循环肿瘤细胞簇的克隆异质性揭示：系统发育推断揭示乳腺癌和前列腺癌转移新机制

时间：2025年6月3日

来源：Nature Genetics

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本研究通过全外显子测序结合系统发育推断（CTC-SCITE模型），首次在乳腺癌和前列腺癌患者及小鼠模型中证实循环肿瘤细胞簇（CTC clusters）的寡克隆组成特征。研究发现73%患者来源和79%小鼠模型来源的CTC簇存在遗传异质性，且其克隆复杂度与原发性肿瘤多样性正相关（P<1×10-15）。该成果发表于《Nature Genetics》，为理解转移性播散的克隆动力学提供了新视角，并为靶向CTC簇的抗转移治疗奠定理论基础。

癌症转移是导致患者死亡的主要原因，而循环肿瘤细胞（CTC）作为肿瘤脱落的"种子"，在其中扮演关键角色。近年研究发现，CTC常以多细胞团簇（clusters）形式存在，其转移效率比单个CTC高50倍。但长期以来，这些细胞簇是来自同一克隆的"同质军团"还是不同克隆的"混合部队"，始终是未解之谜。传统观点认为CTC簇多为单克隆来源，而瑞士苏黎世联邦理工学院Nicola Aceto团队与巴塞尔大学医院合作，通过创新性的系统发育分析方法，颠覆了这一认知。

研究人员采用Parsortix微流控平台（FDA批准）从7例乳腺癌和2例前列腺癌患者血液样本中分离CTC簇，同时建立两种乳腺癌异种移植模型（LM2-NSG和BR16-CDX-NSG）。通过机器人显微操作分离单细胞后，结合全外显子测序和自主开发的CTC-SCITE算法（基于贝叶斯框架的系统发育推断模型），首次实现了对不可物理解离的CTC簇内细胞谱系关系的精确重建。

主要技术路线：

临床样本：采集9例转移性癌症患者外周血（7.5-15ml），通过EpCAM/HER2/EGFR标记和CD45阴性筛选CTC
模型构建：采用NSG小鼠建立GFP标记的BR16（患者来源）和LM2（细胞系来源）异种移植模型
克隆追踪：用480万独特条形码文库标记LM2细胞，模拟不同克隆复杂度的肿瘤
单细胞分析：显微操作分离226个CTC簇（含426个细胞），进行全外显子测序（G&T-seq protocol）
算法开发：建立CTC-SCITE模型，通过分支进化概率评估克隆性（显著性阈值P<0.05）

Phylogenetic inference reveals CTC cluster oligoclonality
通过分析22个患者来源CTC簇，发现73%（16/22）存在显著分支进化（P<0.05），其中40%乳腺癌簇携带中高度功能影响的谱系定义突变（如致癌驱动基因变异）。小鼠模型中，快速生长的LM2-NSG模型79%CTC簇为寡克隆，显著高于慢生长BR16模型（13%，P=3.7×10^-7）。

CTC cluster clonality is associated with primary tumor complexity
条形码追踪实验显示，当移植克隆数从10²增至5×10⁴时，寡克隆CTC簇比例从11%升至68%（Cochran-Armitage检验P<1×10^-15）。值得注意的是，CTC簇大小与克隆性显著相关：3细胞簇的寡克隆比例是2细胞簇的3倍（OR=0.33，95%CI=0.20-0.52）。

讨论与意义
该研究首次在临床样本中证实：

CTC簇普遍存在寡克隆性，可能通过"克隆协作"增强转移能力
原发性肿瘤克隆复杂度直接决定CTC簇遗传异质性水平
谱系定义突变中36-80%具有功能影响，提示克隆选择压力

这些发现为理解转移的"平行进化"模式提供了新证据：不同于传统线性转移模型，多个克隆可能通过CTC簇"组团"播散。研究建立的CTC-SCITE算法克服了物理解离的技术限制，为液体活检开辟新途径。作者建议未来采用肿瘤引流血管采血等创新策略，以捕获更具代表性的CTC簇群体。该成果对开发靶向Na⁺/K⁺-ATPase（已进入临床研究的CTC簇瓦解靶点）的联合疗法具有重要指导价值。