本文內容來自文獻： Cancer Genome Landscapes

一、How many genes are subtly mutated in a typical human cancer？
①一般實體瘤：平均33~36種gene突變。95%為單堿基突變，剩下的是缺失或插入一個或幾個堿基。在堿基替換中，90.7%為錯義突變，7.6%為無義突變，1.7%導致起始密碼子和終止密碼子相臨的剪接位點或未翻譯區域的改變。
②突變種類比平均水平高很多：如肺癌和黑色素瘤含約200種非無義突變，這種大數量突變可能有兩種可能。a、有致突變劑的參與（如紫外線和抽煙等）b、DNA修復功能障礙。現在的研究表明有大量的突變發生在聚合酶POLE或POLD1的矯正域。
POLE參考
POLD1參考
③突變種類比平均水平低很多：如小兒腫瘤和血瘤的點突變數量則會少很多，平均9.6個突變每個腫瘤。

二、Mutation Timing
以大腸直腸癌中，腫瘤從良性變成惡性的過程舉例：
a、守門突變（getakeeping mutation）,常發生在APC基因。給一個正常上皮細胞提供選擇性生長優勢，在它周圍形成微小克隆。
APC基因參考
b、KRAS基因發生突變。導致克隆數增多，僅APC突變的數目明顯少于APC和KRAS都突變的。
KRAS基因參考
c、隨著克隆擴增，一系列基因突變，如PIK3CA、SMAD4和P53基因突變，最終形成惡性腫瘤擴散至淋巴結或遠處的組織。
PIK3CA參考
PIK3CA參考
PIK3CA參考
SMAD4參考
P53參考

自我更新（復制分裂）組織中某些腫瘤的突變數量與年齡直接相關，線性回歸分析表明這些腫瘤中超過一半的體細胞突變發生在腫瘤發生前階段，這些癌前突變都是對腫瘤過程沒有影響的“passenger”突變。這解釋了：①同種自我更新組織的腫瘤（比如直腸癌 colorectal tumor 、），90歲的老人比45的患者有將近兩倍的突變。②自我更新組織的腫瘤（如腦腫瘤中的神經膠母細胞瘤glioblastomas、胰腺導管腺癌pancreatic ductal adenocarcinomas）比自我更新組織的腫瘤含有的突變要少，相應的它們的腫瘤發生的前體細胞中含有的突變也自然更少。③兒童癌癥的突變比成人腫瘤少。兒童癌癥通常發生在非自我更新的組織中，而那些出現在自我更新的組織（如白血病leukemias）中的癌癥的前體細胞沒有像成人那樣經常自我更新。此外，與成人實體瘤相比，兒童腫瘤以及成人白血病和淋巴瘤 lymphomas可能需要較少輪的克隆擴張。

腫瘤中體細胞突變的數量的鐘clock表明：首先，需要幾十年的時間發展成一種成熟的轉移性癌癥。其次，原發性腫瘤中已經有大量細胞出現轉移病灶的實質轉移瘤。
從基因的視角看，早期腫瘤到轉移性腫瘤之間肯定又發生了突變，就像正常細胞變成良性腫瘤，或者良性腫瘤變成惡性腫瘤那樣。一種可能的解釋是，突變或表觀遺傳變化很難用目前的技術識別(見下文“暗物質”)。另一種解釋是，轉移性病變尚未得到足夠詳細的研究，以確定這些基因改變，特別是在突變性質是異質的情況下。但另一種可能的解釋是沒有轉移基因。惡性原發性腫瘤的轉移可能需要數年時間，但這一過程原則上僅由隨機過程來解釋。晚期腫瘤每天向循環系統釋放數百萬個細胞，但這些細胞的半衰期很短，只有一小部分細胞發生轉移。可以想象，這些循環細胞可能以一種不確定的方式，不經常地、隨機地滯留在器官的毛細血管床中，為生長提供了有利的微環境。原發腫瘤腫塊越大，發生這一過程的可能性越大。在這種情況下，原發性腫瘤的持續發展將反映局部選擇優勢，而不是未來的選擇優勢。最近的研究結果表明，即使是正常的細胞，在適當的環境下，如淋巴結，也能長成具有正常血管功能的類器官。

