摘要：研究人員發現，用奧沙利鉑治療21周的腸道腫瘤，會出現20個治療引起的影響基因編碼的變異，其中有1個會影響到癌症相關基因的編碼。已經有很多研究表明，化療引起的DNA突變，可能就是治療之後給患者造成長期不良影響的基礎[2-4]，甚至是癌症捲土重來[5-7]。

來源：奇點網

“是藥三分毒。”

抗癌藥自然也不例外。

近日，來自西班牙的Nuria Lopez-Bigas團隊在頂級期刊《自然·遺傳學》上發表重要研究論文[1]。

他們從全基因組測序水平，分析了6種抗癌療法（5個化療，1個放療）對3506個轉移腫瘤的影響。找到了上述6種治療方式在細胞DNA上留下的突變特徵（簡稱“印跡”），還發現了一些放化療藥物會大幅加快DNA突變頻率，最高能達到自然突變頻率的100倍，甚至是1000倍。

此外，他們也評估了這些放化療療法對腫瘤突變負擔的影響，以及可能給健康細胞帶來的疾病驅動型變異風險。

研究人員認爲，基於他們的發現，可以精確評估不同癌症療法給DNA帶來的突變風險，以瞭解它們的長期副作用。

▲ Nuria Lopez-Bigas（圖源：Wikipedia）

使用了70餘年的化療，目前仍是很多原發腫瘤的主要且有效治療手段。許多化療會引起DNA損傷，選擇性比較差，癌細胞和正常細胞都會遭殃。

雖然這些藥物在大部分時候會殺死癌細胞或者正常細胞，但是仍有很多細胞“帶傷”躲過一劫。那些出現在DNA上的傷，最終會轉化成突變[1]。

也就是說，化療藥物會導致癌細胞和健康細胞出現基因突變。已經有很多研究表明，化療引起的DNA突變，可能就是治療之後給患者造成長期不良影響的基礎[2-4]，甚至是癌症捲土重來[5-7]。

用大白話說，化療帶來的基因突變，可能給患者帶來不確定的健康隱患。

在患者從治療中獲益越來越持久的免疫治療時代，這種潛在的安全隱患，再次將患者暴露於危險之中。對於那些從治療中獲得臨牀治癒的兒童癌症患者而言，這種影響就更不能忽視了。

Lopez-Bigas認爲，之前在這個方面的研究是不夠的，尤其是化療對正常體細胞和生殖細胞的影響。

▲ 論文截圖

不過提出這個研究課題容易，做起來卻是相當有難度。

爲啥呢？

因爲從整體上看，雖然放化療對體細胞和生殖細胞有一定的影響，但是單從細胞的水平看，甚至是組織的層面看，都很難檢測到這種影響。

這跟體細胞和生殖細胞與癌細胞增殖的方式不同有關。癌細胞是克隆擴增的，一旦出現突變，很容易就會被放大。但是體細胞和生殖細胞就沒這技能，所以放化療對它們的影響幾乎是不可能檢測得到的。

那咋辦呢？

Lopez-Bigas團隊把目光投向了那些接受過治療的轉移癌症患者。在研究人員看來，放化療給細胞帶來的DNA損傷以及基因突變，對於任何一個細胞而言都是獨立的、類似的。而腫瘤細胞的克隆性擴增的特點，讓檢測這些突變成爲可能。有了這個結果，就可以一窺放化療對正常細胞的影響。

▲ 圖源：www.sanger.ac.uk

接下來的工作就是找合適的數據庫，分析數據。

說來也巧。Lopez-Bigas團隊看上了荷蘭Hartwig醫學基金會的一個癌症轉移竈全基因組數據庫[8]。

你們一定還記得，這個數據庫就是我們11月6日推送的《癌症轉移密碼大起底！》那篇文章裏提到的那個。其實，荷蘭這個團隊早在2018年就做出研究成果了，然後在bioRxiv上發了預印本，本月初發表在頂級期刊《自然》上了。（不得不說，我和這個數據庫真是很有緣分吶~）

Lopez-Bigas團隊從這個數據庫中調取了3506個轉移竈的全基因組測序數據。然後通過SignatureAnalyzer（v.4）[9，10]和SigProfiler（v.2.3）[11，12]兩種方法，尋找突變特徵。

6800多萬個單鹼基突變（SBS），近90萬個雙鹼基突變（DBS）和1100多萬個插入缺失突變標籤分別被提取出來。當然，和一週前的研究一樣，很多位點以前也被發現過。

