指数测量癌细胞和多能干细胞之间的相似性

癌症进展涉及肿瘤细胞获得与干细胞类似的特征的理论已在科学界获得了优势。根据该理论，随着疾病的进展，肿瘤细胞与它们的起源组织不同，获得与高度侵袭性和治疗抗性相关的未分化表型。

在5月5日星期四发表在“细胞”杂志上的一项研究中，巴西圣保罗大学RibeirãoPreto医学院(FMRP-USP)和其他几个国家的合作者的研究人员描述了一种客观测量其程度的方法。肿瘤样本和多能干细胞之间的相似性，可以分化成体内几乎任何类型的组织。

该研究的重点是“干性”，定义为自我更新和从起源细胞分化的潜力，以及由Tathiane Malta作为项目的一部分进行的博士后研究期间发展的“干性指数”(由FAPESP和Houtan支持) Numbhmehr，FMRP-USP遗传学系教授，主要研究员。

“我们的期望是，未来的干燥指数可用于临床实践，作为预测复发和计划治疗的可能性，”该文章的第一作者马耳他说。

为了开发该方法，该小组分析了人类胚胎干细胞的分子谱，并将其与美国公共数据库癌症基因组图谱(TCGA)中33种肿瘤类型的12,000个样本的数据进行了比较。他们处理了与遗传有关的数据，包括DNA序列和基因表达，以及表观遗传特征 - 通过激活和灭活基因影响基因组功能和表型的化学反应。

在该研究中研究的最重要的表观遗传机制之一是DNA甲基化，这是一种化学反应，它将甲基(由氢和碳原子组成)添加到DNA碱基胞嘧啶中，可能阻止某些基因的表达。

人工智能

胚胎干细胞和肿瘤细胞的分子谱在机器学习算法(一种人工智能)的帮助下进行了比较。这些算法通过先进的统计技术分析大量数据，以搜索可用于进行确定或预测的模式。“我们首先假设肿瘤细胞和多能干细胞的一些亚群之间存在一定程度的相似性，”马耳他说。“我们使用这些算法来识别干细胞[干燥特征]的典型分子特征，这些特征可以帮助我们了解肿瘤并作为侵袭性或临床结果的预测因子。”

为每个肿瘤样品创建范围从0到1的指数。“接近1的肿瘤细胞与干细胞更相似，并且比接近0的肿瘤细胞更具攻击性，”马耳他说。“例如，转移性肿瘤具有高的干性指数。此外，当我们分析样本供体的临床病史时，我们发现干性指数与存活率之间存在负相关关系。”

对于某些癌症类型，研究人员发现高干性指数与突变的存在有关。例如，在头颈部鳞状细胞癌的情况下，高干性指数与基因NSD1中的突变相关。

作者在文章中解释说，NSD1突变最近在科学文献中与阻断细胞分化和促进这类肿瘤的肿瘤发生有关。

该分析还鉴定了一些分子，其表达与某些癌症类型的去分化(分化表型的丧失)相关。例如，较高水平的蛋白质FOXM1与乳腺癌和肺癌中细胞分化减少和细胞增殖增加有关。减少的蛋白质ANNEXIN-A1的表达与肺腺癌样品中较高的干性指数相关。

“我们相信在未来的研究中使用该指数可能有助于确定新的抗癌治疗靶点，”Noushmehr说。“如果我们能够确定肿瘤细胞获得干细胞特征的点，那么就有可能寻找中断这一过程并避免疾病进展的方法。”

Noushmehr还强调，该方法在本文附带的在线支持材料中有详细描述。“任何对量化自身肿瘤样本的干性指数感兴趣的研究人员都可以应用该方法并为其验证做出贡献，”他说。

题为“机器学习识别与致癌去分化相关的干性特征”的文章发表在Cell的特刊上。