三、Other Types of Genetic Alterations in Tumors
雖然腫瘤的點突變率與正常細胞的點突變率相似，但腫瘤的染色體變化率卻升高了。因此，大多數實體瘤在染色體數目(非整倍性)、缺失、倒位、易位以及其他基因異常等方面表現出廣泛的改變。當染色體的一大部分被復制或刪除時，很難確定染色體上的得失對腫瘤細胞具有生長優勢的特定“靶”基因。在染色體易位、純合子缺失和基因擴增的情況下，目標基因更容易識別。易位通常融合兩個基因來產生一個致癌基因(如慢性粒細胞白血病中的BCR-ABL)，但在少數情況下，可以通過截斷或從啟動子中分離抑癌基因而使其失活。純合子缺失通常只涉及一個或幾個基因，其靶點始終是抑癌基因。擴增包含一種原癌基因，其蛋白產物異常活躍，腫瘤細胞中每個細胞含有10到100個該基因的拷貝，而正常細胞中只有兩個拷貝。
非整倍性參考
BCR-ABL參考
純合子缺失

大多數實體瘤有幾十個易位；然而，與點突變一樣，大多數易位似乎是“passenger”而不是“driver”。易位的斷點通常在缺乏已知基因的“gene deserts”中，許多易位和純合子缺失與易破裂的脆弱部位相鄰。這樣的染色體斷裂發生時，癌細胞可能比正常細胞更容易存活，因為它們含有突變，比如使像TP53這樣的基因喪失能力（DNA損傷時，TP53通常會通過引發細胞死亡）。迄今為止的研究表明，受染色體變化影響的基因大約是受點突變影響的基因的10倍。下圖顯示了影響蛋白質編碼基因的5種典型腫瘤類型的遺傳改變的類型和分布。蛋白質編碼基因僅占總基因組的約1.5%，非編碼區的變化數比影響編碼區的變化數成比例地高。非編碼區的絕大多數變化可能是“passenger”，這些非編碼突變以及在癌癥中發現的大量表觀遺傳變化將在后面討論。

結直腸癌、乳腺癌、胰腺癌、惡性膠質瘤、神經管胚細胞瘤中遺傳改變的類型和分布。 SBS指單堿基替換

四、Drivers Versus Passenger Mutations
很難確定哪些體細胞突變是“driver”，哪些是“passenger”。此外，“driver”基因和“driver”基因突變之間存在著根本區別。“driver”基因是包含“driver”基因突變的基因。但“driver”基因也可能包含“passenger”基因突變。例如，APC是一個大的“driver”基因，但只有那些截斷了其N末端1600個氨基酸以內的編碼蛋白的突變才是“driver”基因突變。整個基因的錯義突變，以及C末端1200個氨基酸的蛋白截斷突變，都是“passenger”基因突變。

有許多統計方法來確定“driver”基因。一些是基于單個基因的突變頻率，在校正了序列背景（周邊序列）和基因大小后，與同一腫瘤或相關腫瘤中其他基因的突變頻率相比。其他方法是基于預測突變對編碼蛋白的影響，根據生物物理學進行推斷。所有這些方法都有助于對最有可能的"driver"基因進行優先排序。當一個基因的突變數量非常高時，如TP53或KRAS，任何合理的統計都將表明該基因極有可能是一個驅動基因。這些高度突變的基因被稱為“mountains”。然而，在癌癥基因組中占主導地位是具有一個以上但相對較少突變數量的基因（稱為“hills”）。在這種情況下，僅僅基于突變頻率和背景的方法不能可靠地指出哪些基因是“driver”，因為基因突變的背景率在不同的病人和基因組的不同的區域變化很大。最近對正常細胞的研究表明，突變率在基因組中的變化超過100倍。在腫瘤細胞中，這種變異可能更高，并且可能以一種明顯隨機的方式影響整個基因組區域。因此，基于突變頻率的方法最多只能優先考慮基因進行進一步分析，但不能明確地識別在相對較低頻率突變的“driver”基因。

