肝内胆管癌的基因测序

　　肝内胆管癌是一种发病率不高但致死率很高的疾病，这些年来发病也有上升的趋势，加拿大西蒙弗雷泽大学分子生物学和生物化学的陈楠生教授对103名中国肝内胆管癌患者及对照者体细胞样本进行了相关测序工作，分析鉴定出了肝内胆管癌特异相关的一些体细胞突变，并进一步揭示了其中25个具有显着性的突变基因、以及8个潜在的癌驱动基因。相关研究论文于2014年12月15日，发表在《自然通讯》(Nature Communications)上。为此陈教授接受了果壳网科学人的采访：

　　科学人：针对肝细胞癌的大规模基因组测序研究较多，但是对于肝内胆管癌的此方面研究才刚开始开展。您的该研究工作是第一个基于国内肝内胆管癌病例、通过外显子组测序来鉴定特异体细胞突变的研究工作，我们想知道，是什么因素或者原因使得您选择这个课题的？

　　陈楠生：肝内胆管癌（ICC）是一个致死率很高的癌症，没有有效的诊断和医疗方法，并且肝内胆管癌的患者数在世界范围内呈显着的上升趋势。但是在与主要的肝癌种类肝细胞癌（HCC）相比，肝内胆管癌在研究领域的关注度较低，一方面因为它的发病率比较低，大约站肝癌的5-10%，另一方面因为许多研究者很难获得足够多的病人和样本开展研究。我的项目合作者之一胡和平教授是第二军医大学的教授，博士生导师，也是世界上最大的肝胆医院，东方肝胆医院的临床医生。他长期关注肝内胆管癌并开展了一系列的临床和基础研究，为利用基因组研究肝内胆管癌的发病机制奠定了良好的基础。我们很久以前就开始探讨利用DNA测序和生物信息学方法了解肝内胆管癌的突变谱和致病基因。当时基因组测序虽然已经很流行，但是测序费用仍然很高，只有少数大型实验室才能够开展。到了大约2009年，外显子测序技术开始成熟，这项革命性的技术针对基因组中的编码区，既大大降低了研究成本，有降低了分析成本，给我们带来了希望。于是我们抓住这个时机与复旦大学化学系教授丁传凡一起正式启动了这个项目。

　　科学人：您在文中提到，近年肝内胆管癌的发病率不断在提高，并且其在亚洲的发病率高与全球的平均水平，特别是泰国，该疾病的发病率接近了千分之一，是世界平均值的100倍。您能解释一下，发病率不断的增加、以及部分地区极高的发病率的内在原因吗？

　　陈楠生：肝内胆管癌在全球发病率增加这个现象是通过流行病学研究发现的，但是增加的原因尚不清楚。肝内胆管癌的主要致病因素也还不清楚，可能因素包括肝内胆管结石，原发性硬化性胆管炎，病毒性肝炎，以及寄生虫感染等。在泰国的高发病率一般认为与一种叫肝吸虫的寄生虫有关。在中国，肝内胆管癌发病率的流行病学发表资料不全面，准确的发病率也不太清楚，但是，根据一些发表的相关资料推断，肝内胆管癌在中国的发病率可能也比较高。我国肝内胆管癌可能主要与肝内单管结石，乙型肝炎病毒感染有关，寄生虫感染可能不是主要因素，但具体发病原因尚不十分清楚。综合一些零星的报道和我们的基因组研究结果，可能包括乙肝病毒，黄曲霉毒素，马兜铃酸等因素。当然这些因素是否起作用，起多大的作用，都有待严格的分子生物学实验来验证。

　　科学人：我们知道，肿瘤发生、发展的分子生物学本质是细胞内遗传调控和表观遗传调控的紊乱，同时您在文中也提出了，氧化磷酸化水平的变化也是其中的一部分。在您看来，随着人们对癌症的不断理解，我们在进行相关研究的思路上会有巨大的改变吗？

　　陈楠生：癌症研究是一个历史悠久的研究方向。自1994年乳腺癌基因克隆，特别是近年来基因组技术的引入，癌症研究方向又有了革命性的发展，发现了许多“癌驱动基因”，包括所谓的癌基因和肿瘤抑制基因。这些基因的变化影响多个生物学通路，改变细胞生长。事实上，肿瘤生长过程中氧化磷酸化的变化并非一个新想法。大约60年前，诺贝尔奖获得者奥托·海因里希·瓦尔堡（Otto Heinrich Warburg）提出了一个后来被称为“瓦氏效应”的理论。这个发表在科学杂志上的理论认为，癌细胞的线粒体利用糖酵解产生能量，而不是利用更加有效的氧化磷酸化产生能量。我们的研究表明，肝内胆管癌细胞中很多参与氧化磷酸化的基因有突变，从而失去了参与氧化磷酸化功能，促使癌细胞不得不降低对氧化磷酸化，与瓦氏效应理论的预测结果相吻合。总之，过去的癌症研究已经为现代的癌症研究了建立一个坚实的基础，而现代以基因组学为主要方法的癌症研究丰富过去的理论。当然，进一步的癌症研究将让我们更加清楚的认识包括肝内胆管癌在内的所有癌症，研究思路也会发生巨大的改变。未来5-10年的癌症研究是很值得期待的。

