肿瘤基因组学

随着20世纪90年代很多组织DNA序列的测定，基因组学逐渐建立起来。到了21世纪，人类基因组计划在威康信托基金会桑格研究所 的完成为很多在基因组功能和疾病基因方面的研究铺平了大道。肿瘤便是是其中的主要研究对象之一。

为什么能够进行肿瘤基因组测序对肿瘤研究至关重要的原因有如下几点：

1. 在肿瘤基因组中的变异是肿瘤疾病引起的直接原因，同时肿瘤的表型也由这些变异来决定。
2. 由于能够获取肿瘤病人的肿瘤组织和正常组织，根据绝大多数变异都是体细胞变异的事实，我们便可以联合确认导致肿瘤的变异。
3. 在肿瘤中，基因组上的变异并不是一成不变的，在一些肿瘤情况中会随着肿瘤阶段、转移以及抗药作用发生改变。[2]

在2008年第一个肿瘤基因组由Timothy J. Ley et. al测出。[2] 这次研究测序了一个典型急性髓性白血病患者的肿瘤基因组以及病人表皮的正常细胞基因组。研究人员通过对肿瘤和正常基因组测序数据的比较找到了10个基因包含了如下变异：

• 其中两个变异在之前就被认为对肿瘤发展有促进，分别是：
  • FLT3受体酪氨酸激酶基因的内部串联重复，其结构性激活激酶发射信号，并与不良预后相关。
  • NPM1基因（NPMc）第12个外显子上的四碱基插入
    • 以上二者常见于白血病（约25~30%），且都被认为是有助于白血病的发展，而非直接导致白血病的发生。
• 剩余八个变异是新的变异，且都是单碱基突变：
  • 四个变异发生在同一个家族，后者与肿瘤发生强相关（PTPRT, CDH24, PCLKC, and SLC15A1）
  • 其余四个变异未见于已知的与癌症发生相关的基因，但在那些与促进肿瘤发展相关的代谢通路上有潜在功能(KNDC1, GPR124, EB12, GRINC1B)。

以上这些基因都位于促进肿瘤发生的通路中，但在本次研究之前，基于肿瘤基因的优先考虑，它们中的多数都不会被选作治疗的靶向基因。所以本次研究的结果也展示了用肿瘤全基因组测序技术来鉴定体细胞突变的重要性，以及对病人正常基因组的平行测序来确定哪些突变/变异是遗传的，哪些是获得的。这项技术在鉴定真正的体细胞突变方面十分重要。[3]

肿瘤基因组学使用的技术。

癌症细胞的基因组与转录组的研究以下面先端技术为基石。

比较肿瘤基因组学是肿瘤基因组学的一个分支，比较肿瘤基因组学通过跨物种的基因组比较来鉴别癌基因。这种研究包括对其他模式生物（如小鼠）的肿瘤基因组、转录组和蛋白组的研究，从而鉴别潜在的癌基因，然后将研究结果转化到研究人类肿瘤样本中，来鉴别这些基因的人类的同源基因在人类肿瘤发生扮演者重要的角色。[16]最近的研究发现小鼠模型中基因突变与人类肿瘤相似。肿瘤基因组学的这一支可以将对某些模式动物的研究成果应用到其他物种中。这些模型通过多种方法产生，包括逆转录病毒引发的基因突变和癌细胞的转移种植。比较肿瘤基因组学是癌基因鉴别的一个好方法。

肿瘤基因组学研究的一个方向是通过利用肿瘤细胞的基因突变这一异常来制造有效的肿瘤的治疗方法，这以方向展示了良好的前景。是合成针对肿瘤基因突变位点的药物。常见的癌基因可能对所有细胞（不仅是肿瘤细胞）的生存都至关重要。所以，针对这些基因的药物可能产生强烈的副作用，比如肿瘤化疗药物可能直接引发其他严重疾病。为了制造更加安全的肿瘤靶向药物，科学家现在系统性地评估抑制人类基因组中每一个基因的影响——每次抑制一个基因与研究认为为癌基因的突变结合。[17][18] 这种研究通过利用仅存于肿瘤细胞的突变寻找肿瘤的靶向疗法。如果敲除那些对于正常细胞是无用或影响很小，而对携带了给定癌基因的肿瘤细胞是致命的基因，那么这些非必需基因在人类整体的抑制可以摧毁肿瘤细胞，同时最大程度的保护正常细胞。（这里的“合成药物”即描述了这种协同效应）在寻找肿瘤靶点和开发药物中这种方法已经初见成效。比如：PARP-1抑制剂可以靶向地针对BRCA1/BRCA2相关肿瘤[19][20]。在这个例子中，PARP-1的抑制和肿瘤相关的BRCA基因突变同时出现对这些肿瘤细胞是致命的。这项技术的临床Ⅰ期试验表明此方法有希望应用于BRCA1或BRCA2突变的患者。临床Ⅱ期实验现在正在进行中。

