科学家使用基于CRISPR的谱系追踪方法可追踪几代癌细胞

据5日发表在《细胞》杂志上的一项研究，一个国际研究团队使用基于CRISPR的谱系追踪方法，从第一次致癌突变激活开始追踪肺癌细胞，最终记录了迄今为止最全面的肺癌细胞进化过程，这份详细的肿瘤病史揭示了对肺癌如何进展和转移的新见解。

癌细胞可进化出抗药性、更具侵袭性和转移性，并扩散到身体的其他部位形成新的肿瘤。癌症进化的这些特征越多，它就越致命。研究人员想了解癌症是如何演变的，从而进行预防和治疗。但当癌症被发现时，它通常已在患者身上存在数年甚至数十年，而关键的进化时刻从没有被观察过。

美国怀特黑德研究所乔纳森·韦斯曼和合作者开发了一种可追踪几代癌细胞的新方法，使研究人员能够分析它们的进化历史。这种谱系追踪方法使用CRISPR技术为每个细胞嵌入可遗传和可进化的DNA条形码。每次细胞分裂时，它的条形码都会被轻微修改。当研究人员最终收获原始细胞的后代时，他们就可比较细胞的条形码来重建每个细胞的“家谱”，就像相关物种的进化树一样。研究人员使用了类似的方法来跟踪新冠病毒的演变。

韦斯曼表示：“这是一种以更高的分辨率观察癌症进化的新方法。以前，导致肿瘤危及生命的关键事件一直是不透明的，因为它们湮灭在肿瘤遥远的过去中，但这为我们提供了了解这段历史的窗口。”

为了从一开始就追踪癌症，研究人员开发了一种方法，可同时触发细胞中的致癌突变并记录细胞的发展过程。他们对小鼠进行改造，当它们的肺细胞暴露于一种特制的病毒时，会激活Kras基因中的致癌突变，并使细胞中的肿瘤抑制基因Trp53失活，同时激活谱系追踪。小鼠模型经过工程改造后，使得肺癌在其中的发展与在人类中的发展方式非常相似。

研究人员在收获癌细胞之前让癌细胞进化了几个月。然后他们使用之前开发的算法，从修改后的DNA条形码中重建细胞的家谱，还使用RNA测序测量了细胞中的基因表达，以表征每个细胞的状态。有了这些信息，他们就可以“拼凑”这种类型的肺癌如何变得具有侵袭性和转移性。

研究人员表示，揭示肿瘤细胞之间的关系，是理解它们的基因表达谱和深入了解侵袭性状态出现的关键。

总编辑圈点

在此次小鼠模型中，癌细胞是从正常细胞发展而来，肿瘤进展在原生环境中长时间发生，这就意味着，其与人类患者身上发生的情况非常相似。对于科学家来说，这种模拟和因此衍生的见解对癌症治疗非常重要。因为人们最怕的转移，通常发生在癌症变得致命的时候，如果可以细致入微地研究癌症演变，人们就能知道哪些类型的癌症会以何种方式发展出转移的能力，从而设计出干预措施来加以阻止。(科技日报记者 张梦然)

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