综述：肿瘤亚克隆形成、生长侵袭机制研究进展
《Journal of Translational Medicine》：Advances in tumor subclone formation and mechanisms of growth and invasion
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时间：2025年04月22日
来源：Journal of Translational Medicine 6.1
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本文聚焦肿瘤亚克隆，深入剖析其形成机制，涵盖遗传突变、遗传漂变等。还介绍了研究方法，如单细胞测序、液体活检。阐述了其在肿瘤异质性、免疫逃逸等方面的作用，为精准肿瘤学提供重要理论依据，助力癌症诊疗研究。
肿瘤亚克隆的背景知识
肿瘤亚克隆指源于同一肿瘤中共同祖细胞、遗传特性各异的细胞亚群，它们在肿瘤的发展进程中扮演着关键角色。肿瘤发生早期，正常细胞经多次驱动突变，像 KRAS、TP53 和 SMAD4 等基因的突变 ，产生具有增殖优势的祖癌细胞，进而克隆扩增形成初始肿瘤克隆，这便是肿瘤亚克隆的 “前身”。
后续，在选择、突变、遗传漂变和空间分离等因素作用下，携带优势突变的细胞不断扩张，形成多种亚克隆群体。比如，在肿瘤的生长环境里，某些细胞获得了能更好适应环境的突变，就如同在竞争中找到了 “制胜法宝”，从而不断繁殖，成为肿瘤中的一个亚克隆群体。近年来，高通量测序技术的进步，包括单细胞测序、空间转录组学和液体活检等，为深入研究肿瘤亚克隆提供了有力工具，使我们能更精准地剖析肿瘤的奥秘。
肿瘤亚克隆的形成机制与特征
肿瘤亚克隆的形成机制主要包括遗传突变、遗传漂变和自然选择。遗传突变如单核苷酸变异（SNVs）和拷贝数变异（CNVs），由基因组不稳定性引发，为亚克隆形成提供了初始的遗传变异，就像是给亚克隆的诞生准备了 “原材料”。遗传漂变会使肿瘤亚克隆中等位基因频率随机波动，积累中性突变，增加肿瘤内遗传多样性，这些 “储备” 的遗传多样性在肿瘤环境变化时，可能赋予肿瘤细胞新的适应性优势。
自然选择则是肿瘤亚克隆进化的关键驱动力，治疗、肿瘤微环境改变等选择性压力会促使携带优势驱动突变的亚克隆扩张。在胰腺癌中，携带 CNTN5 或 MEP1A 突变的亚克隆能更好地适应缺氧环境，从而实现选择性生长。除遗传机制外，表观遗传改变，像 DNA 甲基化和组蛋白修饰，也能通过调控基因表达影响亚克隆形成与进化。在乳腺癌细胞中，DNA 甲基化可使肿瘤抑制基因 BRCA1 沉默，催生耐药亚克隆。
肿瘤亚克隆的进化遵循线性和分支进化两种模型。线性模型描述突变沿单一谱系顺序积累，但多数肿瘤更符合分支进化模型，肿瘤不同区域的独特突变谱便是证据。B 细胞淋巴瘤患者接受 CD20 靶向治疗时，CD20 阳性亚克隆会再次出现，且 CD20 表达存在空间异质性，这凸显了肿瘤克隆的复杂性。
肿瘤亚克隆还存在空间、时间和功能上的异质性。不同肿瘤区域的微环境差异，导致亚克隆在空间上分布不均，在肾、胰腺、结直肠和前列腺癌中，携带驱动突变的亚克隆倾向于在特定区域扩张。随着时间推移，肿瘤亚克隆的组成和特征会动态变化，在结直肠癌、胰腺癌和血液系统恶性肿瘤中，体细胞突变积累存在特定时间顺序。不同亚克隆在增殖、侵袭、转移和耐药等功能上也表现出显著差异，这也决定了肿瘤的恶性程度和对治疗的反应，因此个性化治疗尤为重要。
