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亦
#肿瘤#
基因组变异，表观组改变，转录组适应共同导致瘤内异质性，然而这三者在肿瘤进化中的相互影响和各自独立的作用尚不清楚。
年10月26日，来自英国伦敦癌症研究所的AndreaSottoriva和TrevorA.Graham在Nature上发表了题为Phenotypicplasticityandgeneticcontrolincolorectalcancerevolution的文章，作者发现结直肠癌（colorectalcancer,CRC）中的大多数遗传学变异对表型都没有太大影响，相反，转录组可塑性在肿瘤内非常普遍。
肿瘤进化会产生遗传学瘤内异质性（Geneticintratumourheterogeneity,gITH）和转录组瘤内异质性（oftranscriptomicintratumourheterogeneity,tITH）。对于gITH，我们能够通过基因组学发现被选择的克隆，但其被选择的原因和具体导致表型改变的亚克隆突变未知。对于tITH，研究发现侵袭表型是多克隆导致的，表型特征至少部分可塑，且能够在无表观或基因异常情况下发生。此篇文章中，作者整合了空间分辨率水平的基因组、表观组和转录组图谱，重点分析了27个CRC患者的例样本，刻画了CRC表型异质性的演化过程。
作者首先描述了CRCs之间和其内部基因表达的异质性，分别基于基因和标志途径将其分为四群。对于CRC分类中常用的分子亚型（consensusmolecularsubtypes,CMS）和基因表达亚型（cancercell-intrinsicgeneexpressionsubtypes,CRIS），作者发现后者的瘤内异质性更高，二者之间的相关性很弱，且所使用的基因中同源表达的很少，这是造成高ITH的原因。以上说明定义癌症细胞生物学和与肿瘤微环境（tumourmicroenvironment,TME）相互作用的基因表达程序并不是在所有CRC中均一表达。
接下来，作者想知道造成tITH的原因，比如是否是由gITH导致的。他们构建了CRC的系统发生树，并在节点覆盖基因表达图谱，发现只有61个基因在至少3个肿瘤中的表达模式重复反映了系统发育祖先，过氧化物酶体增殖激活受体（PPAR）信号途径在统计学上显著。类似地，作者对基因表达途径的系统发生信号进行评估，发现大多数途径与遗传起源都没有很强的相关性。至此，作者认为基因表达改变的表型可塑性与进化史无关，可能是TME外部刺激的结果。作者发现肿瘤腺体的基因表达依据区域聚集，免疫细胞浸润程度与基因表达差异相关，这说明TME能在不考虑遗传变异积累的情况下影响基因表达。
那么基因的系统发生信号怎么解释呢？作者认为是体细胞突变影响了基因表达，他们使用线性回归来检测肿瘤间和肿瘤内的体细胞遗传异质性与基因表达间的顺式联系，发现1,/5,(28%)的基因表达与体细胞突变相关，这些基因称为数量性状位点（eQTL）基因。76.1%的eQTL基因与体细胞拷贝数变异（SCNAs）有关，但它对于表达的影响很小，相比之下，突变（包括编码和非编码区）的影响要大一些，而二者的结合却可能能够决定癌细胞的基因表达表型。此外，作者发现微卫星稳定（MSS）型肿瘤的突变对表达的影响更大，而微卫星不稳定（MSI）状态对于eQTL关联的影响很小。以上结果说明，尽管大部分的体细胞突变对于顺式基因表达影响不大，仍然有那么一小群亚克隆的遗传变异与基因异常表达显著相关，尽管它不一定是被肿瘤内部选择的。
基因组学研究表明只有一小部分基因真正促进癌症演化，它们被称为驱动基因（drivers)。作者随后聚焦于CRC中的驱动基因，试图理解它们在肿瘤扩张中的作用。单腺体多区域的全基因组测序数据显示，突变最频繁的drivers（如APC,KRAS）在CRC中都是克隆化的，这与单个样本的大量数据中经常出现亚克隆的说法相矛盾。非同义和同义替代的比例（dN/dS）被用于检测drivers的选择，作者发现在MSS中dN/dS远大于1，说明肿瘤生长过程中，亚克隆驱动突变经历了正向选择，而MSI中此现象不明显。进一步地，作者利用DepMap数据库进行正交评估，发现大部分候选的drivers对于CRC都不必要，这说明在亚克隆的选择上，即使是驱动突变，它对于表型的影响也是有限的。
接下来，作者评估了drivers的进化动力学，发现系统进化树处于相对平衡的状态，即不同肿瘤样本和区域拥有相似的分叉。其中一个例外是C肿瘤，它的系统发生树包含一个大的分支，跨越多个区域，这个分支包含KRASG12C突变，提示存在亚克隆选择。对于前面提到的dN/dS值显示存在筛选的亚克隆变异，作者将计算模型和近似贝叶斯算法相结合，从模拟中能够看到亚克隆异质性对应的空间模式，整体上而言，模拟的系统发生树结构与观察到的一致。作者在4个肿瘤中检测到了亚克隆突变的选择，分别是PTEN的错义突变CR，SMAD4错义突变AV，RNF43无义突变Q*和KRAS错义突变G12C。肿瘤呈现指数生长或在外围生长减缓的特征，经历选择的亚克隆生长速度会高20倍，且它们大多数起源于肿瘤扩张早期（肿瘤大小在5万细胞以下）。
最后，作者想知道亚克隆选择进化的原因。他们发现亚克隆突变存在选择的肿瘤在转录组上粘着斑通路失调，上皮间质转化程序上调。那么基因表达上遗传的改变是否提示亚克隆选择呢？作者发现具有系统发生信号的基因数目与亚克隆选择无关，空间分离与亚克隆混合无关，eQTL基因比例与无偏倚的肿瘤进化无关。总之，即使是在一个克隆中，转录组的差异也可能非常大。
综上，文章发现了CRC肿瘤中一种普遍存在的现象，即肿瘤能在无遗传因素（表观或基因）改变的情况下，获得表型可塑性。
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