一个肿瘤内的个体细胞并不全是相同的。这可能听起来像是一个现代医学真理，但很久以前并不是这样，当时医生认为，从患者肿瘤采集的单一活检标本，能准确地反映整个肿瘤的生理和遗传构成。
研究人员开始意识到，癌症这种疾病是由相同的“适者生存”力量所驱动的，达尔文提出，适者生存推动了地球上生命的进化。然而，在肿瘤的情况下，单个细胞不断演变成为一个肿瘤的阶段进展。导致转移的移动性癌细胞，是这个过程的一个致命结果。
同一类型的癌症患者的肿瘤也有所不同，所以医生如何能够为病人量身定制治疗方案呢？为了解决这个难题，来自宾夕法尼亚大学Perelman医学院和 Wharton学院的一个跨学科团队，开发了一种方法，通过调查来自同一位患者的多份样本的两种突变——体细胞拷贝数变异和单核苷酸变异，来推断肿瘤细胞 的演化轨迹。他们在来自白血病和卵巢癌以及人类乳腺癌细胞株的样品中验证了这种方法。总体而言，一个肿瘤的演变包括所有类型的基因突变的积累，它们共同影 响肿瘤细胞的适合度。
该研究小组——包括基因组学和计算生物学项目的博士生Yuchao Jiang、本文共同作者Andy Minn实验室博士后Yu Qiu、和Wharton学院统计学副教授Nancy R Zhang博士，将研究结果发表在《PNAS》杂志。
Jiang说：“一名特定病人的肿瘤组成，往往是许多不同细胞群的混合物，它们有不同的遗传组成、基因表达和生理学。这种异质性造成了靶向疗法的失败和抗药性，因为之前人们认为肿瘤是同质的肿块。”
然而，Canopy将这些差异计算在内，是因为使用的数据来自相同肿瘤的多个切片——具有空间和时间特性，而不是在某一个时间点在一个部位取样，目 前在大多数测序研究中都是采用这种方式。Canopy是一个开源软件，所以肿瘤学家将能够使用它，来识别肿瘤样本中不同癌细胞群的潜在生物标志物，它们与耐药性、侵袭性恶性肿瘤以及其他特征有关。
Jiang说：“Canopy的临床输入数据来自同一名患者的组织样本——在不同的时间，取自正常组织和肿瘤上的不同部位。然后，我们可以用 Canopy来推断肿瘤的进化史，以更好地了解肿瘤的发展和寻找潜在的生物标志物。”Canopy的目标是帮助癌症初期阶段的患者，使用生物标志物来明确 正确的诊断和预后。
该研究小组还使用动物模型，来完善他们对于乳腺癌转移模型的理解。在将人类乳腺癌细胞注射到小鼠体内之后，他们观察到，原发性乳腺癌细胞发生了转移 ——肺、骨或其他组织转移。研究人员对这些位点特异性的转移样品，以及原发性癌细胞株进行了全基因组测序，通过测序分析了体细胞单核苷酸改变和拷贝数突 变。通过Canopy重建的关系表明，相比较原发性乳腺癌细胞株，来自不同器官的转移样品有不同的基因型模式。Canopy确定了这一特定恶性乳腺癌细胞 株的转移位点特异性突变。这一概念验证研究背后的概念，可以应用到更大的研究，旨在确定基因组的变化，作为远端转移癌发展的预后标志物。
通过将突变类型分配给肿瘤“进化树”的不同分支，肿瘤学家将可以预测转移癌的部位和严重程度，以及可能更好的疗程。将Canopy应用到一个更大的样本群，是该研究团队的未来发展方向之一。
此外，Zhang说，在单细胞测序所取得的最新进展，使得在单细胞水平研究肿瘤成为可能。然而，通过单细胞测序技术，对拷贝数和单核苷酸突变同时进行可靠的分析，仍处于起步阶段。她说：“我们的工作表明，如果研究人员愿意测定多个组织的切片，传统的大量细胞测序（bulk sequencing）可以进行精确的肿瘤亚克隆鉴定。大量组织测序对于我们理解肿瘤的异质性，可能发挥了重要的作用，并且在未来几年中，将大量组织采样和单细胞分析相结合的实验设计，还需要更好的进行探讨。”
