近日，中國科學院北京基因組研究所呂雪梅研究組和臺灣大學臨床醫學研究所王弘毅研究組聯合在Molecular Biology and Evolution發表題為Genetic load and potential mutational meltdown in cancer cell populations的研究論文，該研究揭示，腫瘤生長中會積累大量對腫瘤細胞有害的突變，而腫瘤群體大小、有害突變速率（mutation rate）和突變效應（mutational effect）決定了腫瘤群體存亡的命運。
有害突變的積累降低腫瘤細胞生長速率
研究人員從宮頸癌HeLa細胞系中選取單細胞進行克隆培養，通過多個單細胞克隆培養發現，細胞已經發生染色體倍型和生長速率異質性；大部分細胞系相對于祖先細胞生長速率有了明顯下降。通過全基因組測序，生長速率較慢的細胞系拷貝數變異（copy number variation）數量顯著多于生長速率較快的細胞系。通過對染色體核型的分析，發現生長速率較慢的細胞染色體數量顯著升高。隨后研究人員計算了有害突變的突變率，得到HeLa細胞系單次分裂平均產生0.29個有害突變，每增加一個有害突變會使腫瘤細胞的生長速率下降18%，得出平均每一代群體的適應度下降~5%（0.29×0.18），遠高于此前在其它物種中的估計，驗證了腫瘤生長會承受很高的遺傳負荷（genetic load）。最后，為了回答腫瘤群體如何避免被消亡（mutational meltdown）的問題，研究人員利用已估計的參數模擬腫瘤從單細胞開始生長的過程，通過多次模擬，僅有不到10%克隆存活，即使在存活的群體中，大部分細胞的適合度（fitness）相比他們祖先細胞有明顯降低。但群體中沒有攜帶任何有害突變（mutation free）的細胞數量也一直增加，而這些細胞可以使腫瘤群體免于消亡的危險。
該研究揭示腫瘤細胞內部的演化方向由驅動突變（driver mutation）和“乘客”突變（passenger mutation）相互平衡共同決定。雖然腫瘤細胞呈現中性演化的特征，但演化過程仍然受到選擇。過往研究主要集中在少部分驅動突變，卻忽視了大量“乘客”突變在腫瘤生長中的負驅動作用。腫瘤演化的高突變率和中性特征，導致腫瘤細胞的群體擁有極大異質性，也是耐藥復發的主要原因，給傳統的腫瘤治療帶來很大困難。研究提示針對性抑制“乘客”突變少而適應度高的克隆進行治療，有助于提升腫瘤臨床治療療效。該研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金“微進化過程的多基因相互作用”、中國科學院重點部署項目等基金資助。