虽然癌症研究从来不会停滞太久，但在过去的一年里，基因组工具在该领域的应用发生了重大变化。去年秋天，癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas)公布了其在多形性胶质母细胞瘤方面的首批项目的初步结果;大约在同一时间，肿瘤测序项目联盟(Tumor Sequencing Project Consortium)报告了一项肺腺癌国际研究的早期发现。在技术方面，下vwin德赢ac米兰合作一代测序将继续给该领域带来革命，因为它从根本上改变了科学家对珍贵肿瘤样本提出的问题类型。
为了撰写本文，我们回顾了过去12个月里癌症研究领域一些最具创新性的工作，有一件事变得非常清楚:科学家依赖单一类型技术的日子一去不复返了。vwin德赢ac米兰合作在接下来的故事中，你将看到研究人员最终能够部署许多工具并收集广泛的数据集，因为他们试图在癌症的盔甲上找到裂缝。Dana-Farber的Matthew Meyerson告诉我们:“这真的是系统和完整的癌症基因组表征的开始。”
路径分析:癌症图谱团队在胶质母细胞瘤中获得了新数据
癌症基因组图谱旨在最终对所有主要的致癌基因组改变进行分类，并于去年在《癌症杂志》上发表了研究结果自然这是首次对多形性胶质母细胞瘤进行全基因组综合分析。由18个不同机构组成的联盟对206个胶质母细胞瘤样本进行了一系列研究，包括DNA拷贝数、基因表达、DNA甲基化和SNP分析——这是成人脑癌最常见的类型，也是TCGA研究的第一种癌症——发现了许多新的和已证实的遗传变化。
“TCGA的一个具体目标是生成一个参考数据集，”撰写该论文的委员会联合主席林达•秦(Lynda Chin)表示。“人们倾向于淡化这一部分，而我实际上认为这是最重要的组成部分。”
Matthew Meyerson也是联合主席，他补充说:“我认为，公平地说，在所有癌症基因组学中，从来没有任何东西像TCGA一样是一个参考集，因为它的全面性。”Chin和Meyerson都隶属于Dana-Farber癌症研究所和哈佛医学院。
在对GBM样本中的601个基因进行测序并匹配对照组织后，他们发现了三个以前没有报道过的GBM中常见的重要基因突变:NF1、ERBB2和PIK3R1，最后一个基因影响一种叫做PI3激酶的酶的活性，这种酶在许多癌症中都是不受控制的。作为药物靶点，PI3激酶抑制剂可以受到患者是否有突变形式的基因的影响。
科学家们还发现，在超过四分之三的GBM肿瘤中，有三条通路发生了改变:CDK/周期蛋白/CDK抑制剂/RB通路，参与调节细胞分裂;p53通路;以及参与调节生长因子信号的RTK/RAS/PI3K通路。“在GBM中，教条是p53在原发性GBM中不常见;相反，这是二次GBM的一个特征，”Chin说。“现在TCGA的数据明确表明，它不是继发性GBM所独有的，它实际上是原发性GBM的一种常见突变，这是一个可以对疾病生物学产生重要影响的例子。”
Meyerson说，虽然有迹象表明，在GBM中，三个主要通路几乎总是普遍改变，但现在是TCGA的数据证明了这一点。
医生们已经知道，具有灭活或甲基化MGMT基因的GBM肿瘤患者对替莫唑胺反应更好，替莫唑胺是一种通常用于治疗GBM的化疗药物。TCGA还发现，在MGMT甲基化的患者中，这种类型的治疗可能导致错配修复基因的突变。这可能会导致具有异常高数量DNA突变的复发性肿瘤，并可能对化疗产生耐药性。Chin说:“如果我必须说出一件在短期内可能有临床适应症的具体事情，那可能是更清楚地阐明对替莫唑胺耐药的一种机制，因为它是当今GBM患者的标准护理。”“每个患者最终都会产生耐药性，(癌症)复发。”
