據(jù)最新一期《科學(xué)》雜志報道，美國科學(xué)家使用CRISPR基因編輯技術(shù)，給每個癌細胞打上獨特標(biāo)記，繪制出一個詳細的癌細胞演化圖譜。新研究不但更清晰地描述了癌癥轉(zhuǎn)移背后的動態(tài)過程，而且發(fā)現(xiàn)了促進癌細胞轉(zhuǎn)移的“熱點”基因和“中轉(zhuǎn)樞紐”。

當(dāng)癌癥僅限于體內(nèi)某個部位時，通常可以通過手術(shù)或其他方法來治療。然而，與癌癥有關(guān)的大部分死亡由癌細胞在全身的轉(zhuǎn)移造成。轉(zhuǎn)移的確切時刻非常短暫，常常淹沒在腫瘤中發(fā)生的數(shù)百萬次分裂中。這些事件通常無法實時監(jiān)測。

在新研究中，研究人員使用了人類KRAS突變型肺癌小鼠模型，并用編碼Cas9蛋白的基因改造了癌細胞。當(dāng)小鼠體內(nèi)的癌細胞不斷分裂增殖時，Cas9在目標(biāo)DNA位點進行不斷剪切，而癌細胞的DNA修復(fù)機制會不斷修補這些缺口，它會修補或刪除一些隨機的核苷酸，從而形成被稱為“插入/缺失”(indel)的獨特修復(fù)序列。這些序列會隨著細胞的分裂一代代地傳遞下去，成為每個癌細胞攜帶的獨特標(biāo)記。

這種剪切和修復(fù)幾乎在每一代中都是隨機發(fā)生的，由此可以畫出非常精細的癌細胞演化圖譜——顯示轉(zhuǎn)移的癌細胞在體內(nèi)的擴散路徑和方向。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這些癌細胞盡管來自同一細胞系，但在移植后轉(zhuǎn)移的路線不同。對此，研究人員認為，隨著原始癌細胞系經(jīng)過多代分裂，癌細胞似乎發(fā)展出了不同的轉(zhuǎn)移特性。

有的癌細胞和它的所有后代都只在一個組織中出現(xiàn)，這意味著它們沒有發(fā)生轉(zhuǎn)移;而另一些癌細胞的后代則在多個組織中出現(xiàn)。

研究人員開始在這些具有不同轉(zhuǎn)移特性的癌細胞系中尋找差異表達基因。通過單細胞RNA測序，研究人員在比較了具有不同轉(zhuǎn)移潛力的癌細胞的基因表達圖譜后發(fā)現(xiàn)，IF127和REG4等基因的高度表達與高轉(zhuǎn)移潛力相關(guān);而KRT17和RPS4Y1等基因的表達與低轉(zhuǎn)移潛力相關(guān)。研究團隊通過敲除或過表達KRT17基因，證明該基因?qū)嶋H上控制了腫瘤的侵襲性。

能夠以這種方式識別與轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因可以幫助研究人員回答有關(guān)腫瘤如何進化和適應(yīng)的問題。參與研究的麻省理工學(xué)院教授喬納森·魏斯曼說：“這是一種觀察腫瘤行為和進化的全新方法。”

利用癌細胞演化圖譜，研究人員還發(fā)現(xiàn)了癌細胞轉(zhuǎn)移行為的特定特征。許多癌細胞轉(zhuǎn)移的第一步是從肺部轉(zhuǎn)移到縱隔淋巴組織這個“中轉(zhuǎn)樞紐”，這表明在小鼠模型中，這一部位與癌細胞向體內(nèi)擴散密切相關(guān)。

魏斯曼博士表示，這些“中轉(zhuǎn)樞紐”的發(fā)現(xiàn)在抗癌療法開發(fā)方面具有重要意義。“如果你把癌癥治療的重點放在這些部位，你就可以第一時間延緩或者預(yù)防癌癥轉(zhuǎn)移的發(fā)生。”(馮衛(wèi)東)