非整倍体（aneuploidy）是指细胞拥有异常数量的染色体或染色体片段。它通常由染色体不稳定性（chromosomal instability，CIN）产生，并表现为大范围的拷贝数改变（copy-number alterations，CNAs）。
约90% 的实体肿瘤存在非整倍体，平均约 50% 的基因组受到拷贝数改变影响。
这意味着，在一个典型癌细胞中，可能有成百上千个基因同时增加或减少。
问题也由此产生。
当一条染色体臂被扩增时，上面的数百个基因可能一起增加；当一条染色体臂缺失时，大量基因又会同时减少。究竟是哪一个或哪几个基因，为癌细胞带来了生长优势？其他基因只是随之改变的“乘客”，还是也参与了肿瘤演化？
仅依靠患者测序数据很难回答这个问题。相关性可以告诉我们某段染色体经常发生改变，却不能直接证明其中哪个基因在推动肿瘤。
研究人员将目光投向了基底样乳腺癌（basal-like breast cancer，BLBC）。这类肿瘤侵袭性较强，也是拷贝数改变最丰富的乳腺癌亚型之一。超过80%的BLBC存在TP53功能缺失，约35%存在PTEN缺失，约30%存在RB1缺失，同时还常见MYC、EGFR和CCNE1扩增。
在患者数据中，BLBC反复出现4号染色体、5q、12q、14q和15q缺失，以及6p、9p、10p和12p扩增。约30%至40%的患者在主要肿瘤克隆中携带这些改变，另有约40%的患者在部分亚克隆中出现相应改变。4q缺失和9p扩增虽然较少成为主克隆事件，却可在多达75%的患者中以亚克隆形式存在。
这些模式并不像完全随机的染色体事故。相反，它们提示：某些染色体改变可能在肿瘤演化过程中反复带来选择优势。
为了从整条染色体臂中找到关键基因，研究团队建立了CRISPR-KOALA平台，即CRISPR基因敲除与激活联合筛选系统（CRISPR knockout- and activation-linked assay）。
传统CRISPR敲除（CRISPR knockout，CRISPR-KO）适合寻找肿瘤抑制基因：如果关闭某个基因后肿瘤生长加快，这个基因可能原本在抑制癌变。
但对于扩增区域，研究人员需要回答相反的问题：哪个基因表达升高后会促进肿瘤？因此，他们同时引入了CRISPR激活（CRISPR activation，CRISPR-A），在不切断DNA的情况下提高目标基因表达。
研究共构建了9套染色体区域文库，覆盖BLBC最常见的10种染色体臂改变。
敲除文库包含2,751个基因，每个基因至少配置4条向导RNA；激活文库包含1,044个基因，每个基因至少配置8条向导RNA。
整个实验使用471只小鼠，最终对1,478个小鼠乳腺肿瘤进行测序。
这些文库被导入两种携带Trp53缺失的小鼠乳腺癌模型。整个实验使用471只小鼠，覆盖3,752个基因，约相当于哺乳动物蛋白编码基因组的五分之一。最终，研究人员对1,478个小鼠乳腺肿瘤进行了测序，追踪哪些基因扰动在肿瘤中被反复富集。
结果显示，除一个特定模型中的10p文库外，几乎所有染色体臂文库都显著加速了肿瘤发生。这说明，BLBC中反复出现的染色体缺失和扩增区域，确实包含能够推动肿瘤的基因。
筛选最终识别出90个高可信度驱动基因，仅占全部受检基因的2.4%。
其中包括4q区域的FBXW7和METTL14、5q区域的CSNK1A1、12q区域的UBE2N、14q区域的TRAF3和SAV1，以及15q区域的SPRED1和INO80。扩增区域则出现了6p上的MRPS18B、9p上的PLGRKT、10p上的ITIH2，以及12p上的TAS2R10和TAS2R14。
每条染色体臂通常并不是由几十个作用相近的基因共同驱动，而是存在明显的层级结构——往往只有一两个强效驱动基因，周围再分布着若干效应较弱的基因。
