PeerJ: 计算机模拟揭示癌症多样性

2020年5月1日讯/100医药网BIOON/---了解癌症演变的原理对于设计治疗策略很重要。在最近一项研究中，东京大学医学科学研究所（IMSUT）的一个研究小组开发了一种新的仿真模型，该模型以统一的方式描述了各种癌症演化模式。

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“我们阐明了通过使用超级计算机执行模拟分析来实现每种进化模式的条件。我们的发现使我们能够解释癌症进化多样性的基本原理。”研究作者， IMSUT人类基因组中心分子医学实验室高级助理教授Atsushi Niida说。

建立统一的进化仿真模型

癌症可以被视为演化的疾病，它是由于基因组中突变积累后自然选择具有高度增殖和恶化潜能的细胞而导致的。此外，由于癌症具有高度的演化潜力，因此它容易适应其环境中与治疗相关的变化并获得治疗抗性。

先前的基因组研究表明，癌症的进化可大致分为四种进化模式。但是，尚不清楚什么条件会导致每种模式。因此，研究小组建立了一个统一的进化模拟模型，可以概括各种进化模式。

通过在IMSU的超级计算机SHIROKANE上对各种条件进行大规模并行仿真，研究小组确定了产生每种演化模式的条件。通过提供理解癌症演变的数学基础，这项研究有望有助于理解癌症的治疗抗性和开发新的治疗策略。

多种数学原理可解释癌症的演变

一般认为，在癌症发育过程中，正常细胞通过连续获取有利于细胞生长和存活的驱动基因突变逐步进化为具有高恶性的同质细胞群。然而，近年来，对从多个肿瘤区域获得的DNA样本进行分析的多区域测序已证明了肿瘤内异质性的特征（ITH）。也就是说，在癌症进化过程中会产生具有不同突变的多个克隆，并共存于单个肿瘤中。

另一方面，已经发现ITH可以通过不影响细胞生长和存活的中性突变的积累而形成。即可以通过中性演化来生成。 ITH的演化原理不仅在癌症类型之间有所不同，而且Niida及其同事还发现大肠肿瘤发生期间会发生时间变化。也就是说，在早期病变中，ITH是由自然选择形成的，而在晚期癌症中，ITH是由中性演化形成的。而且，与如上所述由单核苷酸突变的逐步积累所导致的逐渐进化相反，一种叫做标点演化的模式特别引起了研究者们的注意，这种演化模式使得癌细胞在短时间内染色体和基因组水平上发生了大的变化，例如拷贝数变化和结构异常。

迄今为止，已经提出了四种演化模式，但是关于这些模式在什么条件下发生还有许多不清楚的地方。使用基于模拟分析的手段进行研究被认为是了解癌症进化原理的有用工具。

“在这项研究中，我们通过使用超级计算机进行的仿真分析，阐明了癌症进化多样性的基本原理。由于癌症具有很高的进化潜力，因此它可以适应因治疗而改变的环境，并且容易获得治疗抗性，因此了解癌症的进化原理癌症是设计治疗策略的重要问题。”通过提供理解癌症演变的数学基础，这项研究有望有助于理解癌症的治疗抗性和开发新的治疗策略。（100医药网 100yiyao.com）

资讯出处：

原始出处：Atsushi Niida et al, PeerJ (2020). DOI: 10.7717/peerj.8842