肿瘤亚克隆研究的主要方法与技术模型
肿瘤亚克隆研究方法多样，各有优劣。批量测序可从整体层面分析样本遗传特征，但无法解析单个细胞的突变组合，难以揭示肿瘤的异质性。在研究复发 / 难治性多发性骨髓瘤时，全基因组测序（WGS）仅识别出 4 个亚克隆，而结合单细胞 RNA 测序和单细胞 ATAC 测序则发现了 11 个。
为提升分辨率，出现了多尺度批量测序方法，像靶向测序能检测低频突变，多区域测序可研究肿瘤克隆同质性和异质性，纵向测序有助于了解肿瘤进化。不过，这些方法仍存在空间和时间采样偏差等问题。
单细胞测序技术能在单细胞水平提供突变谱，可直接推断系统发育树，验证肿瘤亚克隆间的进化关系，还能精准检测拷贝数改变（CNAs）和单核苷酸变异（SNVs）。单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）可识别肿瘤细胞的不同状态，整合单细胞 DNA 和 RNA 测序能全面呈现肿瘤进化全貌。
空间转录组测序可对肿瘤区域基因表达进行定位分析，虽不能直接检测基因组改变，但可通过基因表达特征间接推断。在高级别脑膜瘤研究中，空间转录组测序揭示了区域内肿瘤异质性，有助于完善肿瘤分型。
组织学技术，如多重免疫组织化学、多重免疫荧光和质谱成像（MSI），可在组织层面检测多种蛋白和代谢物，辅助识别肿瘤亚克隆和验证克隆性预测模型。MSI 分析甲状腺乳头状癌时发现，原发肿瘤与转移灶间的异质性大于不同原发肿瘤间的异质性。
液体活检通过分析循环肿瘤 DNA（ctDNA）和循环肿瘤细胞（CTCs），能无创监测肿瘤亚克隆动态变化。针对非小细胞肺癌术后易复发问题，开发的 ECLIPSE 算法可从低 ctDNA 样本中推断肿瘤克隆进化，提高复发风险评估的准确性。
功能基因组方法，如 CRISPR-Cas9 和 shRNA 筛选，可直接操控基因表达，探究肿瘤进展中的关键基因。体内单细胞 CRISPR 筛选结合 scRNA-seq 分析发现，在鳞状细胞癌中，TNF 信号模块从外源性刺激向自分泌激活的转变是肿瘤细胞侵袭的关键步骤。
建立患者来源的类器官（PDOs）和患者来源的异种移植模型（PDXs），能在保持肿瘤异质性的前提下研究肿瘤亚克隆。在前列腺癌 PDO 模型研究中，发现不同亚型由特定干细胞 / 祖细胞群体驱动；在胰腺癌和壶腹癌研究中，利用 PDOs 追踪化疗耐药亚克隆，揭示了新的耐药机制。
生物信息学分析在肿瘤亚克隆研究中也不可或缺。EXPANDS 工具可估算携带特定突变的肿瘤细胞比例，PyClone 能对体细胞突变进行聚类分析，推断肿瘤克隆群体结构。通过分析遗传变异构建的系统发育树，可直观展示肿瘤亚克隆的进化轨迹。
肿瘤亚克隆与肿瘤异质性的形成
肿瘤异质性分为肿瘤间异质性和肿瘤内异质性（ITH），肿瘤亚克隆在 ITH 形成中起关键作用。分支进化和独立克隆扩张推动 ITH 发展，即使在多灶性疾病如前列腺癌中，也可能源于单一祖细胞克隆，不同癌谱系的存在表明肿瘤进化的复杂性，肿瘤亚克隆动态变化是造成肿瘤异质性的主要原因。
肿瘤克隆进化是持续过程，不同亚克隆在选择压力下竞争、扩张或消失。早期结直肠肿瘤存在多个共存亚克隆，随着疾病进展，竞争使优势亚克隆出现。新突变会产生新亚克隆谱系，改变肿瘤进化方向。在 ALK 重排的肺癌中，治疗过程中出现的不同突变导致肿瘤对药物的敏感性不断变化，这也凸显了追踪亚克隆动态和耐药突变的重要性，为个性化治疗提供了依据。