在3,752个受检基因中，84个已经被OncoKB收录为共识癌症基因，其中9个在筛选中被命中，富集程度达到随机预期的4.47倍。但90个驱动基因中，有81个此前并未被正式认定为癌症基因。
换句话说，现有癌症驱动基因目录可能仍然遗漏了大量依赖组织环境和遗传背景才能显现作用的基因。
研究人员进一步删除5q文库中最强的命中基因CSNK1A1，再次进行筛选。此时每只小鼠发生的肿瘤数量明显下降，但已经形成的肿瘤并没有显著延迟。APC和TCF7随后成为主要命中基因，却没有出现大量新的候选基因。
这一结果支持一种“主次分明”的模型：染色体臂内可能存在多个促癌因素，但少数主导基因承担了大部分选择优势。
这项研究还揭示了功能基因组学中容易被忽视的问题：基因功能高度依赖环境。
CSNK1A1、INO80、METTL14和UBE2N在常规细胞培养筛选中常被归为核心必需基因（core essential genes），即细胞缺失这些基因后难以存活。按照培养皿实验推断，它们似乎不太可能成为“丢失后促进肿瘤”的抑癌基因。
但在免疫系统完整、组织结构仍然存在的小鼠乳腺中，敲除这些基因却明显加速了肿瘤形成。
当研究人员在人乳腺上皮细胞模型中进行平行筛选时，APC、FBXW7、SPRED1和PLGRKT等基因能够被再次识别，而CSNK1A1、INO80、METTL14和UBE2N的表现却与小鼠原位肿瘤不同。
这不是简单的实验矛盾。细胞在二维培养皿中的生存需求，并不等同于细胞在组织、免疫和微环境共同作用下的肿瘤功能。只依赖体外筛选，可能系统性漏掉一部分组织特异性驱动基因。
研究中最具概念冲击力的发现，来自肿瘤的全基因组测序（whole-genome sequencing，WGS）。
在只缺失Pten和Trp53的小鼠肿瘤中，基因组普遍存在大量非整倍体，说明这些细胞仍在通过染色体改变寻找额外的生长优势。
但当研究人员额外敲除Fbxw7、Mettl14或Csnk1a1，或者激活Plgrkt、Mrps18b后，Pten和Trp53缺失背景下形成的肿瘤却基本保持正常倍性，没有继续积累明显的染色体改变。两组肿瘤的基因组改变比例差异极为显著。
在独立构建的Mettl14、Pten和Trp53三基因缺失模型中，结果同样成立：保留Mettl14的肿瘤高度非整倍，而缺失Mettl14的肿瘤相对稳定。即使将后者进行连续移植，它们仍然没有重新积累明显的拷贝数改变。
三个具有驱动作用的基因事件已经足以支持肿瘤形成；只有两个或更少驱动事件时，肿瘤才更倾向于继续选择非整倍体，以寻找第三个或更多适应性改变。
这使“非整倍体悖论”（aneuploidy paradox）获得了新的解释。非整倍体通常会给正常细胞带来蛋白质稳态紊乱、代谢压力和生长障碍，癌细胞却频繁保留它。原因可能不是非整倍体本身有益，而是它能够一次性调整大量基因剂量，从中获得关键驱动基因的增益或缺失。
一旦这个优势被直接提供，继续维持染色体异常便不再必要。
这些驱动基因并没有把肿瘤推向同一套终点程序。
对不同驱动基因形成的肿瘤进行转录组分析后，研究人员发现4,105个差异表达基因。不同模型之间重叠的表达改变和生物学通路却很少。
Csnk1a1和Fbxw7缺失更明显地影响上皮分化、细胞增殖和WNT信号通路；Fbxw7缺失还伴随PI3K–AKT和MAPK信号下降。Mettl14缺失主要激活免疫、病毒反应和细胞因子相关程序。Plgrkt升高则增强MAPK、cAMP和HIPPO信号，同时降低氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）相关程序。
在人BLBC数据中，83.67%的富集通路只与一个特定驱动基因相关。
