抗癌药物可以像野火一样烧毁肿瘤，杀死绝大多数恶性细胞。但是，往往还是有一小部分顽固的细胞残留下来，成为疾病复发的种子。尽管抗癌疗法在不断更新进步，但癌细胞凶残又狡猾，使得产生了耐药性的癌细胞成为治疗过程中的一个“大麻烦”。

有一种常见的关于癌细胞耐药性的说法，说是因为肿瘤中的癌细胞群体数量庞大、基因多样，一些细胞发生了随机的基因突变，从而帮助这些细胞在攻击中活了下来。事实上，人们对耐药性结果的变异性目前还知之甚少。

7月，由宾夕法尼亚大学和西北大学学者组成的研究小组在《自然》杂志上发表了关于抗癌疗法中癌细胞产生抗药性的原因的最新研究成果。研究发现，癌细胞在抗癌疗法中死亡或存活的原因存在重大差异。即使基因组相同的癌细胞，也会对抗癌药物产生不同的反应，关键在于它们的特定基因表达水平有所不同。

治疗后出现的耐药细胞会有不同的命运么？

为了回答这个问题，科研人员以BRAFV600E 突变的黑色素瘤为重点开展研究。在靶向疗法 vemurafenib （维莫非尼）治疗下，由单细胞衍生的癌细胞只有不到1/1000可以存活，这些细胞会快速增殖形成耐药克隆。

对这些耐药克隆进行条形码和单细胞核糖核酸测序（scRNA-seq）分析，发现它们的基因转录图谱呈现出广泛的多样性。也就是说，单细胞衍生的癌细胞，在接受靶向治疗后，产生的耐药克隆具有分子、形态和功能上截然不同的耐药类型。但有意思的是，在对幼稚克隆和耐药克隆进行全基因组测序（WGS）的过程中，并没有发现重复出现的驱动突变。

一个克隆中的所有细胞是不是都具有单一的耐药类型呢？

为了更好地同时确定每个细胞的转录特征和克隆来源，科研人员开发了被称为"癌细胞二维码"的细胞标记技术平台——FateMap，本质上是一种将 DNA 条形码和scRNA-seq以及计算分析理论相结合的框架。

正如FateMap名字所示，它通过为每一个癌细胞加上唯一的“二维码”（图1），同时追踪每一个细胞的生长、分裂以及迭代过程，来揭示这成千上万个癌细胞在癌症治疗过程中的“Fate（命运）”，并通过全基因组测序等工具“Map（绘制）”了癌细胞们的基因组和基因表达水平的变化。

研究发现，一定程度上，耐药克隆在转录上是稳定的，而差异主要存在于克隆之间。值得注意的是，这些耐药克隆具有不同的表型特性，克隆之间的基因表达差异与增殖、形态和侵袭性的功能差异相对应。

科研人员还对其他癌细胞系进行了FateMap 分析，发现耐药克隆依然呈现出多样的耐药类型，但不同的癌细胞种类会有不同的异质性。

这些耐药类型是否会出现在患者身上呢？

科研人员从四名接受靶向治疗后耐药复发的患者身上获取了肿瘤组织样本，其中两人接受治疗前的匹配肿瘤样本也同样被取到。科研人员从肿瘤中提取了多个穿刺活检样本，使用 GeoMx 空间转录组学分析方法，从每个切片中选择多个感兴趣区（ROI）进行了 scRNA-seq 分析。

研究表明，在耐药肿瘤斑块中，关键耐药类型标记物的表达存在很大差异，这表明在同一肿瘤的不同区域可能存在不同比例的耐药细胞类型。此外，研究还发现，在靶向治疗后，肿瘤不同区域的免疫浸润水平也存在异质性。

耐药类型到底是由什么决定的？

科研人员进行了名为“identical twin”的双胞胎分析。对细胞用唯一的条形码进行编码后，科研人员将细胞群分成两个相等的分裂群体，分别给药维莫非尼，再用FateMap进行分析。结果显示，对基因组 DNA进行纯条形码测序，两组的条形码有很强的重叠性，表明了耐药克隆的产生总体上是癌细胞内在决定的。

对于每对克隆，科研人员测量了每个细胞附近邻近细胞的数量。结果显示，配对的克隆之间具有高度的转录和表型类型相似性。表明这些特性，在很大程度上，是在用药之前由细胞间的分子差异决定的，环境因素等外在因素对类型结果几乎没有影响。通俗的说，癌细胞的行为在接触药物之前就已经完全确定了。

因此，如果能研究发现细胞在添加药物之前的差异，也许就可以开发出针对差异驱动因素的新疗法，而不是针对差异的结果。

不同的药物剂量会影响癌细胞的命运么？

科研人员分别使用100nM 维莫非尼和标准计量1μM 维莫非尼进行实验，发现低剂量组产生的耐药肿瘤数量约为高剂量组的2.5倍（图2）。并且，在低剂量组中，耐药肿瘤的生长速度相对较快。

针对这种快速增长，科研人员提出了三种猜测（图3）：

1. 在高剂量组所产生的耐药克隆基础上，低剂量组产生了新的耐药克隆；

2. 低剂量组的耐药克隆与高剂量组的完全不一样；

3.低剂量组产生的耐药克隆和高剂量组的一样，但这些克隆又进行了额外的分裂。

用FateMap进行分析后发现，第一个猜测是正确的。

也就是说，耐药性在很大程度上取决于所用药物的浓度。在低剂量的条件下，产生了新的耐药克隆。尽管低剂量和高剂量之间耐药频率有很大变化，但两种剂量之间的许多转录类型是相同的。

科研人员还用 FateMap 衡量了连续给药与间断给药方案中耐药克隆的数量和类型，发现间断给药会导致耐药细胞的总体数量增加。此外，在连续给药过程中形成的 MLANA-高耐药细胞克隆，在间断给药过程中能长到更大的大小。

不同的药物类型会影响癌细胞的命运么？

科研人员用FateMap对分别使用了 BRAFV600E抑制剂维莫非尼（1 μM）和 MEK 抑制剂曲美替尼（5 nM）的细胞群进行了分析，发现虽然每种药物治疗中的许多耐药细胞都有类似的转录谱，但经过维莫非尼和曲美替尼处理产生的耐药克隆仍然有很大的差异。

换句话说，不同的 MAPK 抑制剂对耐药类型产生的影响是不同的。

虽然耐药细胞类型具体是如何确定的依然存在很多问号，但这篇论文代表着我们在理解癌症中各种类型的抗药性方面向前又迈进了一步。

不过，这些依然只是个开始，还有更多的问题需要被解答。比如，细胞的行为是否可以通过多种不同的细胞疗法和癌症类型来预测？在其他模型中，同样的细胞是否还是会对治疗产生抗药性，还是说，会有不同的细胞受到影响？

科研人员希望能够把工作中所获取的概念和技术推广到其他生物相关的问题上，利用跨学科领域的方法为癌症及其他疾病的持久治疗提供新的角度和方法。