黑色素瘤通常是由暴露于陽(yáng)光下的紫外線(xiàn)（UV）觸發(fā)的，這是因?yàn)樽贤饩€(xiàn)暴露會(huì)破壞DNA，產(chǎn)生導(dǎo)致皮膚細(xì)胞增殖和擴(kuò)散的基因突變。通常，這些細(xì)胞產(chǎn)生良性痣，即色素沉著的皮膚生長(zhǎng)，但是這種生長(zhǎng)在大小上是受到自我限制的。盡管大多數(shù)痣從不會(huì)變成癌癥，但是有些痣能夠轉(zhuǎn)化為惡性黑色素瘤，并且快速地?cái)U(kuò)散到身體的其他部位。如果黑色素瘤在早期就能夠被發(fā)現(xiàn)，它們幾乎總是能夠被成功治療，但是僅不到30％的轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者存活超過(guò)五年，這就使得黑色素瘤成為一種最致命性的皮膚癌。

如今，在一項(xiàng)新的研究中，美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校的研究人員在一大群人類(lèi)皮膚癌患者中鑒定出將良性痣轉(zhuǎn)化為惡性黑色素瘤的基因變化順序，并且在實(shí)驗(yàn)室中利用CRISPR基因編輯在正常人類(lèi)皮膚細(xì)胞中逐步地重建黑色素瘤進(jìn)化步驟。他們鑒定出的關(guān)鍵性分子預(yù)警信號(hào)可能被臨床醫(yī)生用來(lái)在黑色素瘤擴(kuò)散之前捕捉到它們，并且還可能導(dǎo)致人們開(kāi)發(fā)出新的靶向療法。

圖片來(lái)自圖片來(lái)自National Cancer Institute/Wikimedia Commons。

這項(xiàng)新的研究以?xún)善撐牡男问桨l(fā)表在2018年7月9日的Cancer Cell期刊上。它首次系統(tǒng)性地追蹤了新的突變和基因活性變化如何破壞細(xì)胞保護(hù)性機(jī)制，從而允許良性痣轉(zhuǎn)化為黑色素瘤并開(kāi)始擴(kuò)散。這項(xiàng)新研究還確定了可用于臨床的新型生物標(biāo)志物，以便更可靠地檢測(cè)快速進(jìn)展的黑色素瘤?？焖龠M(jìn)展的黑色素瘤需要在手術(shù)切除之外接受進(jìn)一步的治療。

皮膚科醫(yī)生當(dāng)前通過(guò)獲取發(fā)生可疑的皮膚生長(zhǎng)的活組織樣本來(lái)診斷黑色素瘤。如果這種病變經(jīng)證實(shí)是黑色素瘤的話(huà)，那么病理學(xué)家就會(huì)測(cè)量它的厚度以確定它的進(jìn)展程度以及僅采取手術(shù)切除是否足以清除這種癌癥：黑色素瘤越厚，它已開(kāi)始擴(kuò)散到身體其他部位的風(fēng)險(xiǎn)就越大。但這種方法不是很可靠---一些薄的黑色素瘤也會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移，而一些厚的黑色素瘤可能并不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)新研究的加州大學(xué)舊金山分校海倫-迪勒綜合癌癥中心臨床癌癥基因組學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任Boris Bastian博士說(shuō)，“這是對(duì)腫瘤的進(jìn)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行非常粗略的評(píng)估。我們想要能夠測(cè)量良性痣的遺傳狀態(tài)來(lái)評(píng)估它轉(zhuǎn)化為惡性腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)，但是這種轉(zhuǎn)變的生物學(xué)機(jī)制還未得到完全理解。”

在第一篇論文中，在加州大學(xué)舊金山分校癌癥遺傳學(xué)家Hunter Shain博士的領(lǐng)導(dǎo)下，這些研究人員研究了一個(gè)獨(dú)特的數(shù)據(jù)集：對(duì)82名患者進(jìn)行手術(shù)切除獲得的黑色素瘤組織樣本，并且對(duì)這些患者所患的惡性腫瘤和良性痣樣本進(jìn)行并行保存。在一部分患者中，這些研究人員還在已形成轉(zhuǎn)移性黑色素瘤細(xì)胞集落的皮膚中獲得相匹配的轉(zhuǎn)移性黑色素瘤和原發(fā)性黑色素瘤樣本。通過(guò)分析這230個(gè)組織樣本，這些研究人員能夠比較同一患者中的良性生長(zhǎng)、惡性黑色素瘤和轉(zhuǎn)移性集落之間的分子差異。

這些研究人員對(duì)腫瘤DNA進(jìn)行了測(cè)序，以確定在癌癥進(jìn)化的不同階段出現(xiàn)的基因突變，并且測(cè)量了RNA的變化，將這些突變與相關(guān)的基因活性變化相關(guān)聯(lián)在一起。Shain說(shuō)，“這是首次對(duì)從來(lái)自同一患者的相匹配的黑色素瘤樣本和良性痣中的DNA和RNA進(jìn)行分析。”

Bastian 補(bǔ)充道，“與加州大學(xué)舊金山分校的大型衛(wèi)生皮膚病學(xué)服務(wù)機(jī)構(gòu)的密切合作使得開(kāi)展這項(xiàng)研究成為可能。你能夠同時(shí)觀察到良性痣和由它產(chǎn)生的黑色素瘤的混合樣本并不是常見(jiàn)的，但是從我們?cè)\斷出的數(shù)千例黑色素瘤病例中，我們能夠選擇合適的病例，讓我們研究這種癌癥是如何產(chǎn)生的。”