癌癥文獻中使用的術語“driver gene”有兩個截然不同的含義。“driver”與“passenger”的概念最初被用來區分導致選擇性生長優勢的突變與未導致選擇性生長優勢的突變。根據這個定義，不攜帶“driver”基因突變的基因不能是“driver”基因。但是許多包含很少或沒有驅動基因突變的基因在文獻中被標記為驅動基因。這些基因包括在腫瘤中過度表達、表達不足或表觀遺傳學改變的基因，或在實驗操縱其表達時增強或抑制腫瘤發生的某些方面的基因。盡管這些基因的一部分可能確實在腫瘤過程中起著重要作用，但將它們都籠統地作為“driver”基因有待商榷。為了調和“driver”基因的兩個內涵，建議將可能增加腫瘤細胞選擇性生長優勢的基因分為“Mut-driver”基因或“Epi-driver”基因。

五、A Ratiometric Method to Identify and Classify Mut-Driver Genes
識別“Mut-driver”基因的最好方法是通過突變模式，而不是通過突變頻率。原癌基因和抑癌基因的突變模式具有高度的特征性和非隨機性。原癌基因在同一個氨基酸位置重復突變，而抑癌基因則通過截短蛋白質的形式突變。

根據這些突變模式而非頻率，我們可以確定在COMSIC（Catalogue of Somatic Mutations in Cancer）數據庫中記錄的總計404863個微小突變的18306個突變基因中，哪些是“Mut-driver”基因，以及它們是否可能作為原癌基因或抑癌基因發揮作用。原癌基因：只需要記錄的基因突變中超過20%處于復發位置，并且是錯義的。抑癌基因：類似地要求基因中超過20%的記錄突變是失活的（inactivating）。這個“20/20規則”是寬泛的，因為所有有良好記錄的癌癥基因遠遠超過了這些標準。

一下列舉一些20/20規則的應用。當在腦腫瘤中首次發現IDH1突變時，其在腫瘤發生中的作用是未知的。最初的功能研究表明IDH1是一個抑癌基因，突變使該基因失活。然而，幾乎所有的IDH1突變都在相同的氨基酸，密碼子132。根據20/20規則評估，這種分布明確表明IDH1是一個原癌基因而不是抑癌基因，這一結論最終得到了生化實驗的支持。另一個例子是NOTCH1突變。在這種情況下，一些功能性研究表明NOTCH1是一種原癌基因，而另一些研究表明NOTCH1是一種抑癌基因。這種情況可以通過將20/20規則確定，在淋巴瘤和白血病等“液體腫瘤”中，NOTCH1突變經常復發，并且沒有截斷蛋白質。而在鱗狀細胞癌（squamous cell carcinomas）中，NOTCH1突變不是復發性的，通常是失活的。因此，基因數據清楚地表明NOTCH1在不同的腫瘤類型中的功能不同。同一基因在不同細胞類型中以完全相反的方式發揮作用的觀點對于理解細胞信號通路很重要。
IDH1參考

六、How Many Mut-Driver Genes Exist?
根據20/20規則定義的，迄今為止僅發現了125個“Mut-driver”基因。其中，71個是抑癌基因，54個是原癌基因。相同的“driver”基因在不同的腫瘤類型中不斷被“重新發現”。例如，MLL2和MLL3突變最初在髓母細胞瘤中發現，隨后在非霍奇金淋巴瘤、前列腺癌、乳腺癌和其他腫瘤類型中發現。同樣的，ARID1A突變首先在透明細胞卵巢癌中被發現，隨后在包括胃和肝臟在內的其他幾個器官的腫瘤中被發現突變。在最近對幾種類型肺癌的研究中，幾乎所有被發現有顯著突變頻率的基因都已在其他器官的腫瘤中被鑒定出來。即經常改變的“Mut-driver”基因（"mountains"）的數量接近飽和。毫無疑問，會發現更多的“mountains”，但這些“mountains”很可能存在于尚未深入研究的罕見腫瘤類型中。

通過全基因組測序檢測到的最新發現的“Mut-driver”基因通常具有啟發性。例如，近一半的這些基因編碼的蛋白質通過修飾組蛋白或DNA來直接調節染色質。如組蛋白HIST1H3B和H3F3A，以及蛋白質DNMT1和TET1，其共價修飾DNA，EZH2，SETD2和KDM6A。或反過來，甲基化或去甲基化組蛋白。編碼mRNA剪接因子的基因，如SF3B1和U2AF1的基因發生了同樣的變化，這些基因的突變將導致過多的非特異性細胞應激，而不是促進特定的腫瘤類型。另一個例子是協同蛋白ATRX和DAXX的突變。這些基因突變的腫瘤都有一種特殊類型的端粒延伸過程，稱為“ALT”（對于“端粒的選擇性延伸”）。最后一個例子是IDH1和IDH2，它們的突變刺激了腫瘤代謝的新興領域，并對表觀遺傳學產生了重要影響。
剪接因子參考

