腫瘤克隆的臨床應用價值

　　前列腺癌患者在臨床上的表現可謂千差萬別，有很多前列腺腫瘤可能好幾十年都不會有任何進展，可是有一些前列腺腫瘤的惡化程度卻又非常快，在幾個月之內就會出現遠處轉移，甚至致人死亡。流行病學資料也越來越明顯，在美國，平均每6個成年男性中就會有1人在一生中被診斷出患有前列腺癌，每年每33名前列腺癌患者中就會有1人因病死亡。前列腺癌患者死亡的主要原因就是癌細胞轉移，而我們目前的治療手段還無法阻止前列腺癌細胞的轉移。自從Charles Huggins在70多年前發明了去雄性激素療法（androgen deprivation therapy）之后，該方案一直是臨床上治療前列腺癌轉移患者的首選療法。通過該方法可以使依賴雄性激素的腫瘤細胞凋亡、壞死。幾乎所有的前列腺癌轉移患者經過閹割手術（castration）或第一代抗雄性激素藥物（antiandrogens）治療之后病情都會有所好轉，但是他們最終都無一例外地會復發、死亡，這主要是因為還存在不依賴雄性激素的腫瘤細胞（castration-resistant prostate cancer, CRPC）。正是因為前列腺癌在組織結構和基因組學方面都存在如此巨大的異質性（heterogeneity），所以才給我們的臨床治療帶來了上述這些麻煩。

　　尋找耐藥根源

　　要了解前列腺癌轉移，一個最根本的問題就是要明確在診斷之初是否就存在多個在基因組學層面存在差異的不同腫瘤病灶，它們今后會同時發生轉移，導致患者死亡；亦或是在診斷之初就只存在一個占據絕對優勢的腫瘤克隆，而且該克隆在整個疾病的發展演變過程中會一直處于優勢地位。本期《科學 轉化醫學》（Science Translational Medicine）雜志將向您介紹Carreira等人最新的工作進展，他們對前列腺癌患者進行了連續的病理活檢檢查，通過這種方法來跟蹤腫瘤克隆的遺傳演進過程，同時對患者整個病程過程（直至疾病晚期）進行動態監測。他們在尋找轉移癌常見染色體缺失（chromosomal deletions）的過程中發現了多個互相獨立的克隆，這些腫瘤克隆在腫瘤組織和外周循環中都有發現。考慮到循環基因組物質有可能來自體內多個轉移灶，所以對這些DNA進行監測更加能夠反映雄性激素受體（androgen receptor, AR）信號通路的動態變化情況。如圖1所示，這種雄性激素受體信號通路就是導致治療失敗的主要原因。

圖1：對腫瘤轉移克隆進行連續檢測能夠指導體內存在CRPC細胞（不依賴雄性激素的腫瘤細胞）前列腺癌患者的臨床治療。上圖形象的展示了前列腺癌轉移患者體內發生的具體情況，如圖所示，有多個轉移灶腫瘤細胞克隆都會進入到人體的循環系統當中。隨著疾病的進展，慢慢發展到致死性的CRPC期，這些腫瘤克隆也都是導致患者產生耐藥性的根本原因。對這些腫瘤克隆進行遺傳學分析能夠指導臨床醫生在恰當的時間選擇使用最合適的藥物，包括abiraterone 和enzalutamide等抗雄性激素藥物，潑尼松（prednisone）、化療藥物多西他賽，以及多西他賽與enzalutamide聯用或二線化療藥物cabazitaxel等。

　　對于存在CRPC細胞的前列腺癌患者而言，AR一直都是決定治療效果的關鍵因素。這也是我們長久以來一直在試圖解決的一個問題。在CRPC細胞上過表達AR可以促使細胞對抗雄性激素藥物耐藥。受體發生的雜亂的突變也使得配體結合結構域（ligand-binding domain, LBD）的結合能力有了很大的“靈活性”，所以腎上腺雄激素（adrenal androgens）和enzalutamide、abiraterone等抗雄性激素藥物都能夠使AR活化。另外一些研究證據表明，缺少LBD的各種 AR截短體（truncated AR splice variants, AR-Vs），以及糖皮質激素受體（glucocorticoid receptor, GR）都能夠“躲過”AR阻斷藥物，所以在抗雄性激素藥物治療耐藥的前列腺癌患者時，這些受體也都是非常好的潛在作用靶點。研究還發現，在出現抗雄性激素治療失敗之后才開始出現AR大量擴增或突變的情況，這說明的確是抗雄性激素治療促使腫瘤細胞發生了基因組學層面的適應性改變，繼續維持了AR信號通路的活性，所以才會出現耐藥的情況。

