GEN：科學家推翻癌症研究的普遍共識癌細胞突變可被預測

知識 06-22

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腫瘤是由許多細胞亞群組成的。科學家們普遍認為，這些細胞亞群是由於隨機突變。然而，最近美國Moffitt癌症中心的研究人員發現，這些假設可能是錯誤的。他們報道稱，某些細胞亞群是可以被預測的，也不像以前認為的那樣是隨機發展的。

偶然因素，以隨機基因突變的形式，不能解釋在腫瘤中心的細胞群體是怎樣和邊緣的細胞群體變得不一樣的。至少，偶然本身不能去解釋「中心」和「邊緣」細胞的腫瘤表型，儘管隨機突變在腫瘤發展過程中是累積的。偶然有個好幫手：環境選擇。

這種達爾文的言論來自Moffitt 癌症中心的科學家。他們展開了一個基於進化理論的數學模型來證明某些腫瘤亞種群可以如先前所想的一樣可以被預測而且不隨機發展。

在腫瘤細胞里表型發展的隨機性規則的想法有賴於一個隱含的假設：癌細胞從未進化到一個適度的最大化。根據這一想法，癌症細胞總是可以獲得增加增殖能力的突變。

為了驗證這個設想，Moffitt 科學家們設計了一個基於進化論的模型：癌細胞可以獲取增殖資源或者生存的能力兩者之一。模型表明，在腫瘤邊緣的細胞能夠利用有限的資源促使細胞侵襲和能夠從周圍環境中攝取營養，例如周圍血管。外部細胞會發展這些特點儘管他們細胞死亡的風險更高。

另外，在腫瘤內部的細胞被其他細胞包圍而遠離了能夠獲得資源的外周環境。因此，內部細胞發展了允許他們與鄰近細胞爭奪有限可用資源的特點。

這項工作被報道在6月出版的《癌症研究》雜誌上，題目是「腫瘤異質性的達爾文動力學：不僅是單獨的隨機突變還有多變的環境選擇力量。」這篇文章描述了Moffitt 科學家如何利用進化博弈理論來闡述局部癌症細胞的數量會迅速收斂到適當的表型獲得一個穩定的環境。

此外，本文還指出，這些發現已經被基因表達模式所證實。特別地，預測模型通過對10個Ⅱ期侵入性乳腺癌患者的組織切片的詳細定量圖像表型分布分析進行測試。

在腫瘤內部的細胞有更靜態特徵，包括更少的擴散和更多的細胞死亡。另外，腫瘤外部周圍的細胞有較高的增殖的概率，且更有可能產生一個酸性環境來吻合腫瘤邊緣細胞生長和入侵到周圍的正常組織的需求。

「在腫瘤邊緣CAIX GLUT1和Ki67被上調，這和適合入侵的酸性環境還有增殖表型是吻合的」這篇文章的作者寫道，「腫瘤核心細胞密度比外周密集20%，上調了CAXII，HIF-1α和裂解caspase-3，這和多靜態和少增殖的表型也是吻合的。同樣，腫瘤中心血管密集一直低於腫瘤邊緣。」

根據這篇文章的結論，這些結果表明至少某些腫瘤里癌細胞的異質性分子在環境選擇的力量下是由可預測的地區差異所支配的。這個結果和假設癌症細胞可以通過隨機突變累積進化到最適最大化是不一致的。

「有趣的是，個體差異在生物入侵自然界是很常見的，」這項研究的資深作者，Moffitt 成像診斷和介入放射學高級成員和部門主席羅伯特·蓋滕比指出，「例如，甘蔗蟾蜍入侵澳大利亞很多年了。入侵邊緣的甘蔗蟾蜍腿較大，這大概是為了適應移動得更遠更快。」

羅伯特博士補充說，「但是入侵的甘蔗蟾蜍擁有讓他們移動得更遠更快的特點的同時也帶來一個代價：10%的腿大蟾蜍有嚴重的脊椎關節炎。」

Moffitt 研究者希望通過了解入侵腫瘤細胞的特點，它可能會發現和靶向腫瘤細胞的薄弱環節，促進非侵入性特點的演變和減緩腫瘤的生長。

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