“Mut-driver”基因受堿基替換、基因內插入或缺失等細微突變的影響。“Mut-driver”基因也可以通過更大的變化來改變，如易位、擴增和大規模缺失。與點突變一樣，很難根據這些類型的突變區分“Mut-driver”基因與僅包含“passenger”突變的基因。目前增加了13個“Mut-driver”基因，10個原癌基因（進行擴增的）和3個抑癌基因（進行純合刪除）到前面所述的125個“Mut-driver”基因，即目前共發現138個“Mut-driver”基因。這13個基因屬于非點突變但反復擴增（如MYC家族基因）或者純合刪除（如MAP2K4）并且符合其他標準（如擴增子或純合刪除區域中唯一的基因）。
擴增子參考

很大程度上存在在生殖系中以突變形式遺傳而非通過體細胞突變的易致癌的基因，當這些基因異常時，它們通常不會增加選擇性生長優勢，但它們會直接刺激腫瘤的發生（如通過增加遺傳不穩定性）。

七、Dark Matter
在兒童腫瘤如髓母細胞瘤中，"driver"基因突變的數量較低（0到2個）。在常見的成人腫瘤，如胰腺癌、結直腸癌、乳腺癌和腦癌中，突變的驅動基因的數量通常為3到6個，但一些腫瘤只有一個或兩個"driver"基因突變。鑒于廣泛接受的腫瘤發展和進展需要幾十年來獲得多個的相繼的基因改變的觀點，如何解釋這一點？

首先是技術性問題。①全基因組測序還遠遠不夠完美，至少在當今的技術條件下。基因組的某些區域沒有很好地展現出來。②在序列數據中觀察到特定基因的特定核苷酸的次數通常分布廣泛，因此某些區域僅用偶然因素無法很好地表示。③原發性腫瘤不僅包含腫瘤細胞，還包含基質細胞，這些基質細胞稀釋了突變堿基的信號，進一步降低了發現突變的可能性。
基質細胞參考
技術性問題使得通過NGS手段預測的“driver”基因存在假陰性，并且與外顯子測序相比，全基因組測序的假陰性更高，因為后者的序列覆蓋率通常低于前者（全基因組研究中通常為30倍，外顯子研究中超過100倍）。

觀念性問題也限制了可檢測“driver”基因的數量。幾乎所有的研究，無論是全基因組還是全外顯子水平，都聚焦于編碼區。當然當驅動基因突變定性地改變編碼區的序列時，已經很難識別它們了，而基因間或內含子突變則更難研究。因此，這使一些突變成為無法識別的“暗物質”，甚至在遺傳病例的生殖系基因組中。第一個關于非編碼的例子：編碼端粒酶催化亞單位的TERT基因的啟動子的反復突變已經被鑒定出來，并被證明能夠激活其轉錄。
暗物質 ncRNA參考

隨著全基因組測序的繼續，更多“Mut-driver”基因無疑會被發現。根據上述趨勢，大多數“Mut-driver”基因可能是罕見腫瘤類型中的“mountains”或常見腫瘤類型中的“hills”。因此，這些基因不太可能解釋大部分假定的暗物質。拷貝數的改變在癌癥中普遍存在，無論是在整個染色體還是在部分染色體水平，這些改變都能微妙地改變其“driver”基因的表達。此前的研究表明，丟失一個含有幾個抑癌基因的染色體拷貝，每個基因都可能與腫瘤有關，但不因突變而改變，這可能提供選擇性生長優勢。
拷貝數變異 CNV

