癌细胞最常见的特征之一是非整倍体的核型。大约 90% 的实体瘤和超过 50% 的造血系统癌症显示出一定程度的非整倍性。非整倍性可能是由有丝分裂过程中的染色体错误引起的。由分离事件引起，它很少发生在正常细胞中，但在肿瘤发展过程中更频繁地发生。癌症中常见的错误分离事件的增加率称为染色质不稳定性 (CIN)。研究表明，在人类中，CIN 与耐药性有关。今天带一篇文章来研究染色体不稳定性与肿瘤耐药性的关系！这篇文章发表在Developmental Cell（IF=12.2），让我们来看看这篇文章的研究思路。

研究思路

结果

1.抑制Mps1将加速BRAF抑制剂耐药性的获得

倍性与治疗反应之间的关系。作者使用 AZ3146（一种纺锤体检查点激酶 Mps1 的小分子抑制剂）来处理细胞，这显着增加了癌细胞系有丝分裂错误的频率。作者用Mps1抑制剂处理CIN细胞，然后与未处理细胞以不同比例共培养。流式细胞仪检测后发现，1:1混合时各种群的丰度基本保持不变。但是用AZ3146预处理后，丰度会下降到15%。结果表明，在标准培养条件下，CIN期通常对癌细胞的适应性有害。接下来，作者研究了 CIN 对暴露于 BRAF 抑制剂 vemurafenib 的影响。发现使用vemurafenib后，用Mps1i预处理的荧光群的丰度降低。然而，在第12天，Mps1i处理的群体开始显着增加并最终超过未处理的群体，表明短CIN期可以加速黑色素瘤细胞适应BRAF抑制剂生长的能力。为了进一步表征这些竞争实验产生的种群，通过流式细胞术重新分离有或没有 Mps1i 预处理的细胞。药物敏感性测试发现，与亲代相比，所有在威罗菲尼中传代的细胞群都显示出药物敏感性的降低。与竞争分析的结果一致，用 Mps1i 处理的细胞对 vemurafenib 更具抗性。这些细胞对紫杉醇和阿霉素没有交叉耐药性。这表明暴露于 Mps1抑制剂不会引起多药耐药表型，潜在的耐药机制可能是这些细胞进化的特定条件。同时，作者发现 Mps1i 处理继续加速获得对 BRAF 抑制的抗性。

结论：短 CIN 阶段加速了对 vemurafenib 的耐药性的获得，即使在包含可能影响耐药性的其他变化的异质组中也是如此。



2.瞬态CIN在很多情况下可以加速治疗抵抗。
接下来，作者研究了暂时抑制 Mps1 是否可以加速抗性的进化。作者首先在紫杉醇处理的细胞中进行了竞争实验。与之前的结果一致，Mps1i 处理导致细胞适应性的暂时丧失，随后是快速的种群增长。在一组重复的紫杉醇竞争实验中获得了类似的结果。接下来，作者在 BRAF 突变的结直肠癌细胞系中进行了竞争实验。用 Mps1i 处理的种群最初下降到 40% 的丰度，然后扩大到 85%。在非恶性视网膜色素上皮 (RPE1) 细胞中的实验结果与作者在癌细胞中观察到的结果相同。最后，作者探索了不是由 Mps1 产生的 CIN 也可以加速细胞抵抗。

结论：在各种遗传背景下，较短的CIN期可加速对多种靶向和细胞毒性药物耐药性的演变。



3. 短暂 CIN 后获得耐药性的细胞表现出特异性复发性非整倍性
随着时间的推移，在抗癌药物存在下的生长可能会在这些特定条件下有利的含有非整倍体的细胞的选择揭示了 CIN 在耐药性演变中的有益作用。单细胞基因组测序发现Mps1i导致核型异质性显着增加，21天后出现非整倍体核型。相比之下，Mps1i 处理细胞在正常生长培养基中的单细胞测序显示，到第 21 天，它们几乎已恢复到基本核型。 随后，作者在 Mps1i 处理的细胞中恢复了非整倍体，并在 vemurafenib 中对其进行了处理。观察到11号染色体重复扩增，也观察到18号染色体扩增。作者使用在紫杉醇中培养的 Mps1i 处理细胞进行了单细胞测序。也证明了维罗非尼耐药细胞对紫杉醇没有交叉耐药性。这些测序结果表明独特的核型可以促进对不同治疗药物的抵抗力。最后，作者分析了 Mps1i 处理和未处理细胞与紫杉醇竞争的核型。与未处理的对应细胞相比，Mps1i 处理的细胞的核型异质性显着增加。到第 24 天，当 Mps1i 处理的种群在竞争中占优势时，它们的核型异质性降低，出现近克隆核型。单细胞分析揭示了10号染色体的丢失，表明这种核型变化是驱动了对紫杉醇的抗性。

