【Nature子刊】癌細胞“隱身”怎么辦？英美科學家利用數學模型預測癌癥進化方向和免疫治療效果
發布時間：
2020-09-24 09:00
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但癌細胞也不是“吃素”的，癌細胞之所以厲害，就是因為它有“隱身”功能，因此，免疫治療也并不是對所有的癌癥患者都有效。盲目進行免疫治療不僅成本巨大，還可能適得其反，所以預測癌癥的進展和免疫治療的有效性十分重要。
??對此，一個英美研究團隊建立了一個數學模型，可以確定免疫系統對癌細胞進化的影響。使用該模型獲得的信息能夠用來預測免疫療法是否對患者的癌癥有效，從而有助于指導治療決策。
??該研究由倫敦瑪麗女王大學的Eszter Lakatos博士和Trevor Graham教授以及倫敦癌癥研究所（ICR）的Andrea Sottoriva教授領導，并于9月14日發表在《自然-遺傳學》雜志，題為“Evolutionary dynamics of neoantigens in growing tumors”。該研究主要由英國癌癥研究協會資助，并得到了Wellcome和美國國立衛生研究院的額外支持。
??癌細胞與免疫細胞的斗爭
??免疫細胞通過檢測癌細胞表面的分子，即新抗原來識別腫瘤。新抗原是由于癌細胞內遺傳密碼的改變（突變）而產生的“錯誤”分子。當免疫細胞掃描人體時，它們會將這些有缺陷的分子識別為非自身分子，從而引發針對癌癥的免疫反應。
??為了抵抗免疫系統的破壞，癌細胞通過發展“隱身”機制，從而躲避免疫細胞。由此，癌細胞可繼續在體內生長而不被發現。
??在該研究中，科學家開發了一種計算模型，以繪制腫瘤進化過程中癌細胞和免疫細胞之間的“軍備競賽”。研究小組利用癌癥基因組圖譜計劃（The Cancer Genome Atlas，TCGA）中的腸癌、胃癌和子宮內膜癌的基因組數據，開發了一個模型，輸入癌細胞的遺傳密碼，可計算出免疫系統與癌細胞之間的相互作用。通過計算腫瘤中新抗原的數量并觀察它們積累的速度，該模型能夠預測癌細胞何時可能激活針對免疫系統的“隱身”機制。
??癌癥基因組圖譜計劃是國際癌癥基因組聯盟（InternationalCancerGenomeConsortium）最大的項目。該項目于2006年啟動，耗資1億美元，目的是繪制1萬個腫瘤基因組圖譜。
??建模以預測癌細胞如何進化
??Lakatos博士說：“數學模型可以幫助我們重建這類生物過程，即使只有一小部分是可用的。這對于確定癌癥如何進展特別有用，因為通常我們只能看到這個過程的一個快照。我們開發的模型可以描述所有可能發展的癌癥特征，包括那些被免疫系統成功摧毀的癌癥，以表面哪些檢測最能說明癌細胞未來的進化。”
??該模型的預測可能對癌癥患者的免疫療法敏感性具有重要意義。免疫療法是一組可增強患者免疫系統活性以幫助機體對抗癌癥的藥物。這類藥物已被證明對某些癌癥非常有效，甚至在某些情況下可以治愈癌癥。然而，并非所有患者都如此，也并非所有腫瘤都對免疫療法有反應。能夠提前預測免疫療法是否可能有效，對病人管理非常有價值。
??邁向了解免疫細胞和腫瘤細胞之間相互作用的一步
??Graham教授說：“增強免疫系統是治療癌癥的一種非常有效的方法，但是很難理解為什么有些患者對免疫療法有反應而另一些卻沒有。我們的研究是邁向了解免疫細胞和腫瘤細胞之間相互作用的一步，希望這種理解能有助于將來指導治療決策。”
??該數學模型可以幫助研究人員預測人們的癌癥，根據癌細胞的免疫隱身狀態，判斷免疫療法是否可行。該模型預測，在癌細胞隱身之后施行免疫療法可能是最有效的，因為此時該療法可用于重新激活免疫系統以識別并抵抗癌癥。該模型還預測，如果癌癥在其發展早期未激活免疫隱身機制，則免疫療法最初可能有效，但對治療的長期反應可能并不那么成功。
??Sottoriva教授說：“我們的模型可以幫助了解患者體內腫瘤與免疫系統之間發生的軍備競賽。癌癥會不斷適應并進化，我們的研究提供了一個有價值的工具，可以幫助了解和預測癌癥將如何進化并與免疫系統相互作用，因此我們可以預測癌癥的下一步行動，并為患者制定新的治療策略。”
??由于遺傳分析在英國國家醫療服務體系（NHS）中已成為常規，因此了解如何使用遺傳數據來選擇治療方法，以及更好地理解免疫療法有效性非常有用。該團隊開發的模型僅通過查看癌癥的遺傳密碼，即可擴展對免疫系統和腫瘤作用的理解。他們現在希望將這個模型應用于經過免疫療法治療的癌癥，以查看預測的準確性。
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