　　解決耐藥問題所面臨的挑戰

　　那么對前列腺癌的預后具有如此重要影響作用的腫瘤異質性與異常的雄性激素軸（androgen axis）之間又是如何發生相互作用，以及跟蹤腫瘤克隆對于耐藥性預測的價值又有多大呢？Carreira等人的工作為我們提供了答案——對晚期前列腺癌患者進行連續循環DNA監測有助于尋找更佳的治療時機，決定合適的停藥時間，在繼續使用抗雄性激素藥物和糖皮質激素類藥物反而對病人有害時及時停藥。以往開展的尋找致命前列腺癌克隆的工作瞄準的都是源于轉移灶的單個的克隆。Carreira等人開展的工作則為我們提供了另外一種與此截然相反，但是又非常有意思的思路，而且他們的工作必將改變晚期前列腺癌患者的臨床管理模式。Carreira等人以取自前列腺轉移癌患者血液和腫瘤組織的樣品為研究材料，在 21q22、8p21和10q23這3個位點上發現了完全不同，而且存在動態變化特征的基因組缺失現象，這說明存在多個不同的腫瘤克隆，而且這些克隆都是對患者致命的。通過證明在CRPC的演進過程中，循環腫瘤克隆的異質性存在動態改變的情況，Carreira等人的工作表明，我們過去一直低估了循環腫瘤細胞的數量，而這對于設計循環DNA測序策略是一個非常大的風險，因為這會忽略攜帶非常見基因組突變的腫瘤克隆（圖1）。該工作還讓我們意識到，出現AR 突變與治療失敗和患者對抗雄性激素療法治療反應的臨床演變過程之間在時間上的關系。

　　如果腫瘤多克隆現象是導致enzalutamide和 abiraterone配合糖皮質激素類藥物治療失敗的唯一原因，那么這是否也能夠推廣到抗微管蛋白的化療藥物（microtubuletargeting chemotherapy，這類藥物往往會在抗雄性激素藥物使用之前使用，或者與抗雄性激素藥物聯合使用）上，幫助我們進一步解析爭論已久的，認為前列腺癌細胞對這兩類藥物所存在的交叉耐藥現象的作用機制呢？因此，要解決腫瘤細胞耐藥的問題，克隆出這種促使腫瘤細胞轉移的異常突變變成了問題的關鍵，同時也表明，需要對循環腫瘤DNA進行全面的克隆，來幫助我們針對CRPC患者設計出更好的化療及抗雄性激素治療方案。比如，針對能夠提高糖皮質激素類藥物敏感性的AR-L702H突變開展研究就有可能為我們提供非常重要的信息和線索，讓我們能夠更好地將糖皮質激素類藥物與enzalutamide聯用。而且這也能夠為使用abiraterone或enzalutamide與強的松（prednisone）聯用方案的患者研究交叉耐藥（cross -resistance）現象提供分子基礎資料，也可以為使用抗雄性激素藥物和多西他賽（docetaxel，是一種抗有絲分裂的化療藥）聯用方案的患者研究交叉耐藥現象提供分子基礎資料，同時也有望能夠預測這些治療方案的預后情況。不過有一個問題值得我們考慮，即只對一個區域的CRPC細胞進行活檢可能不太能夠準確地反映體內整個轉移病灶的整體異質性情況。另外，腫瘤細胞DNA進入人體循環系統的機制也還沒有被徹底了解清楚，但是如圖1所示，循環系統中的腫瘤DNA肯定是來自體內多個不同轉移病灶的。