Meyerson认为详细描述PI3激酶突变是一个重大的新发现。他说:“人们已经知道PI3激酶催化亚基基因在癌症中发生了突变，但没有人在调节亚基中发现过致癌突变。”“它定义了一类新的患者，他们可能受益于一种新的靶向癌症治疗。”
他补充说:“这确实是系统和完整的癌症基因组表征的开始，而不是结束。”迈耶森说，在后续研究中，TCGA团队计划对结构变异进行测序。
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测序罕见癌症的分析为现有的治疗方法带来了新的希望
随着对常见癌症的研究几乎席卷了基因组学界，BC癌症机构基因组科学中心(Genome Sciences Center)的马可·马拉(Marco Marra)实验室采取了不同的策略:专注于罕见癌症，以及如何用针对其他疾病的治疗方法来针对它们。
这项工作最初是在加入马拉实验室的前卡普兰实验室成员奥莱娜·莫洛佐娃的推动下，与多伦多患病儿童医院的大卫·卡普兰实验室合作完成的。马拉说:“我们在这个概念上投入了大量资金，即癌症的DNA测序分析将是一件好事。”Marra说，在Kaplan的实验室能够获得成神经细胞瘤肿瘤启动细胞之后，Morozova建议将测序武器库转向成神经细胞瘤——一种影响婴儿的主要癌症，但在过去几十年里研究进展甚微。
卡普兰提供了代表一名患者缓解和复发状态的细胞，马拉的团队生成了“类似流式细胞的数据”，他说。Morozova深入分析，发现这些细胞表达了指示神经谱系的标记，而且还有大量的B细胞标记。深入到转录组数据，Morozova进行了聚类分析，并证实“细胞表达B细胞标记，”Marra说。
马拉怀疑这是“某种技术上的产物，而不是生物学上的现实”，她等着卡普兰回到最初的细胞培养中去验证这些发现——只有当这种情况发生时，他才意识到他们发现了一些东西。“令人兴奋的是，这些细胞被证明表达CD20，”Marra说——这恰好是retuximab药物的靶点，创造了一种现有药物可以被重新利用来治疗一种疾病的可能性，否则制药公司可能永远不会靶向这种疾病。
当然，所有这些工作都是基于一个病人完成的，但马拉说，这是为什么如此令人鼓舞的部分原因。他说:“因为这项技术是如此vwin德赢ac米兰合作强大，即使是对N=1的分析也可以产生一个全新的研究方向。”他说，对于成神经细胞瘤这样的疾病，临床医生可能“有机会将一种药物从一种癌症重新定位到另一种癌症，并对一个20年来没有取得进展的领域产生影响”。
Marra的团队现在正在用这种方法治疗其他罕见癌症，包括一系列卵巢癌、颗粒细胞瘤和各种没有正式定义的癌症。他说，该小组将研究测序和表达数据，以及其他信息，以帮助弄清楚这些癌症的分子成分是否“[定位]它们，或者……使它们的治疗成为可能——使用我们已经存在的东西。”
——多工作站系统
纳米技术vwin德赢ac米兰合作:用于癌症诊断的条形码阵列
最近看过医生的人都可以证明，验血并不好玩——通常只是从手臂上取几毫升血——而且周转时间也很慢。范荣(Rong Fan)是加州理工学院詹姆斯·希斯(James Heath)实验室的三年级博士后，他一直致力于开发一种侵入性更小、速度更快的条形码芯片，用于检测血液中发现的大量蛋白质，以期诊断癌症。“我们真的想开发纳米技术来实现诊断癌症的系统生物学方法，”范说vwin德赢ac米兰合作。
该集成血液条码芯片有两个功能模块。“在上游，我们有一个血液分离模块，”范说。“下游，我们有一个蛋白质条形码，就像蛋白质芯片一样，但以条形码的方式连接。”
