肿瘤的生长方式会影响它们的遗传学

肿瘤的生长方式会影响它们的遗传学

伦敦大学学院弗朗西斯·克里克研究所（Francis Crick Institute）、皇家马斯登NHS基金会信托基金会（Royal Marsden NHS Foundation Trust）和伦敦癌症研究所（The Institute of Cancer Research）的研究人员开发了一个计算机模型，用于分析肿瘤生长的方式如何影响它们的基因组成。

使用这种新模型，他们已经确定了肿瘤生长和形状之间的联系，以及患者癌症进展的速度。

随着癌细胞的突变，一些通过突变获得优势，这些突变使它们更有可能存活，分裂并产生一组"更健康"的细胞。例如，如果该组已经进化到在营养或氧气供应不足的条件下生存，则该组可能比其他群体更具统治性。

肿瘤进化的这一过程非常复杂，并受到许多因素的影响，包括肿瘤的生长方式。但这还不完全清楚。

在他们发表在《自然生态学与进化》杂志上的研究中，科学家们使用他们的计算机模型研究了肾癌中两种类型的肿瘤生长：一种是在整个肿瘤中生长一致的，即"体积生长模型"，另一种是生长仅限于表面的"表面生长模型"。

在卷增长模型中发生了两种情况。在某些情况下，一组遗传相关的癌细胞在早期阶段出现在肿瘤中。在其他情况下，肿瘤没有形成一个新的"适合"组，而是原始的亲本癌细胞组仍然占主导地位。

在表面生长模型中，存在广泛的遗传多样性，在表面上形成不同的"拟合"细胞群。研究小组认为，这创造了一个竞争环境，其中不同的细胞群被推动更快地进化。

克里克生物分子建模实验室的第一作者和博士后培训研究员肖福说，他们已经"采用了两种不同的生长模型，并确定了肿瘤如何随时间和空间进化的明显差异。这很难在真实组织中完成，因为它需要从肿瘤的各个部位反复进行多次活检。这些发现只是我们希望通过这个模型发现的开始。

研究人员使用通过TRACERx肾脏研究分析的66个肿瘤的数据验证了他们的模型。通过交叉参考模型和肿瘤数据，他们发现不同世界肿瘤进展的速率与不同的生长模型相对应。例如，快速进展的肿瘤符合体积生长模型，其中一组"拟合"细胞从早期就存在。虽然没有进展的病例符合体积生长模型，其中亲本细胞组仍然占主导地位。

该模型还提供了对不同类型的生长如何影响肿瘤形状的见解。体积生长肿瘤以更一致的形状向外生长，而表面生长肿瘤在表面上显示凸起，其中"钳形"组正在生长。

肖补充说："令人兴奋的是，这些结构信息如何被用作肿瘤进化的窗口。需要更多的研究，但它可以用来帮助确定肿瘤正在经历什么样的生长，例如，如果早期肿瘤的放射成像显示凸起，这意味着它更有可能经历表面生长。这些信息可以帮助为医疗团队和治疗决策提供信息。

研究人员还使用他们的模型来分析坏死（肿瘤内组织的死亡）对其进化的影响。当坏死存在于表面生长模型下时，肿瘤迅速发展出更具"契合性"的遗传不同细胞群。

克里克生物分子建模实验室的论文作者和小组负责人保罗·贝茨（Paul Bates）说："计算机模拟对于进一步了解肿瘤如何随时间演变非常有价值。通过开发这些模型并使用它们来分析癌症如何变化，我们希望在它们的进化和生长中找到癌症可能最容易受到治疗的时期。

克里克癌症动力学实验室的作者和小组负责人，皇家马斯登NHS基金会信托基金会的顾问肿瘤学家Samra Turajlic说："关于癌症行为的最重要观察是通过分析患者的肿瘤来收集的，因为它们反映了实际癌症演变的时间尺度和复杂性。然而，患者癌症进化的每个实例都是独一无二的，不能倒带和重复，因此很难预测肿瘤沿着某些路径发展的可能性。

"这就是数学建模可以成为一个强大的工具，帮助我们了解我们在真实肿瘤中观察到的模式是如何产生的。知情的数学模型与来自现实生活中肿瘤的详细临床，分子，组织学和放射学数据相结合，可以带来关键的见解，从而转化为患者的利益。

克里克肿瘤细胞生物学实验室的作者兼小组负责人Erik Sahai说："技术进步意味着我们现在拥有比以往更多的关于个体癌症的信息，挑战在于解码这些信息以造福患者。这需要能够跨学科工作的非常有才华的人，与临床医生和"基础"研究人员进行接触。Crick的设置能够并鼓励这些互动，看到这样的工作红利是令人欣慰的。

研究人员将继续开发他们的模型，并用它来更好地了解肿瘤的进化。