　　目前的工作還不太能夠分辨我們觀察到的克隆異質性究竟是源自原本從最開始就不同的各種腫瘤亞克隆細胞，還是因為隨著疾病的發展，從最初的同一個因為體細胞的隨機突變而產生的腫瘤克隆慢慢演變出了這么多種不同的亞克隆。我們還應該對這些前列腺腫瘤克隆進行連續的、動態的監測，了解其分子學變化情況，從中找出對腫瘤轉移和致命性具有絕對影響意義的克隆，只有這樣才能夠明確該患者體內癌癥的突變特點，然后據此找出最敏感的治療藥物，制定出最合適的治療方案。科研人員已經開發出了多種經過人工遺傳學改造過的實驗小鼠，這些小鼠體內都帶有一種獨特的、與腫瘤復發相關的遺傳變異，比如染色體數量減少、缺失（chromosomal losses）、染色體增多（chromosomal gains）、染色體重排（chromosomal rearrangements）、抑癌基因突變（mutations of tumor suppressor genes）或癌基因突變（mutations of oncogenes）等。通過對這些實驗小鼠開展的臨床前研究將有助于我們發現在前列腺癌的進展和轉移過程中，腫瘤微環境（tumor microenvironment）對各種不同的、可以當作藥物治療靶點的癌變事件的影響和促進作用。搞清楚致命性轉移克隆的原始來源也非常重要，因為這能夠幫助我們了解腫瘤的演進歷程，了解腫瘤細胞基因組改變（比如AR突變或PTEN缺失等）的先后順序，在整個治療過程中開展監測，隨時掌握腫瘤細胞的變動情況，以免在出現耐藥性之后繼續使用已耐藥藥物。

　　轉化醫學的影響和意義

　　Carreira 等人開展的這項工作對于臨床工作的意義在于，能夠在基因組學水平上為臨床治療失敗，以及產生耐藥性找到原因，不僅能夠為enzalutamide和 abiraterone等針對雄性激素的藥物找到治療失敗的原因，同時也能夠為化療藥物和糖皮質激素類藥物的治療失敗找到原因。根據這些分子作用機制，我們能夠設計出一套全新的患者管理模式，不論是使用能夠激活AR突變體的抗微管蛋白的化療藥物，還是能夠激活GR的糖皮質激素類藥物，都可以根據對腫瘤 DNA的動態監測結果，在合適的時機選擇最合適的藥物，對患者進行最恰當、治療效果最好的治療。如圖1所示，這種根據病程進展來選擇治療方案的策略會取得更好的治療效果，比如在疾病晚期使用紫杉烷等化療藥物的效果就更好。這也提示我們，前列腺癌會隨著病情的進展而不斷發生演進，而這個過程很有可能如 Carreira等人發現的那樣，是由多個不同的腫瘤克隆所導致的。由于并非在所有的進展期腫瘤克隆中都能夠發現雄性激素受體發生遺傳學改變，所以目前還不能肯定，這種對循環腫瘤DNA進行連續監測的方法是否適用于所有已經發生轉移的前列腺癌患者。不過無論如何，該研究還是以非常明確的證據向我們表明，對轉移克隆進行連續的、精確的、靈敏的監測才能夠找到比AR更加致命的基因組學突變。

　　為了充分了解這些科學研究在臨床上的應用價值，我們首先需要知道，目前的抗雄性激素治療已經讓存在CRPC細胞的前列腺癌轉移患者的平均生存期達到了17個月。PREVAIL研究是針對在起始化療藥物治療之前已經使用過enzalutamide治療的前列腺癌轉移患者開展的一項臨床研究項目，該研究也發現，即便患者最終的預后非常差，但是抗癌治療也取得了持續的效果。通過克隆測序研究發現，對于使用enzalutamide和糖皮質激素治療的前列腺癌轉移患者，繼續治療并不能阻止這些患者體內的腫瘤細胞繼續突變，產生能夠激活AR的特異性突變，所以繼續治療的意義不大。這種對某些腫瘤克隆產生的治療選擇壓力（selection pressure）也為解決CRPC患者耐藥問題的個性化治療提供了空間。如果要了解前列腺癌在從疾病最初發的階段，直到病情逐漸進展、轉移、患者死亡的全過程中腫瘤的整體演進情況，就需要對原發灶、相應的轉移灶、后續的多次循環腫瘤細胞樣品進行基因組學和病理學方面的檢測，并且需要對大量的人群，在他們如圖1所示使用抗雄性激素藥物和化療藥物（包括二線化療藥物）的同時開展上述這些工作。

　　前列腺癌屬于死亡率最高的癌癥之一。充分利用這些賦予轉移腫瘤細胞“永生”能力的遺傳突變，可以阻止疾病的發展，了解治療的反應，延長患者的生命，提高患者的生活質量。對這些致命的轉移腫瘤克隆開展嚴密的動態監視，就能夠為治療失敗找到最好的解決之道。