絕大多數癌癥死亡歸因于轉移，即腫瘤從一個器官擴散到另一個器官。然而現在幾乎沒有辦法確定某個癌癥是否會轉移，其擴散的程度如何，會波及哪些組織或器官也很難判斷。并且由于體內模型的復雜性，大規模的轉移研究不切實際。
來源：Nature
近期，麻省理工學院-哈佛大學Broad研究所科學家的研究表明，在動物模型中預測人類癌細胞的轉移是可行的。12月9日，以封面論文形式發表在Nature雜志上的這項研究指出，一種癌癥是否擴散、擴散的程度以及擴散到哪個器官取決于許多遺傳和臨床因素。研究小組將500多株人類癌細胞系與轉移相關的特征集合起來，創建了轉移圖譜（Metastasis Map, MetMap），這是有史以來第一張關于不同癌癥如何擴散的圖譜。
來源：Nature
這項資源可以幫助科學家發現新的細節：是什么驅動了轉移，為什么有些癌癥比其他癌癥擴散得更為猛烈，以及如何用新的抗癌藥物潛在地減緩或阻止這種致命的過程。
具體來說，領導這項研究的Broad研究所研究員Xin Jin與同事們給跨越21個癌種的500株癌細胞系中的每一個都貼上了獨特的DNA條形碼分子，使他們能夠識別和追蹤癌細胞。隨后他們將不同組合的細胞系注入小鼠的循環系統中，并監測細胞的擴散。
5周后，從腦、肺、肝、腎和骨中收集樣本，以確定哪些細胞系在哪個器官上定居。研究小組發現超過200株細胞系在小鼠體內存活并發生轉移。他們確定了與腫瘤擴散相關的關鍵特征，包括腫瘤類型、起源地和細胞來源患者的年齡，并利用這些信息生成了MetMap（圖1）。
圖1. 繪制500株人類癌細胞系的MetMap（來源：Nature）
其中，對體內條形碼技術監測小鼠不同組織中癌細胞生長的可行性和可靠性驗證實驗結果顯示：HCC1954在腦中的檢出率最高，而顱外轉移瘤則以MDAMB231為主。值得注意的是，編號為BT20的癌細胞系，在多個器官中被檢測到，但在所有器官中的豐度都很低，這反映了它有定植能力，但沒有擴張能力（圖2）。
圖2. 條形碼標記的細胞池繪制的體內轉移潛力圖譜。（來源：Nature）
Jin說：“一開始沒人相信這種方法會奏效，包括我自己。結果發現，它的作用相當強大，生成了意想不到的信息，揭示了什么使不同的癌癥能夠適應不同的器官環境。”
為了證明他們數據的價值，科學家們進一步研究了一種乳腺癌，MetMap顯示了其向大腦擴散的趨勢。他們將這些細胞系的基因組與非轉移性乳腺癌細胞系的基因組進行了比較，找出了一些促進癌細胞擴散到大腦的差異：
在體細胞突變水平上，PIK3CA是最相關的：7個腦轉移細胞系中有4個含有PIK3CA突變，而14個非轉移或弱轉移細胞系中該突變為0（偽發現率，FDR=0.0034）（圖4a）；第五個細胞系HCC70在PTEN中有功能缺失突變；PI3K是ERBB2（也稱為HER2）的主要下游介質，據報道，ERBB2本身與人類腦轉移有關。事實上，兩個腦轉移細胞系——JIMT1和HCC195,也包含典型的ERBB2基因擴增（圖3）。
圖3. basal-like型乳腺癌腦轉移潛能的遺傳相關研究（來源：Nature）
在DNA拷貝數水平上，他們觀察到轉移潛能與染色體8p12–8p21.2（稱為8p）缺失之間的關聯（FDR=0.0017）（圖4b）。七分之五的腦轉移性乳腺癌細胞系在這個區域有缺失，相比之下14個非轉移細胞系中該區域缺失的情況為0。
值得關注的是，乳腺癌細胞脂質代謝的關鍵變化（圖4c–e）使其能夠在大腦的微環境中生存，這提示未來的治療可以中斷脂質代謝，從而潛在地減緩這種轉移。
圖4. basal-like型乳腺癌脂質代謝狀態改變與腦轉移潛能的關系。（來源：Nature）
進一步研究發現SREBF1是與腦轉移依賴性最相關的。SREBF1是介導PI3K通路下游脂質合成的關鍵轉錄因子。與低或無腦轉移潛能的乳腺癌細胞系相比，培養的腦轉移細胞系生長對SREBF1有選擇性的需要。這種關聯是大腦特有的，因為SREBF1和向其他器官的轉移之間沒有聯系（圖4f）。總之，一系列遺傳、代謝、轉錄組學和功能基因組學證據都表明了SREBF1介導的脂質代謝與腦轉移之間的關聯。
Broad首席科學官、Dana Farber癌癥研究所研究員Todd Golub說：“我們希望通過創建高質量、大規模的基礎數據集并免費提供給全世界，從而為癌癥轉移領域做出貢獻。”MetMap網站資源可在https://depmap.org/metmap/進行訪問。