暗物質最明顯的來源是“Epi-driver“基因。人類腫瘤含有大量影響DNA或染色質蛋白質的表觀遺傳變化。之前對結直腸癌的一項研究表明，超過10%的蛋白質編碼基因與正常的結直腸癌上皮細胞相比，甲基化存在差異。其中一些變化（即”Epi-driver“基因中的變化）可能提供選擇性生長優勢。例如，CDK2NA和MLH1的表觀遺傳沉默比這兩個公認的"driver"基因中的任何一個的突變失活更為常見，然而，基因的變化和表觀遺傳變化之間存在一個關鍵性差異。與特定個體中的基因序列不同，甲基化是可塑的，隨細胞類型、發育階段和患者年齡而變化。啟動腫瘤發生的正常前體細胞的甲基化狀態尚不清楚。這種可塑性也意味著甲基化可以在微環境信號下發生變化，例如那些與低營養濃度或異常細胞接觸有關的信號。因此，很難知道在癌細胞中觀察到的特定表觀遺傳變化是反映還是促成腫瘤狀態。區分具有選擇性生長優勢的表觀遺傳變化和不具有選擇性生長優勢的表觀遺傳變化（”passenger“表觀遺傳變化）的標準尚未制定。
MLH1參考

八、Genetic Heterogeneity
亞克隆（即腫瘤內的異質性）突變對于理解腫瘤的進化很重要。四種類型的遺傳異質性與腫瘤發生有關：

②轉移腫瘤間（intermetastastic）異質性（腫瘤間異質性）：同一患者不同轉移灶的異質性。絕大多數癌癥患者死亡是因為他們的腫瘤在轉移到手術無法到達的部位，如肝、腦、肺或骨之前沒有被切除。復發為單一轉移性病變的患者通常仍可以通過手術或放療治愈，但單一轉移是例外，而不是常規。一個臨床試驗中的典型病人有十幾個或更多的轉移性病灶，這些病灶大到可以通過影像學觀察到，而且更多的轉移性病灶更小。如果一個病人的每一個轉移性病灶都是由一個基因結構非常不同的細胞所建立的，那么化療治療幾乎是不可能實現的：根除一個病人的轉移性病灶的一個子集不足以長期存活。
不同的轉移性病灶有多少異質性？很多。在同一患者中，一個轉移性病灶有20個克隆基因改變不被其他轉移所共有的情況并不少見。因為它們是克隆的，這些突變發生在轉移的創始細胞中，也就是說，從原發腫瘤中逃逸并增殖形成轉移的細胞。如預期的那樣，每個轉移的創始細胞存在于原發腫瘤不同的、地理上不同的區域。
這種潛在的災難性情況因異質性似乎主要局限于“passenger”基因突變而有所緩和。在大多數記錄惡性腫瘤異質性的研究中，“Mut-driver”基因存在于樹干中，盡管有例外。這些發現與上述觀點一致，即轉移所需的基因改變在轉移實際發生之前就已經存在。這些數據也與觀察結果一致，即在對靶向藥物有反應的患者中，反應常常出現在所有轉移性病灶中，而不僅僅是一小部分。

③轉移腫瘤內（intrametastastic）：單個轉移腫瘤內的異質性。每一種轉移都是由一個單細胞（或一小群細胞）和一系列初始突變形成的。隨著腫瘤的生長，每一個細胞分裂都會產生新的突變。盡管創始突變可能使病灶易受抗腫瘤藥物的影響，但新的突變為耐藥性提供了種子。與原發性腫瘤不同，轉移性病灶一般不能通過手術切除，必須進行全身治療。對靶向治療有完全反應的患者總是復發。大多數最初的病灶通常復發，并且復發的時間范圍明顯相似。這一時間過程可以解釋為在靶向治療開始前，每個轉移中都存在耐藥突變。計算表明，任何在醫學成像上可見大小的轉移性病灶都有數千個細胞（在數十億個細胞中），這些細胞幾乎對任何可以想象的藥物都有抵抗力。因此，復發只是一個時間問題，完全可以根據已知的突變頻率和腫瘤細胞生長率預測。原則上，這種“既成事實”可以通過多種藥物治療來規避，因為單個腫瘤細胞不太可能對作用于不同靶點的多種藥物產生耐藥性。