芯片只需要刺破手指的血液，红细胞和白细胞在上游模块中分离出来。这种分类的发生是由于茨威法赫-冯效应，即毛细血管分支的地方，血细胞会选择流速较高的路径。Fan说，这种效应可以在手臂的毛细血管中看到，他的团队正在模拟这种现象，使纯等离子体流入芯片的下游部分。
为了创建条形码，范和他的同事们在条形码阵列上绘制了单链DNA图案。在这里，他们可以暂停直到使用芯片的时候，而不用担心抗体变性。“我们制造了这个设备，我们可以把它放在架子上储存几个月，没有问题。只有当我们想要使用该设备时，我们才会在条形码区域上流动DNA标记的检测捕获抗体，并将DNA微阵列转化为抗体微阵列，”范说。如果血浆蛋白与捕获抗体结合，就会通过荧光探针进行检测。
正如他们报告的那样自然生物技术vwin德赢ac米兰合作在论文中，范和他的同事们测试了条形码芯片，看看它如何检测人类绒毛膜促性腺激素，一种用于怀孕测试的激素，在血清中检测一定浓度的浓度，并评估乳腺癌和前列腺癌患者的血清，看看一组标志物是否可以区分癌症。“这表明这个平台确实有效，”范说。
该芯片目前正在胶质母细胞瘤的临床试验中进行测试。范说，到目前为止，他们已经研究了20名患者，但他们还需要更多，以及胶质母细胞瘤的特异性标记物。他补充说，他的一个合作者，系统生物学研究所的李·胡德(Lee Hood)正在为他们寻找大脑特异性标记，以便将其纳入这个小组。
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疾病分层:所有研究都强调反应不良的亚型
由圣裘德儿童研究医院、新墨西哥大学癌症研究和治疗中心以及国家癌症研究所的研究人员组成的儿童肿瘤小组牵头的一项大规模研究，可能在对抗急性淋巴细胞白血病的斗争中起到了至关重要的作用。最近，研究人员宣布在Ikaros基因中发现了在ALL复发中起作用的突变，这可能为更准确的诊断测试指明了方向。
根据NCI的数据，这种类型的癌症尤其严峻，因为虽然目前的治疗方法治愈率高于80%，但只有30%的复发儿童活过5年。开发一种确定复发风险的标记物将极大地帮助医生定制个性化治疗，以最大限度地减少儿童癌症的复发。
NCI儿科癌症治疗评估项目的协会分支负责人马尔科姆·史密斯说:“这项研究中最重要的发现是发现了一种新的ALL亚型，这种亚型与非常糟糕的结果相关，可以通过Ikaros基因的缺失或突变来识别。”“这种新亚型的基因表达谱也与另一种与不良预后相关的ALL类型非常相似——BCR-ABL融合基因ALL或费城染色体阳性ALL。Ikaros 1缺失之间存在联系，这在我们发现的这种新亚型中都有观察到，在BCR-ABL ALL中也有观察到。”
这项研究是在NCI的“产生有效治疗的治疗应用研究”倡议下完成的，该倡议旨在为治疗儿童癌症开发有效的治疗靶点。Smith说，这种性质的研究面临的最大障碍可能是确定合适的临床标本。他说:“我们有大量接受过统一治疗的患者的白血病标本，这些患者治疗失败的风险很高。”“但如果没有大量的标本收集，就不可能有这一发现，所以它突出了组织库资源的重要性，使这类工作得以完成。”
就这些发现在临床应用方面的意义而言，研究人员持谨慎乐观的态度，但仍有很多工作要做。史密斯说:“未来，这种新的亚型可能通过观察伊卡罗斯人的基因组变化来确定，也可能通过检测与伊卡罗斯1号缺失相关的其他生物学特征来确定。”“因此，在明确临床识别这种新亚型的最佳方法之前，还需要对Ikaros 1缺失的新亚型进行进一步的描述。”
Smith说，从他的角度来看，这项研究不仅因为其发现的潜在影响而引人注目，而且因为它的多层基因组学方法。他说:“这无疑是首批将详细的基因表达数据、基因表征数据、基因组表征数据与大量临床实验中的DNA测序结合起来的研究之一。”“我认为这些特征都对我们的发现做出了贡献。”