因此，临床上被归入同一种分子亚型的肿瘤，内部仍可能拥有完全不同的功能状态。染色体异常不只是塑造了肿瘤的“外观”，也可能为不同肿瘤选择了不同的进化路线。
在所有新发现中，PLGRKT尤其引人注意。
PLGRKT位于9p，传统上被认为是一种纤溶酶原受体（plasminogen receptor），参与纤溶酶生成和细胞外基质降解。但本研究显示，它还有一条与既有认识不同的促癌路径。
在带有Pik3ca热点突变的小鼠中，激活Plgrkt后，出生仅6天的小鼠便出现多个皮肤鳞状细胞癌；对照小鼠在200天内仍未形成肿瘤。
接受Plgrkt激活的雌性小鼠中，50%从出生后14天开始出现多个乳腺肿瘤，而对照组没有发生乳腺肿瘤。
研究人员随后构建了两种不能正常激活纤溶酶原的PLGRKT突变体。出人意料的是，这两种突变体仍然像野生型PLGRKT一样加速乳腺肿瘤形成。药物抑制纤溶酶也没有延缓PLGRKT驱动的肿瘤。
这说明PLGRKT的促癌作用并不依赖其熟知的细胞外基质重塑功能。
答案转向了线粒体。
在小鼠肿瘤、人乳腺癌样本和多种细胞模型中，PLGRKT均可定位于线粒体膜间隙。表达越高，它在线粒体中的富集也越明显。
当研究人员用寡霉素（oligomycin）抑制线粒体ATP合酶时，对照细胞的线粒体网络缩短、运动范围下降，对应激的快速反应能力也明显减弱。PLGRKT高表达细胞的线粒体却能较好地保持原有结构和动态状态。
但这并不意味着这些细胞更依赖线粒体呼吸。相反，PLGRKT降低了电子传递链复合物Ⅰ和复合物Ⅲ等氧化磷酸化机器的表达，使细胞更多转向糖酵解（glycolysis）产生ATP。
在氧化磷酸化受到抑制时，PLGRKT高表达细胞能够显著提高糖酵解ATP产量，并保持更强的增殖能力。
更关键的是，它们还降低了线粒体超氧化物和细胞总活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平，提高了Hmox1、Gclc和Nqo1等抗氧化基因的表达。它们对三氧化二砷和金诺芬等诱导ROS的药物表现出更强耐受性，但对主要造成DNA损伤的顺铂并未出现同样的耐受。
PLGRKT的作用并不是单纯“提高能量产量”，而是重建了细胞的压力管理方式：减少对氧化磷酸化的依赖，以糖酵解维持能量，并增强清除活性氧的能力。
这类细胞未必在正常环境中跑得更快，但在缺氧、营养波动、药物和氧化压力下，更不容易失去生存能力。
这项工作的核心贡献，不只是增加了90个候选癌症驱动基因，而是把染色体异常与具体基因功能连接了起来。
它支持这样一种模型：癌细胞不是为了“拥有非整倍体”而选择非整倍体，而是利用染色体臂的增加或缺失，改变少数关键基因的剂量。不同染色体改变可以提供不同的驱动基因，因此也会形成不同的信号通路、代谢状态和治疗弱点。
当然该研究的局限性也依然在。CRISPR激活产生的基因表达量未必完全等同于患者肿瘤中的低水平扩增；高通量CRISPR仍可能存在脱靶效应；当前实验主要测试单基因扰动，尚不能充分模拟多个弱效基因之间的上位性作用（epistasis）。
90个候选基因中，仍有大量基因需要独立模型验证。小鼠乳腺中的结果也不能直接外推到其他组织或所有乳腺癌患者。
PLGRKT目前同样不能被直接视为已经成熟的临床治疗靶点。它是否具有可成药结构、抑制后是否存在正常组织毒性、哪些患者最可能获益，都需要后续研究回答。
然而，这项研究提出了一个值得继续追问的问题：当我们在肿瘤测序报告中看到一整条染色体臂扩增或缺失时，是否不应只把它记录为一个宽泛的拷贝数事件，而应进一步寻找——癌细胞究竟在这片区域中选择了谁？
或许，癌症基因组中最显眼的是染色体的混乱，推动演化的却只是隐藏其中的少数基因。
参考文献
