细胞逐步适应新环境的多基因作用机制

Tumorigenesis, like the natural speciation, is a gradual evolution process involved the interaction of multiple genes and environmental components. Genetic studies of human cancer showed the adaptive clonal evolution of the neoplastic cell populations. In our previous study, we established a mouse model of primary hepatocarcinoma by sequentially inducing hepatitis, fibrosis, cirrhosis and liver caner in HBV transgenic mice, which is ideal for dynamic study of mutation accumulation and evolutionary process of cellular populations in tumorigenesis and neoplastic progression. In this project, we will use the molecular population genetic theory and genomic techniques to systemically analyze the genetic diversity and clonal architecture of cell populations at the different pathogenic stages of the hepatocarcinoma model, to identify the driver mutations for initiation and progression of malignancies, and to measure the adaptation of neoplastic populations with different genetic mutations to the internal micro-environment. We will study the evolutionary fitness of cancer cell population in new habitats with the various environmental selection pressures by transplanting the same tumor tissue into the mice with different genetic backgrounds, or treating the tumor-bearing mice with radiotherapy, chemotherapy or immunological manipulations. Through interdisciplinary efforts, we can understand the genetic mechanism of inflammation-driven carcinogenesis and gradual adaption of the neoplastic population to new environments in the progression of neoplasma from an perspective of population evolution, which can help us to better understand, predict and control this disease.

如同自然界的物种形成，肿瘤发生发展是一个渐进演化过程，涉及到多基因和周围环境多因素的相互作用。我们在前期研究中建立了能很好模拟临床上从慢性肝炎到肝纤维化、肝硬化、肝癌的小鼠模型，为动态追踪肿瘤发生发展过程中体细胞突变的累积和细胞群体进化提供了理想模型。本项目将利用分子群体遗传学理论和基因组学研究技术，系统分析上述小鼠肝癌模型不同病理阶段的细胞群体遗传多样性和群体结构，鉴定驱动肿瘤发生与发展的重要突变，分析携带不同突变的肿瘤细胞群体在体内微环境的适应性；利用肿瘤移植、放疗、化疗和免疫干预等策略，研究肿瘤细胞群体在不同环境条件下的动态进化过程。充分利用学科交叉优势，从细胞群体进化角度探讨炎症驱动细胞恶变和肿瘤发生过程中细胞逐步适应新环境的多基因作用机制，为更好地理解、预防和控制癌症提供理论依据。

如同自然界的物种形成，肿瘤发生发展是一个渐进演化过程，涉及到多基因和周围环境多因素的相互作用。我们前期研究中建立了能很好模拟临床上从慢性肝炎到肝纤维化、肝硬化、肝癌的小鼠模型，为动态追踪肿瘤发生发展过程中体细胞突变的累积和细胞群体进化提供了理想模型。本项目就是基于该小鼠原发肝癌模型，研究原发早期肝癌的基因组变异及进化。根据项目任务书，我们对来自4只小鼠的12个肿瘤和4个癌旁组织进行全基因组和/或外显子组测序，验证后共获得46个肿瘤特异性SNVs。①除313M1鼠的T1和T3没有检测到SNVs外，其余肿瘤都存在1到16个SNVs；除516M1鼠的3个肿瘤有一共同Hras突变外，其余突变都为其各自肿瘤所特有，说明肝炎导致的多发肝癌的肿瘤是独立起源，并且有很强的异质性。② 516M1鼠T1和T2肿瘤处于相邻位置，T3在另一肝叶，3个肿瘤有同一位点的Hras突变，表明肿瘤在早期即可获得迁移能力；T1和T2中共有的Hras突变频率为0.4，而大多数突变基因频率分布于0.2 左右，结合肿瘤细胞核型总体为二倍体，提示肿瘤细胞在生长早期经过逐步的不完全选择扫荡产生了多个肿瘤演化支系，这些演化支系的共进化促使肿瘤生长。对获得的46个SNVs进行了Ingenuity Pathway Analysis( IPA)，在IPA数据库中，有37个基因与不同类型肿瘤相关，分别与肿瘤发生、发展和浸润相关。我们鉴定到的46个小鼠肝癌突变基因中，41个基因有人同源基因。从ICGC数据库的6个研究项目中筛选到1128个肝癌病人，对41个突变基因在这些肝癌中的表达进行分析,发现所有基因至少可以在一个病人中检测到突变，其中LRP1B突变最高，926名肝癌病人中有359名病人有LRP1B突变；其次是RoBo2, FGF13, MAST4和SPHKAP基因，在20％以上病人中存在突变。Anxa11, Pet2, Ppp3cc, Ryr1, Slc, Tssk3和 Pde2的表达水平与病人生存时间正相关，而Naa15, Mad2l1bp, Plod2 和Fgf13表达水平与病人生存负相关，这些结果说明我们鉴定到的突变基因是潜在肝癌发生驱动基因。