癌细胞又一次刷新了奇点糕的认知。
近日，来自意大利坎迪奥洛癌症研究所和都灵大学的科学家发现，在靶向药物的处理下，原本不携带耐药基因突变的癌细胞，竟然真的会通过多种方式提高基因突变频率，以最快的速度产生耐药突变，躲避靶向治疗的击杀[1]。
这是科学家首次证实癌细胞具有适应性变异的技能。
这一发现也打破了“耐药癌细胞在治疗前就存在”这一普遍观点[2]。对于癌症的治疗有重要价值和意义。
这一重要研究成果刊登在顶级期刊《科学》杂志上。通讯作者是AlbertoBardelli和MariangelaRusso，美国哈佛大学的科学家也参与了本研究。
论文封面截图
靶向治疗的诞生，改写了癌症治疗史。然而，靶向治疗也面临着一个严峻的问题，那就是肿瘤的耐药复发。关于肿瘤的耐药复发问题，奇点糕们精心打磨的《医学趋势50讲》有三讲内容涉及到这个问题，感兴趣的朋友请扫描文末二维码试听订阅。
众所周知，肿瘤是一个异质性非常高的组织。因此，一直以来，主流学术观点都认为，在靶向治疗开始之前，耐药突变其实就存在于肿瘤中的某一小部分癌细胞中了。当靶向药物杀灭了绝大部分没有耐药突变的癌细胞之后，那些携带耐药突变的一小撮癌细胞就成了优势群体，迅速增殖扩张，癌症卷土重来[3]。
在奇点糕看来，这个假设那是相当合理的。
不过呢，大概在9年前，麻省总医院癌症中心的科学家发现，在用靶向药物处理携带相应癌基因的癌细胞时，会有一些癌细胞存活下来，表现出对靶向药物的耐受，但是背后的机制却不明确[4]。一些研究表明，可能正是这部分存留下来的癌细胞“火种”，让癌细胞对靶向药物产生了真正的耐药性，最后卷土重来[5，6]。
三年前，麻省总医院癌症中心的科学家把上述研究成果往前推进了一步。他们证明，癌细胞耐药除了依赖治疗之前就存在的耐药突变之外，还有另一种不为人知的方式[7]。
2016年发现的两种不同耐药机制
那么，另外一种方式究竟是啥呢？
这个问题吸引了很多科学家团队的注意力，意大利坎迪奥洛癌症研究所的AlbertoBardelli和MariangelaRusso就是其中之一。
他们没有正面强攻这个问题，而是关心起了看似与这个问题无关的细菌。
他们注意到，早在75年前，印第安纳大学S.E.Luria和范德堡大学的M.Delbruck发现了一个有趣的现象，面对噬菌体的感染，细菌为了生存，自发发生随机突变，以逃避噬菌体的侵袭[8]。
近年来，科学家在研究细菌对抗生素的耐药性时，也发现了类似的“主动进化”现象[9，10]。
我们都知道，对于生命体而言，为了避免有害变异的积累，在适宜的外界条件下，基因突变的频率通常是非常低的。但是，科学家已经在细菌和真菌酵母中发现了，外界有害压力或刺激能增加遗传不稳定性和基因突变频率的机制[11，12]。
例如，在致死浓度的抗生素条件下，细菌会放缓生长速度，以持留菌的形式存活下来。随后DNA错配修复（MMR）效率降低[9，13]，易出错DNA聚合酶增加，提高幸存细菌的适应性突变速率[9，13-15]。在抗生素选择的压力下，那些产生耐药突变的细菌，迅速成为优势群体。
一旦适应新的环境条件之后，细菌就又回到原来的低突变状态，以避免有害的突变出现[13，16]。对于微生物群体而言，上面的过程促进了遗传多样性，提高了细菌对环境的适应能力和耐药能力[13，17，18]。
图源：Pixabay
了解完上述信息，一个问题出现在AlbertoBardelli和MariangelaRusso的脑海：癌细胞会不会也能像细菌那样“独立自主”掌握自己的命运呢？
于是，他俩提出了一个新假说：在靶向药物处理的条件下，那一小撮幸存的癌细胞，会像单细胞生物一下，改变自身DNA修复和复制的机制，以获得适应性突变的能力。（这似乎一下子就拔高了癌细胞的地位，从一个细胞变成一个独立的生命体了）
接下来要做的工作，就是在实验室中验证这个假设了。
Russo选择了微卫星稳定（MSS）的人结肠直肠癌（CRC）细胞系和抗EGFR抗体西妥昔单抗作为研究对象。
用西妥昔单抗处理癌细胞，会杀死绝大多数癌细胞，但是仍有少数癌细胞幸存下来了。当研究人员撤除靶向药物之后，这些癌细胞迅速生长，不过长出来的癌细胞对靶向药物非常敏感。这就证明了幸存下来的癌细胞仅对靶向药物有暂时和可逆的耐药性，并没有出现耐药突变。