這些研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著黑色素瘤的進(jìn)展，多個(gè)獨(dú)立的基因突變反復(fù)地調(diào)整控制細(xì)胞生長(zhǎng)、腫瘤抑制和DNA調(diào)節(jié)的關(guān)鍵性分子通路，直到足夠的突變積累著，這才破壞細(xì)胞的天然保護(hù)性機(jī)制并觸發(fā)癌癥。

Shain的團(tuán)隊(duì)在早前的研究中指出黑色素瘤中的MAP激酶通路的早期激活。基于此，Shain說(shuō)，“這個(gè)領(lǐng)域傾向于過(guò)度簡(jiǎn)化癌癥的進(jìn)化過(guò)程，就像僅有一個(gè)開(kāi)關(guān)被打開(kāi)一樣。如今，我們觀察到這個(gè)通路在早期僅開(kāi)啟一點(diǎn)點(diǎn)，隨后在腫瘤進(jìn)展過(guò)程中，它的開(kāi)啟會(huì)逐漸增加。我們認(rèn)為這可能會(huì)讓癌癥避免拉響細(xì)胞警報(bào)，直到足夠多的基因突變遺積累著，這時(shí)細(xì)胞警報(bào)已不再發(fā)揮功能。”

在其他的研究發(fā)現(xiàn)中，這些研究人員發(fā)現(xiàn)作為良性痣向惡性腫瘤轉(zhuǎn)變的一個(gè)關(guān)鍵步驟，良性痣中的SWI/SNF類(lèi)DNA調(diào)節(jié)基因會(huì)發(fā)生突變，這提示著這種標(biāo)志物可能能夠用于臨床鑒定需要治療的危險(xiǎn)痣。

在第二篇論文中，在加州大學(xué)舊金山分校黑色素瘤遺傳學(xué)家Robert Judson博士的領(lǐng)導(dǎo)下，這些研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)：在受控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，重建黑色素瘤進(jìn)化的步驟。通過(guò)使用CRISPR-Cas9基因編輯，這些研究人員將他們?cè)谂R床標(biāo)本中觀察到的依次發(fā)生的突變精確地插入到正常的人體皮膚細(xì)胞中。

這使得這些研究人員能夠研究黑色素瘤進(jìn)化過(guò)程中的每個(gè)步驟的特定生物學(xué)影響：比如，他們吃驚地發(fā)現(xiàn)破壞關(guān)鍵性腫瘤抑制基因CDKN2A的突變并不像之前預(yù)測(cè)的那樣僅是促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)，而且還會(huì)通過(guò)激活轉(zhuǎn)錄因子BRN2導(dǎo)致受影響的細(xì)胞具有高度的遷移性（因此更容易侵入和擴(kuò)散到身體的其他部位）。

除了鑒定出促進(jìn)黑色素瘤進(jìn)化出致命性的轉(zhuǎn)移能力的關(guān)鍵機(jī)制之外，這項(xiàng)新研究還展示了CRISPR基因編輯作為一種研究黑色素瘤的實(shí)驗(yàn)室工具的新用途。

Judson說(shuō)，“之前的研究通常使用來(lái)自晚期癌癥的細(xì)胞系，然而這些細(xì)胞系在遺傳水平上發(fā)生了很多差錯(cuò)，因此很難知道是什么導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移。在這項(xiàng)新的研究中，我們研究了除了導(dǎo)入的特定突變之外其他方面都正常的健康皮膚細(xì)胞。因此每種突變發(fā)揮的作用就會(huì)更加一目了然。”

Shain補(bǔ)充道，“如果你到細(xì)胞系庫(kù)去，那么你將永遠(yuǎn)找不到痣細(xì)胞系。Judson的方法允許我們能夠比以往更好地研究黑素瘤前兆（即良性痣）的生物學(xué)特性。”

這些研究人員希望這種新工具和利用它獲得的這些發(fā)現(xiàn)會(huì)將極大地加快研究如何更快地診斷和治療黑色素瘤患者。特別地，他們希望他們的發(fā)現(xiàn)能夠快速地被納入到臨床基因測(cè)試中，這將使得醫(yī)生能夠快速地評(píng)估患者患上皮膚癌的風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)那些風(fēng)險(xiǎn)最高的人進(jìn)行早期治療。

Bastian說(shuō)，“鑒于我們還沒(méi)有工具來(lái)確定哪些人有較高的發(fā)生腫瘤轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)，我們傾向于認(rèn)為每一個(gè)人都具有較高的風(fēng)險(xiǎn)，這會(huì)讓他們接受強(qiáng)化治療并遭受潛在的副作用。我們期待通過(guò)在加州大學(xué)舊金山分校研究黑色素瘤樣本中的基因變化將讓我們能夠鑒定出已進(jìn)展到危險(xiǎn)狀態(tài)并且需要更早地接受全身治療的黑色素瘤，這將會(huì)提高對(duì)患者的治療效果。”

原標(biāo)題：兩篇Cancer Cell揭示良性痣變成惡性腫瘤所需的遺傳步驟

參考資料：

Innovative CRISPR study recreates genetic steps required for benign moles to turn malignant

A. Hunter Shain, Nancy M. Joseph, Richard Yu et al. Genomic and Transcriptomic Analysis Reveals Incremental Disruption of Key Signaling Pathways during Melanoma Evolution. Cancer Cell, 9 July 2018, 34(1):45–55, doi:10.1016/j.ccell.2018.06.005.

Hanlin Zeng, Aparna Jorapur8, A. Hunter Shain et al. Bi-allelic Loss of CDKN2A Initiates Melanoma Invasion via BRN2 Activation. Cancer Cell, 9 July 2018, 34(1):56–68, doi:10.1016/j.ccell.2018.05.014