大量存有肿瘤基因组数据的数据库可供肿瘤研究者使用。肿瘤基因计划就是这样的一项为了发现肿瘤细胞内基因内的突变的计划。为了达成这一目标，他们为原发肿瘤和肿瘤细胞系的外显子和flanking splice junctions进行测序。这些研究数据展示，存储在COSMIC。截至到2008年2月，肿瘤基因计划在1848个肿瘤标本中发现4746个基因和2985个突变。 美国肿瘤研究院下属的Cancer Genome Anatomy Project|肿瘤基因组图谱计划 页面存档备份，存于也存储了大量肿瘤基因组、转录组和蛋白组的研究数据。Progenetix是另一个癌细胞参考数据库，其展示了肿瘤的细胞遗产学和细胞分子遗传学。Oncomine 页面存档备份，存于有编辑整理过的肿瘤转录组数据。 肿瘤基因组学综合数据库（The Integrative Oncogenomics database IntOGen，IntOGen）整合了用组织分类的多维的人类肿瘤基因组学数据，其中组织名符合ICD-O命名规范。[21]。IntOGen database使不同变异类型（如基因表达，CNV）的数据挖掘称为可能。 国际肿瘤基因组联盟(International Cancer Genome Consortium )是目前收集人类肿瘤基因组数据的最大的项目。这些数据可以通过ICGC website访问。BioExpress® Oncology Suite有原发性肿瘤、转移性肿瘤、良性肿瘤和正常组织（包括癌旁组织）的基因表达数据。这个数据库包含了非常有价值的血液细胞恶性肿瘤样本。 针对模式生物的数据库一样存在，比如Retrovirus Tagged Cancer Gene Database (RTCGD)收录了大鼠肿瘤中逆转录病毒和转座子插入引发的基因突变。

整个基因家族的突变研究已经成为肿瘤基因组学的一个强大的工具，这带来了很多的进展。可以通过相似的序列和蛋白结构域来判定基因家族，同一个基因家族的基因拥有相似的功能，经过系统性地对肿瘤基因组中的这些基因测序，可以发现与肿瘤发生相关的信号通路。已经研究过的这种基因家族是蛋白激酶家族（其作用是给蛋白质添加磷酸基团）和磷酸酶基因家族（其作用是移除蛋白质的磷酸基团）。[22]这些基因家族被首先研究是因为其参与了细胞生长和死亡的信号传导。特别的，超过50%的结直肠癌中可发现超过一种磷酸激酶或磷酸酶突变。结直肠癌、乳腺癌、胃癌、肺癌和其他多种癌症的基因突变常见于PIK3CA（Phosphatidylinositold 3-kinases）基因。[23][24]多种开发中的药物就是抑制PIK3CA。另一个例子是2004年发现的BRFA基因，这是发现与黑色素瘤相关的第一个基因。[25]BRAF编码了丝苏氨酸激酶（其参与了RAS-RAF-MAPK信号通路），他们发现BRAF的突变将导致组合磷酸化和活性变化，这在59%的黑色素瘤都可发现。BRAF发现之前，黑色素瘤的发生发展的遗传学原理，所以，患者的预后很差。之后CGP开始研究黑色素瘤的相关基因，最后，他们发现BRAF，现在BRAF是肿瘤治疗的新靶点，已有相关临床研究数据。[26]

最近研究发现，线粒体DNA突变和肿瘤的发生之间存在着一定联系。以下是四种已被鉴定的线粒体DNA突变类型：[27]

随着该领域的发展，科学家正在发掘可用于肿瘤发生阶段判定、治疗、预后的潜在标志物。目前已有许多生物标志物可用于上述目的，比如单核苷酸多态性(SNPs)，染色体畸变，DNA拷贝数变异，微卫星不稳定性，启动子区域差异甲基化，甚至是高/低蛋白表达水平。这些特性与各种癌症的关系的确定将有可能帮助我们通过开发靶向特异标志物的药物来提供更多有效的个性化治疗选择。如果想了解一些癌症及其各自生物标志物的信息的话，请点击肿瘤标志物页面。[45]

• Cancer Genome Project: an oncogenomic reference database from the Wellcome Trust Sanger Institute
• Cancer Genome Anatomy Project 页面存档备份，存于: an oncogenomic reference database from the National Cancer Institute
• Progenetix: an oncogenomic reference database, presenting cytogenetic and molecular-cytogenetic tumor data
• OncoGenomics Explorer
• Oncomine 页面存档备份，存于
• Retrovirus Tagged Cancer Gene Database (RTCGD)
• IntOGen Integration and data mining of multidimensional oncogenomic data