④病人間異質性（interpatient）：不同患者腫瘤的異質性。沒有兩位癌癥患者在接受或不接受治療的情況下有相同的臨床療程。其中一些差異可能與宿主因素有關，例如決定藥物半衰期或血管對藥物或細胞的通透性的種系變異，而一些差異可能與非遺傳因素有關。然而，這種患者間的異質性可能與腫瘤內的體細胞突變有關。盡管兩名患者的乳腺癌中可能存在幾十個體細胞突變，但只有少部分是發生在相同的基因，且在絕大多數情況下，這些是“Mur-driver”基因。即使在這些“driver”基因中，實際的突變也往往是不同的。如實驗證實的那樣，蛋白質不同區域的突變對細胞性質的影響肯定不會相同。盡管相鄰密碼子的不同突變可能有相同的效果，但對大量患者的詳細研究表明，情況并非如此。例如，KRAS的Gly¹²→Asp¹²（G12D）突變與同一基因的G13D突變沒有相同的臨床意義。患者間的異質性一直是設計統一有效治療癌癥的主要障礙之一。基于癌癥患者基因組知識的個體化治療的努力主要基于對這種異質性的認識。

九、Signaling Pathways in Tumors
即使是晚期腫瘤也并非完全失控，這一點可以從針對黑色素瘤突變BRAF或肺癌突變ALK的藥物的劇烈反應中得到證明。盡管是短暫的，但這些反應意味著即使是單個突變基因產物的干擾也足以阻止癌癥的發展，至少是短暫的。癌癥的基因組復雜性如何與這些臨床觀察相結合呢？
BRAF參考
BRAF參考
ALK參考
這一點有兩個概念。首先，上述提到的是，超過99.9%的腫瘤改變（包括點突變、拷貝數改變、易位和表觀遺傳改變，這些是分布在整個基因組中的，而不僅僅是編碼區域）對腫瘤不重要。它們只是標志著連續克隆擴張之間所經過時間的“passenger”變化。正常細胞在分裂時也會發生基因改變，包括核苷酸和染色體水平。然而，正常細胞被編程為細胞死亡來應對這種變化。相比之下，癌細胞通過獲得諸如TP53等基因的突變而進化到能夠耐受基因組復雜性。因此，基因組的復雜性在一定程度上是癌癥的結果，而不是病因。

138個“driver”基因中的所有突變都有個結果：直接或間接地引起選擇性生長優勢。此外，似乎只有有限數量的細胞信號通路可以產生生長優勢。所有已知的驅動基因可分為12個途徑中的一個或多個，這些途徑本身可以進一步組織成三個核心細胞過程：

②細胞存活（Cell survival）：雖然癌細胞因如控制細胞命運的細胞的自主變化而異常分裂，但其周圍的基質細胞完全正常。這種不對稱最明顯的分支是腫瘤的異常血管系統。與控制正常組織中營養素濃度的有序的動脈、靜脈和淋巴網絡不同，癌癥的血管系統是曲折的，缺乏結構的一致性。正常細胞總是在離毛細血管100毫米的范圍內，但對于癌細胞來說并非如此。因此，獲得突變的癌細胞在限制營養濃度下增殖將具有選擇性生長優勢，在其姊妹細胞不能生長的環境中生長。例如，這種突變發生在EGFR、HER2、FGFR2、PDGFR、TGFBR2、MET、KIT、RAS、RAF、PIK3CA和PTEN基因中。其中一些基因編碼生長因子自身的受體，而另一些基因則將生長因子的信號傳遞到細胞內部，激活后刺激生長。例如，KRAS或BRAF基因的突變賦予癌細胞以低于正常細胞或這些基因沒有突變的癌細胞生長所需的葡萄糖濃度生長的能力。細胞周期的進展（及其對立面，細胞凋亡）可直接由細胞內代謝物控制，而直接調節細胞周期或細胞凋亡的驅動基因，如DCKN2A、MYC和BCL2，在癌癥中經常發生突變。另一個突變能提高細胞存活率的基因是VHL，其產物通過血管內皮生長因子的分泌刺激血管生成。

③基因組維穩（Genome maintenance） ：由于其所處的外來微環境，癌細胞暴露于多種有毒物質，如活性氧。即使沒有微環境毒物，細胞在DNA復制或分裂過程中也會出現錯誤，而且在這種情況下，也會存在檢測點來減慢這些細胞的速度或使它們自殺（凋亡）。雖然去除這些受損細胞對機體是有益的，但腫瘤細胞具有選擇性生長優勢可以在損傷中存活。如TP53和ATM基因的突變廢除了這些檢測點，這在癌癥中并不奇怪。這些基因的缺陷可以間接地賦予選擇性的生長優勢，使具有有利于生長的總染色體變化的細胞（如易位或額外染色體）存活和分裂。類似地，控制點突變率的基因，如MLH1或MSH2，在癌癥或易患癌癥的患者的生殖系中發生突變，因為它們加速了調節細胞命運或存活過程的突變的獲得。即增加驅動這個過程的突變的發生率來促進癌癥。