不同的处理方式
不过，研究人员还发现，如果延长靶向药物的治疗时间，那一小拨幸存下来的癌细胞就具备对靶向药物的永久性耐药。即使撤除靶向药物，这些细胞也不会重新获得敏感性。这就意味着，耐药突变已经出现了。
这相当于再现了之前的研究成果。那么肠癌细胞的DNA修复和复制的机制，究竟有没有因为靶向药物的处理而发生变化呢？
Russo做了进一步的分析，发现DNA错配修复相关基因（MLH1，MSH2，MSH6）和同源重组相关基因（BRCA2和RAD51）表达水平降低，参与双链断裂修复的基因EXO1也深受影响。
此外，治疗诱导的DNA修复基因表达的降低是瞬时的，在去除靶向药物后表达水平恢复正常。而那些先前对靶向药物产生永久抗性的癌细胞，在靶向药物的处理下则不会降低DNA修复基因的表达。
而且，上述发现在其他结直肠癌细胞系，以及患者治疗前后的肿瘤样本中得到了证实。
总的来说，靶向治疗确实会导致癌细胞的DNA修复能力降低。
靶向药物处理对MMR的影响
那DNA的合成有没有受到影响呢？
事实证明，被靶向药物处理的癌细胞也调整了它的DNA合成过程。和承受抗生素压力的细菌一样，承受靶向药物压力的癌细胞的DNA聚合酶，从保真度高的转向了保真度低的。这就意味着，癌细胞的DNA在复制的过程中更容易出错了，这样就可以增加突变的频率，更快地获取耐药突变。
事实也确实如此，肠癌细胞DNA损伤标志物的增加了，基因组突变和微卫星不稳定性也增加了。
为了生存癌细胞也真是拼了。
不过，这个研究并不清楚靶向药物治疗压力，究竟是通过什么方法诱导了癌细胞体内的这种变化。这也会成为Bardelli和Russo团队的下一个研究方向。
最后，那些对抗癌药物非常熟悉的朋友一定注意到了一个问题。
既然癌细胞为了逃避靶向药物的击杀，改变了自身DNA修复和复制的机制，那么如果在此时再给癌细胞来一剂PARP抑制剂，它是不是就会彻底完蛋了呢？
这个猜想，还需要科学家做进一步的研究。
希望能应了曹雪芹那句话，“机关算尽太聪明，反误了卿卿性命”。
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参考资料：
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[2].MisaleS,YaegerR,HoborS,etal.EmergenceofKRASmutationsandacquiredresistancetoanti-EGFRtherapyincolorectalcancer[J].Nature,2012,486(7404):532.
[3].DiazJrLA,WilliamsRT,WuJ,etal.ThemolecularevolutionofacquiredresistancetotargetedEGFRblockadeincolorectalcancers[J].Nature,2012,486(7404):537.
[4].SharmaSV,LeeDY,LiB,etal.Achromatin-mediatedreversibledrug-tolerantstateincancercellsubpopulations[J].Cell,2010,141(1):69-80.
[5].OxnardGR.Thecellularoriginsofdrugresistanceincancer[J].Naturemedicine,2016,22(3):232.
[6].RamirezM,RajaramS,SteiningerRJ,etal.Diversedrug-resistancemechanismscanemergefromdrug-tolerantcancerpersistercells[J].Naturecommunications,2016,7:10690.
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本文作者|BioTalker