展望未来，他和他的同事似乎都同意，TARGET计划可以使用与all相同的大规模方法，帮助为其他类型的癌症打开大门。Smith说:“TARGET计划适用于儿童癌症、肿瘤标本或白血病标本、综合基因组分析、基因表达分析和基因测序。”“我们已经将这种方法应用于神经母细胞瘤，另一种儿童癌症，我们将寻求在不久的将来将其应用于其他儿童癌症。”
——医学博士
基因组重排:在布朗大学，拉斐尔研究基因组几何
在等待下一代测序数据出炉的同时，布朗大学计算生物学家本杰明·拉斐尔(Benjamin Raphael)一直在研究来自BAC克隆的较旧的配对端测序数据，以开发新的方法来弄清楚与癌症相关的基因组重排——特别是融合基因。
为了更好地评估配对末端数据中的基因组重排，Raphael和他的同事开发了一种新方法。这种几何方法对基因组中经常出现融合基因的断点进行评分，以优先考虑后续研究的候选对象。“这真的是一个二维几何问题，”拉斐尔说。“[成对的端点]的每一端都给你一个空间中点的坐标-然后你可以定义断点在二维空间中的多边形位置，然后你查看多边形的交点，它们会告诉你断点在哪里。根据现有的数据，你可以叠加基因，然后决定你对存在融合基因的信心有多大。”
虽然他们开发这种方法是为了优先考虑哪些融合基因需要跟进，但Raphael和他的同事们意识到，它可以用来比较结构变异。Raphael说:“如果你有两个不同的序列，它们报告的是相同的变体，你可以非常仔细地写下映射读取的确切位置，以及你所知道的读取长度——它们会给你这些漂亮的多边形——然后看看它们是否相交。”
这种几何方法也可以用于来自下一代测序仪的数据——这正是Raphael一直在等待的——尽管片段尺寸越小，就需要更多的片段来覆盖整个基因组。“我们试图做的是开发这种几何方法，为任何测序技术插入任何参数。vwin德赢ac米兰合作如果你知道碎片的大小，它所做的就是改变多边形的大小，”Raphael说。
最近，研究人员也一直在研究CGH数据，看看他们是否也能识别融合基因和保守断点。科学家们正在开发一种贝叶斯链算法来分割CGH数据，输出所有可以分割数据的方法，并确定在特定基因中有多少种方法会有断点。Raphael说:“然后我们可以在样本中使用这个分数，并尝试看看我们是否在给定的基因中有一个保守的断点。”他们通过寻找一种已知由3兆酶缺失导致融合基因引起的前列腺癌基因来测试这种方法，并在患者中准确地找到了断点。
Raphael和他的实验室目前也在使用来自癌症基因组图谱的数据在胶质母细胞瘤的候选断点上运行这种算法，并似乎发现了高度保守的断点。
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小分子核糖核酸: ISB/Hutch小组发现了新的生物标志物类的潜力
寻找准确、容易检测的癌症生物标记物的工作正在各个方面进行——表观基因组学、蛋白质组学和其他标记物已经取得了进展。但是系统生物学研究所和弗雷德·哈钦森癌症研究中心最近的工作极大地促进了使用microrna来完成这项任务的想法。
ISB的Muneesh Tewari说，最近关于使用mirna作为癌症生物标志物的研究中最重要的发现是，“循环中的microrna非常稳定，这是使用它们作为标志物的一个明显的先决条件。”特瓦里补充说，在他与哈奇的科学家合作中，他们发现许多肿瘤的mirna可以在血液中找到，即使是上皮性癌症和实体肿瘤也会释放出足够多的细胞，“微rna在血液中达到可检测的水平”。