由于調控細胞命運、細胞存活和基因組維穩的基因的蛋白質產物經常相互作用，它們之間的路徑重疊；它們不像從上述描述中推斷的那樣離散。幾個不同的基因可以為癌細胞產生相同的選擇性生長優勢，并且這些基因的產物相互作用。

認識到這些途徑對我們理解患者間異質性的能力也有重要影響。一種肺癌可能在刺激性生長因子的受體中有激活突變，使其能夠在低濃度的表皮生長因子（EGF）中生長。第二種肺癌可能在KRAS中有激活突變，KRAS的蛋白質產物通常將表皮生長因子受體（EGFR）的信號傳遞給其他細胞信號分子。第三種肺癌可能在NF1（一種通常使KRAS蛋白失活的調節蛋白）中有失活突變。最后，第四個肺癌可能在BRAF中發生突變，BRAF將信號從KRAS傳遞到下游激酶。單一通路中不同成分的突變是相互排斥的，也就是說，不發生在同一個腫瘤中，這已經被實驗證實。

十、A Perspective on Genome-Based Medicine in Oncology
Opportunities
認識到某些腫瘤含有編碼蛋白激酶的驅動基因的激活突變，導致針對這些激酶的小分子抑制劑藥物的開發。這類基于基因組的藥物的代表性例子包括使用EGFR激酶抑制劑治療EGFR基因突變的癌癥，前述的間變性淋巴瘤激酶（ALK）抑制劑治療ALK基因易位的癌癥，以及突變BRAF的特異性抑制劑治療BRAF突變的癌癥。在使用這種藥物進行治療之前，必須確定癌癥是否含有藥物靶向的突變。只有一小部分肺癌患者有EGFR基因突變或ALK基因易位，只有這些患者會對藥物產生反應。而治療沒有這些特殊的基因改變的肺癌患者將是有害的，因為這些患者在腫瘤進展時會產生藥物的毒性副作用。

第二種基于基因組的藥物側重于治療藥物的副作用和代謝，而不是針對的基因改變。目前，給病人服用的癌癥藥物的劑量是根據病人的體型（體重或體表面積）而定的。但是癌癥藥物的治療率（導致副作用的濃度與殺死腫瘤細胞所需濃度的比值）通常很低，特別是對于傳統（非靶向）治療藥物。這些藥物循環濃度的微小變化可使腫瘤實質性消退與不可耐受的副作用產生差異。查詢編碼藥物代謝酶的基因的種系狀態可以通過加大給藥顯著改善治療結果。

Challenges
所有針對基因改變產物的臨床批準藥物都是針對激酶的。其中一個原因是激酶相對容易以小分子靶向定位，并且在生物化學、結構和生理學水平上已被廣泛研究。目前市場上絕大多數用于治療癌癥或其他疾病的藥物都會抑制其蛋白質靶點的作用。這種抑制是因為藥物干擾蛋白質的酶活性（如激酶催化的磷酸化）或蛋白質與小配體（如G蛋白偶聯受體）的結合。但只有少部分原癌基因具有以這種方式靶向的酶活性。其他許多參與蛋白質復合物，涉及大界面和許多弱相互作用。因為小化合物只能抑制其中一種相互作用，所以使用小藥物抑制這種蛋白質的功能非常的困難。
G蛋白偶聯受體參考

大部分“Mut-driver”基因編碼抑癌基因。藥物通常會干擾蛋白質功能；一般來說，它們不能取代缺陷基因的功能，如由抑癌基因基因突變引起的功能。不幸的是，**在最常見的實體腫瘤中，相比原癌基因激活突變，抑癌基因基因失活突變占主導地位：很少個別腫瘤含有一個以上的原癌基因突變。 **

鑒于先前所述的轉移內異質性，腫瘤中相對較少的癌基因突變是重要的。為了避免對靶向治療產生不可避免的耐藥性，可能需要用兩種或兩種以上的藥物治療患者。一個大轉移病灶內的單個癌細胞對兩種靶向兩個獨立通路的藥物產生耐藥性的概率是指數級小于該細胞對一種藥物產生耐藥性的概率。然而，如果癌細胞不包含一個以上的靶向基因改變（即原癌基因突變），那么這種組合策略是不可行的。