▲ 研究過程

突變的信息已經有了，接下來要獲取的就是患者的治療信息。據說，研究人員是手動整理了3500多名患者的治療信息。

最終彙總出來，其中有2124個腫瘤樣本是從接受過治療的患者身上獲取的，這些患者的治療方式分佈在58大類206種已獲FDA批准的治療方式之中。1848名患者用過其中兩種及以上藥物。

在獲取患者的轉移腫瘤組織之前，所有患者平均接受藥物治療2.33年。鉑類藥物（順鉑，卡鉑和奧沙利鉑）是這些患者最常使用的藥物。

▲ 不同的癌種和治療方式

初步分析治療方式與變異標籤之間的關係時，研究人員發現6種治療方式有規律可循。

這治療方式分別是：結合並破壞DNA的3種鉑類藥物（順鉑，卡鉑和奧沙利鉑），放療，以及兩種核苷代謝抑制劑——卡培他濱和5-氟尿嘧啶（5-FU）。

對於3種鉑類藥物而言，它們在患者體內留下的印記有：4個單鹼基突變和2個雙鹼基突變。放療有一個插入缺失突變標籤。還在卡培他濱和5-氟尿嘧啶治療的患者體內發現了一些全新的單鹼基突變印跡。

▲ 變異類型大彙總

爲了進一步確定上述突變確實是放化療帶來的。研究人員又進一步假設：既然治療相關的突變是藥物帶來的，那麼從進化的角度講，它們應該是在腫瘤發展的晚期纔出現的。這是它們與內源自然突變的一大不同點。

那從理論上講，前面發現的突變都應該出現在晚期克隆中。根據2017年發表的計算方法[13]，Lopez-Bigas團隊又分析了一回數據。然後將發現的所有單鹼基突變分成“早期克隆”或“晚期克隆”兩類。

結果和他們預測的一樣，那些與治療相關的單鹼基突變在“晚期克隆”中富集，而且傾向於出現在亞克隆之中。此外，研究人員還觀察到，與治療時間最短的四分之一患者相比，治療時間最長的四分之一患者體內治療相關的腫瘤突變負擔更高。反觀那些自然出現的突變，則沒有這個特徵。

以上的數據都指向一個事實，前面發現的突變印跡，確係治療引起的。

二者之間的因果關係這就算是確定了。

▲ 治療相關突變的特徵

那麼治療帶來的變異對健康有哪些潛在的威脅呢？

實際上，自然界發生的大部分突變對人體的影響是不大的。不過，要是突變改變了基因編碼的蛋白，甚至影響到癌症相關基因的功能的話，那就非常危險了。

在後面的研究中，研究人員就將藥物治療帶來的變異與自然突變做了個比較。

他們分析發現，在自然發生的每1000個突變中，有33.53個會影響基因的編碼，1.47個會影響已知的癌症相關基因序列。而由奧沙利鉑引起的1000個突變中，預計有12.27個會影響編碼基因的序列，而只有0.6個會影響已知癌症基因的序列。

從數據的角度看，是不是感覺藥物引起的變異好像也沒啥~

▲ 不同的處理方式與突變的關係

厲不厲害，咱們得結合實際來看。

研究人員發現，用奧沙利鉑治療21周的腸道腫瘤，會出現20個治療引起的影響基因編碼的變異，其中有1個會影響到癌症相關基因的編碼。而自然突變在這同一時期，只會帶來1個影響基因編碼的變異，以及0.01個影響癌症相關基因的突變。

同一時間內，二者相差了100倍。

而這種差異極有可能也反應在患者的健康體細胞或者生殖細胞上。

▲ 藥物處理變異與自然變異之間的比較

總的來說，在206種治療方式中，研究人員只發現5種化療和1個放療，存在特定的基因突變印跡。研究人員認爲，這背後有兩個可能的原因。第一個是，其他的療法不會直接破壞DNA；第二個是，他們的分析方式比較嚴格，一些不那麼突出的關聯極有可能被漏掉。

不過，研究人員認爲，他們開發的這個方法可以用於一些大隊列中，分析某種療法與患者的突變之間的關係。

一旦我們知道了這種對應的相關性，不僅可以實現精準化療，還可以控制好治療的時間窗口，儘可能的降低治療對患者的長期影響，這點對年輕的患者，尤其是兒童患者非常重要。