　　科学人：通过您的研究工作，我们进一步认识到了遗传基础以及基因水平上对于癌症、特别是肝内胆管癌的决定性影响，但我们是不是可以认为，比如生活习惯和医疗卫生等后天因素，对于这类癌症发生和发展的影响就不大了呢 ？

　　陈楠生：我们通常说癌症是一个遗传病，是说决大多数癌症的发生是由于细胞基因组的改变。需要强调的是，这些基因组的改变有些是可遗传的，比如很多种类的乳腺癌，但是，更多的可能并非遗传的，而是后天获得的。这些后天获得的突变和由突变而导致的癌症是由于非生殖细胞（即体细胞）基因组有外界影响突变而产生。我们这个针对肝内胆管癌的研究针对的正是体细胞的突变，通过比较癌变细胞和正常细胞的基因组DNA差异完成的。现在绝大多数的癌症基因组研究项目也都是针对体细胞的突变。可以说，生活习惯的后天因素，比如吸烟（导致肺癌），紫外线（导致皮肤癌），乙肝病毒（导致肝癌）已经被明确证实导致癌症。所以，生活习惯和医疗卫生等后天因素对于任何癌症的发生和发展的影响都是巨大的。

　　科学人：您在研究中进行了大量的基因测序和分析工作，如鉴定了9,713 somatic synonymous和影响了3637个基因的 non-synonymous mutations。如此巨大的研究工作，您和您的团队是怎么安排和执行的呢？

　　陈楠生：这是一个合作项目，有来自三个研究单位（第二军医大学，加拿大西蒙菲沙大学，和复旦大学）的多个研究人员参加，包括博士后，研究生等。能够完成这样一个项目，除了训练有素的人员以外，还需要比较强大的计算机系统和生物信息学软件支持。我们利用了加拿大国家计算中心的超大规模计算机系统，以及最新开发的生物信息学软件。在我们三个研究组之间，我们保持积极的合作，发挥各自的特长。

　　科学人：通过对大量数据结果的比较和分析，您发现了25个重要的突变基因，并且其中有8个非常关键。您能用较为简洁易懂的语言，给读者描述一下这个部分工作的原理和过程吗？同时，您使用的Genome-MuSiC又是一个什么样的工具呢？

　　陈楠生：简而言之，肝内胆管癌不是由一个或两个单一基因的突变导致的，它的发生机制具有多样性。很多不同基因的突变均可导致肝内胆管癌。这可能意味着很多不同的因素，各自导致不同的突变，影响不同的生物路径，但是最终都引起同一种癌症，肝内胆管癌。与在泰国发生的由寄生虫引起的肝内胆管癌相比，我国的肝内胆管癌的突变谱有显着的不同，可能意味着不同的致病因素，不同的发病背景，参与的癌症基因和生物学通路也不相同。所有这些意味着我们对肝内胆管癌的了解还只是处于起步阶段。Genome-MuSiC是一个通用于癌症基因组学的统计软件，用于判断一个基因的突变是否具有显着的统计学差异。

　　科学人：在您的研究中，全外显子组测序是十分重要的一个部分。那么，您认为随着测序技术的快速发展，它给我们进行相关的研究工作提供了多大的贡献？

　　陈楠生：如上所述，全外显子组测序是一个非常重要的基因组分析技术，既能降低成本，又能提高分析速度。现代癌症基因组学的飞速发展极大程度上得意于这个技术。这项技术也将在临床应用中起关键作用。

　　科学人：本次杰出的研究工作，为今后临床上提供快速、准确的肝内胆管癌检测，以及进行有效的针对性治疗提供了十分重要的帮助。您认为，把该研究成果最终应用到临床上，还需要经过哪些过程？相关的工作已经开始进行了吗？

　　陈楠生：理论上说，将研究结果应用于临床的条件已经完全具备。但是，大规模的临床推广还有待多方面条件的建立，比如遗传信息的保密和管理，更多靶向药物的开发等。

　　编者按：这是我遇到过的最认真的研究者，他认真地回答我们的每一个问题，这种严谨的态度让人钦佩。