肿瘤亚克隆在肿瘤生长、侵袭和免疫逃逸中的作用
肿瘤亚克隆进化推动肿瘤生长、侵袭和转移。肿瘤发生初期，祖细胞虽有初始突变，但增殖缓慢，随着突变积累形成原发肿瘤，此时肿瘤尚未具备侵袭和转移能力。肿瘤发展过程中，亚克隆因进展突变获得更强的增殖、侵袭和转移能力，相比祖细胞，亚克隆对缺氧、免疫攻击和治疗干预等压力适应性更强。
研究发现，前列腺癌进化过程中，分支特异性突变影响细胞增殖和凋亡相关基因，促进肿瘤生长；VEGFB 扩增可推动血管生成，助力肿瘤侵袭。关于肿瘤转移，传统认为源于单个肿瘤细胞，但新证据表明多个亚克隆可协作形成转移灶。对前列腺癌和胰腺癌的研究发现，转移灶可能来自原发肿瘤中的特定亚克隆，且某些基因与转移相关，这揭示了肿瘤进化的复杂性。
肿瘤免疫编辑包括消除、平衡和逃逸三个阶段。在免疫编辑过程中，肿瘤细胞产生克隆性新抗原和亚克隆性新抗原，克隆性新抗原有助于免疫识别，而亚克隆性新抗原分布不均，免疫原性较弱。在免疫编辑后期，具有免疫逃逸能力的亚克隆会扩张。
肿瘤亚克隆通过多种机制逃避免疫清除，如调节抗原表达、激活免疫检查点、重塑肿瘤微环境和改变代谢程序。黑色素瘤患者复发肿瘤常出现 NY-ESO-1 抗原表达缺失；不同亚克隆中免疫检查点分子 CTLA-4 和 PD-L1 表达差异，会导致免疫耐受。肿瘤亚克隆还能招募调节性 T 细胞（Tregs）、髓源性抑制细胞（MDSCs），改变代谢环境，抑制 T 细胞功能，促进肿瘤进展。
肿瘤亚克隆研究的临床意义
研究早期肿瘤亚克隆特征，有助于开发更灵敏、特异的早期检测方法。染色体 3p 缺失是透明细胞肾细胞癌的早期特征，利用这一特点可在肿瘤形成前进行检测和干预。深入研究肿瘤亚克隆，能更准确地识别肿瘤类型和亚型，提高诊断精度。低级别胶质瘤（LGGs）和胶质母细胞瘤（GBMs）有时难以区分，评估肿瘤内异质性有助于鉴别，改善诊断准确性。
了解肿瘤亚克隆组成，可为选择有效治疗策略提供依据。不同亚克隆对治疗敏感性不同，针对耐药亚群治疗可提高疗效、降低毒性。在弥漫大 B 细胞淋巴瘤中，不同分子亚型对特定靶向治疗反应各异；在转移性前列腺癌中，针对亚克隆突变的联合治疗或自适应治疗，有望克服耐药问题。
监测肿瘤亚克隆动态变化，可预测疾病进展和复发风险。前列腺癌中，亚克隆的遗传差异和数量与预后相关，追踪特定亚克隆有助于早期发现微小残留病，评估治疗效果和预测复发。
亚克隆分析可优化临床试验设计，提高药物反应评估准确性，识别不同治疗敏感性的患者亚群。在三阴性乳腺癌研究中，纳入分子亚型分析可更好地预测免疫检查点抑制剂的疗效，也为早期药物研发提供靶点选择依据。
结论
肿瘤亚克隆在癌症进展、治疗耐药和免疫逃逸中至关重要，其形成受基因组不稳定性、表观遗传改变和肿瘤微环境选择压力影响。单细胞测序、空间转录组学和计算建模等技术发展，加深了我们对肿瘤亚克隆的理解。
将亚克隆分析应用于临床仍面临挑战，如建立标准化液体活检流程、临床验证生物信息学工具、完善多区域和纵向采样指南、开发适用的多组学平台等。解决这些问题，将推动亚克隆分析融入精准肿瘤学临床实践，为癌症治疗带来新突破。
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