每一個腫瘤抑制基因失活都會導致通路下游一些促生長信號的激活。PTEN突變提供了一個例子：抑癌基因PTEN的失活導致AKT激酶的激活。同樣，抑癌基因CDKN2A的失活也會導致諸如細胞周期蛋白依賴激酶4等促進細胞周期穿越的激酶的激活。此外，抑癌基因APC的失活導致原癌基因如CTNNB1和CMYC的組成活性。

對這些途徑及其功能的研究有助于開發針對抑癌基因缺陷的藥物，哪怕是間接的。事實上，已經有了這種間接瞄準的例子。抑癌基因BRCA1或BRCA2的失活突變導致在BRCA功能缺失的情況下激活修復DNA損傷所需的下游途徑。因此，BRCA1或BRCA2缺陷的癌細胞更容易受到DNA損傷劑或抑制酶的藥物的影響，這些酶有助于修復DNA損傷，如聚（腺苷二磷酸核糖）合酶PARP。PARP抑制劑在臨床試驗中顯示了令人鼓舞的結果，用于腫瘤中有BRCA基因失活突變的患者。

通路功能是不同的，這取決于有機體、細胞類型和該細胞的精確遺傳改變。用抑制突變BRAF激酶活性的藥物治療的結果提供了這一原理的一個相關例子。在大多數BRAF基因突變的黑色素瘤患者（V600E；V，Val；E，Glu）中，這些藥物可顯著（盡管短暫）緩解。但同樣的藥物對攜帶相同BRAF突變的結直腸癌患者沒有治療作用。這種觀察被認為是由于EGFR的表達引起的，這種表達發生在一些結直腸癌中，但不發生在黑色素瘤中，并且被認為可以規避BRAF抑制劑的生長抑制作用。生物體是不同的，細胞類型通常是不同的，精確的基因構成總是不同的。一種在動物試驗中失敗的藥物不一定在人類試驗中失敗，亦或相反，一種新的藥物在小鼠的工程腫瘤中很有效，但可能在人類試驗中卻失敗。

Genome-Based Medicines of the Future
真正的腫瘤特異性抗原可以被整合到許多已經存在的癌癥免疫治療平臺中的任何一個。這些包括注射含有突變肽的疫苗、在其表面編碼突變肽的病毒、呈遞突變肽的樹突狀細胞以及針對突變肽具有反應性的抗體或T細胞。

要實現這類治療，必須滿足幾個條件。首先，必須表達突變蛋白。由于癌細胞通常表達約一半由人類基因組編碼的蛋白質，這種情況并不受限制。第二，由于大多數受突變影響的蛋白質是細胞內的，除非突變殘基出現在人類白細胞抗原（HLA）蛋白質中，否則這些突變對免疫系統是不可見的。基于結合親和性的生信分析，估計典型的乳腺癌或結直腸癌含有7到10個突變蛋白，這些突變蛋白可以結合個體患者的HLA蛋白。這些理論預測最近得到了實驗支持。對小鼠腫瘤的研究已經確定了突變基因，并表明相應的肽在作為疫苗使用時能夠誘導抗腫瘤免疫。此外，對腦癌患者進行免疫接種也獲得令人鼓舞的結果。

如果一個腫瘤表達一種可以識別為外來的突變蛋白，為什么宿主免疫系統還沒有根除這個腫瘤呢？事實上，腫瘤中的免疫編輯已經被證明是存在的，這導致了本該存在的突變表位發生下調或缺失，而突變表位本應在腫瘤發育過程中引起免疫應答。此外，腫瘤可以通過多種遺傳改變失去免疫原性，從而阻止表位的出現，否則將被認為是外來的。

Other Ways to Reduce Morbidity and Mortality Through Knowledge of Cancer Genomics
建議“A計劃”應該是預防和早期發現，“B計劃”（晚期癌癥治療）應該只有在A計劃失敗時才有必要。為了使計劃可行，政府和慈善組織必須將其大部分資源用于這一事業，并考慮到長期的考慮。我們相信，在未來幾十年（152年），癌癥死亡人數可以減少75%以上，但只有在為早期發現和預防作出更大努力的情況下，才能實現這一減少。