结论：瞬时CIN可以产生核型异质细胞群。当细胞在抗癌药物的选择压力下竞争时，某些非整倍体可以重新出现，接近克隆水平。



4. 竞争实验中观察到的重复非整倍体足以赋予对紫杉醇的抗性。
笔者随后探讨了单细胞测序实验中检测到的非整倍体，身体是否真的能产生抵抗力。

作者从没有功能性p53的单细胞中分离并分析了核型，首次成功分离出p53-/-细胞克隆，他们丢失了10号染色体的拷贝，这是在用紫杉醇培养的细胞中观察到的最常见的非整倍体类型。作者还分离出了一个丢失了一个 13 号染色体拷贝的对照。然后，这些染色体缺失克隆与亲本 p53-/- 细胞群竞争。在正常生长培养基或含有紫杉醇的培养基中，13 号染色体的缺失对细胞健康的影响最小。 10 号染色体的缺失会降低细胞在正常生长培养基中的适应性，因为培养 11 天后克隆的丰度降低。



结论：在正常生长条件下危及增殖的非整倍体可以增强细胞在化疗药物存在下的适应性，细胞竞争分析中回收的非整倍体足以引起耐药性。

5.CIN和拷贝数变化负荷与人类肿瘤的治疗抵抗和疾病进展有关
接下来，笔者想探讨一下内源性CIN是否也能降低癌症治疗的效果。作者分析了已在小鼠体内多次传代的 PDX 移植物。为了确定每个 PDX 的内源性 CIN 水平，作者计算了每次 PDX 传代期间发生的臂长拷贝数变化的平均数量。臂长变化小于一个的 Pdx 被定义为“低 CIN”癌症，一次发生四次或更多被定义为“高 CIN”癌症。携带这些 pdx 的小鼠接受了各种抗癌药物的治疗，随后肿瘤体积的变化。作者发现 11% 的低 CIN pdx 对药物表现出部分或完全反应。 69% 的高 CIN 癌症在治疗后疾病进展。在未接受任何抗癌药物治疗的小鼠中，低 CIN 和高 CIN pdx 均显示肿瘤体积倍增时间中位数为 11 天，这表明它们显示出相似的增殖能力。最后，作者试图确定在用特定治疗药物治疗的 PDX 中是否可以检测到不同的反应模式。与低 CIN 皮肤癌 pdx 相比，用 BRAF 抑制剂治疗的高 CIN 皮肤癌 pdx 显示出明显更短的无进展生存期。在其他几种处理条件下也观察到了类似的结果。随后，分析了TCGA的临床和拷贝数数据，并评估了基因组改变（FGA）。每个 TCGA 群体被分为低 FGA 和高 FGA 组。与低 FGA 肿瘤患者相比，高 FGA 肿瘤患者没有肿瘤。可能性大大降低。患有高 FGA 癌症的个体在接受一线治疗后更可能出现进展性疾病。高 FGA 状态与结直肠癌、低级别胶质瘤、前列腺癌和子宫内膜癌的疾病进展显着相关。最后，作者进行了 Cox 比例风险回归来评估 FGA 与患者预后之间的关系。 FGA 与 14 种癌症的生存期缩短显着相关。

结论：没有用 Mps1 抑制剂补充治疗的高水平内源性 CIN 与多种癌症类型的进展性疾病和治疗抵抗的可能性增加有关。



概括
本文探讨了该领域中非整倍体肿瘤细胞可能产生耐药性以治疗耐药性问题的进一步机制从耐药性入手，发现了不同肿瘤中非整倍体的耐药性，并观察了非整倍体肿瘤细胞在竞争中的增殖实验。随后，通过测序分析非整倍性缺失片段。最后通过对临床资料的分析，得出非整倍体的出现加速了临床肿瘤的症状，也是缩短生存期和预后不良的重要因素。从临床问题出发，最后回归临床数据，文章完整性比较高，值得借鉴。