虽然这项研究仍处于相当早期的阶段，但Tewari感到鼓舞的是，mirna可能是“潜在的一类新的生物标志物”，而且它们比其他类型的标记物有一些好处。例如，他说:“许多生物标记物只是标记，它们是否有任何功能作用还不清楚。”他指出，因为已知mirna具有调节作用，所以假设它们更有可能是致病的，而不仅仅是被动的标记。特瓦里说，另一个优势是，传统观点认为，与蛋白质标记物相比，mirna在血清中更容易被检测到，因为它们是核酸，可以被放大。
Tewari和他的团队接下来将试图弄清楚miRNA标记背后的生物学。他们的一个问题是为什么mirna看起来如此稳定:“(我们)正试图了解是什么在保护血液中的这些生物标志物，”他说。“对于这个问题，我们仍然没有一个完整的答案。”
此外，他的团队将致力于开发灵敏度更高的分析方法——Tewari说，他预计目前的分析方法可以提高几个数量级。此外，科学家们还必须更好地掌握血液中mirna的临床意义。他说:“我们真的不知道微rna是否在疾病的早期阶段升高。”他补充说，在短期内，即使找到一种生物标志物，在晚期癌症病例中说一些有用的东西也会有帮助，但从长期来看，他们希望mirna提供一个机会，在癌症的早期阶段检测出癌症。
——多工作站系统
代谢组学研究指出肌氨酸可能是前列腺癌的标志物
前列腺癌是男性最常被诊断出的癌症，及早发现前列腺癌有助于确定哪些患者的前列腺癌具有更强的侵袭性，可能会进展和扩散。为此，密歇根大学的研究人员Arul Chinnaiyan使用高通量LC-MS和GC-MS的组合来调查前列腺癌患者的代谢组，以找到可能表明疾病进展可能性的特定代谢物。
在发表于自然今年2月，Chinnaiyan的团队从健康前列腺癌、临床局限性前列腺癌和转移性前列腺癌的262个组织样本中筛选出了超过1126种代谢物。他们发现了六种代谢物的子集——包括肌氨酸、尿嘧啶、犬尿氨酸、甘油-3-磷酸、亮氨酸和脯氨酸——在从健康前列腺癌到临床局限性前列腺癌再到转移性前列腺癌的发展过程中显著增加。Chinnaiyan说:“这项研究现在开始以一种无偏倚的、基于分析的方式监测代谢物或小分子，这样我们就可以开始对癌症进展过程中可能发生的不同分子变化有一个更完整的系统观点。”“从本质上讲，这是第一批真正关注前列腺癌进展和代谢产物被改变的研究之一。”
他选择专注于肌氨酸，因为它在临床局部疾病中升高，在转移性癌症中高度升高。Chinnaiyan说:“它还映射出了不同的途径，这些途径似乎在前列腺癌进展中升高，包括氨基酸代谢[和]甲基化。”因为他们还想非侵入性地监测这些代谢物——任何测试都需要能够在血液或尿液中找到这些标记物——他们从针活检阳性或活检阴性的患者身上采集了尿液样本，“你瞧，我们能够在那些活检阳性的患者身上看到肌氨酸升高的普遍情况，”他说。Chinnaiyan说，即使穿刺活检结果呈阴性，也不能排除癌症的存在。
使用RNAi，该团队也能够显示出值得注意的结果在体外这种分子对癌症进展的影响。通过添加外源性肌氨酸或降低导致肌氨酸降解的酶，研究人员导致良性前列腺细胞癌变。抑制由甘氨酸合成肌氨酸的酶可以阻止癌症的侵袭。
未来的研究将确定该标记是否具有诊断相关性。Chinnaiyan说，更有可能的是，实验室批准的测试将需要一个小组。他表示:“目前还处于相当早期的阶段。“我们的工作假设是，这将是更严重的前列腺癌的一个标志，但我们需要做后续的研究来证明这一点。”验证将需要至少五年的时间，并且必须通过一组额外的标记来完成，而不仅仅是肌氨酸。Chinnaiyan设想，“当有人PSA升高来诊所时，他们会接受肌氨酸样测试，看看他们是否患有这种疾病，但更重要的是，他们是否患有更严重的疾病。”
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