）

27个病人31个原发瘤样本

  找到了20个基因中的88个非同义突变，这88个突变可能对于肿瘤形成具有重要作用，其肿瘤间SNP分布如下图所示，很坐标是病人ID，纵坐标是基因，可以看出基本所有病人的原发肿瘤和转移肿瘤样本共享SNP（紫色框），只有4个病人的5个SNP是原发瘤/转移瘤特有的（粉色/浅蓝色框）。并且有病人在经历过化疗后其原发瘤和转移瘤的SNP依然保持一致性，没有显现出异质性。

肿瘤间SNP分布

结论二：CNV在同一患者的肿瘤之间高度不一致

  直接看下图，横坐标是病人，一个小方格是一个组织，多个小方格组成的一个块是一个病人，第一个小方格是原发瘤，后面的是转移瘤，纵坐标是基因。可以看出同一病人原发瘤和转移瘤的CNV存在情况高度不一致，完全没规律可言，找不到任何明显的CNV分布模式。

各个病人肿瘤间CNV分布

  为了排除实验造成的误差和影响，作者还进行荧光原位杂交来验证上面得到的CNV。荧光原位杂交与上面结果吻合，并且还发现，不仅同一病人不同肿瘤组织间的CNV存在显著差异，同一组织不同细胞间的CNV也存在显著差异！
  所以，结论是同一病人不同肿瘤（原发瘤和转移瘤）之间存在高度的CNV异质性。

结论三：CNV还存在肿瘤内异质性。

  其实从上面FISH的结果已经可以得出这个结论了，但作者还是选了一个病人的肿瘤组织切成4部分（A,B,C,D），然后再深度测序（平均深度1800），结果如下图：

单个病人一个肿瘤内不同部分CNV分布

  可以看出同一组织不同区域的CNV分布模式也是不同的，也用FISH进行验证。最后还选了几个基因根据其CNV的数量进行3D肿瘤建模，呃..确实挺漂亮的。

MMP9的3D肿瘤模型

  综上所述，SNV在肿瘤间和肿瘤内不具有异质性，而CNV在同一肿瘤组织的不同部分表现出极高的异质性，这对于肿瘤的靶向治疗和耐药性研究具有重要意义。

参考文献：

Mamlouk S, Childs LH, Aust D, Heim D, Melching F, Oliveira C, et al. DNA copy number changes define spatial patterns of heterogeneity in colorectal cancer. Nature communications. 2017; 8: 14093

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