综述：基因组加倍作为卵巢癌进化的动态驱动因子：来自单细胞测序的见解

《Journal of Ovarian Research》：Genome doubling as a dynamic driver of ovarian cancer evolution: insights from single-cell sequencing

本综述系统阐述了单细胞测序（sc-seq）技术如何革新对全基因组加倍（WGD）在高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）中作用的理解。文章核心观点是WGD并非基因组不稳定的被动后果，而是驱动肿瘤进化、染色体不稳定性（CIN）及免疫抑制微环境形成的主动力量。作者详细探讨了WGD的细胞机制、作为预存单倍体（haploidy）适应性反应的理论、其与STING通路抑制导致的免疫逃逸间的关联，并展望了以KIF18A抑制剂、STING激动剂等为代表的靶向WGD相关脆弱性的新兴治疗策略。本文为理解HGSOC的进化动力学提供了新范式，具有重要的临床转化潜力。

　　

基因组加倍：癌症进化中的奠基性事件

全基因组加倍（WGD）是人类癌症中一种普遍且预后不良的宏观进化事件，尤其在高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）中，约66%的肿瘤表现出高WGD特征。WGD可通过多种细胞机制发生，包括有丝分裂滑移（mitotic slippage）、胞质分裂失败（cytokinesis failure）、内复制（endoreduplication）或细胞融合（cell fusion）。这些过程通常伴随着p53等关键检查点功能的丧失，使得基因组加倍的细胞得以存活和增殖。

WGD的作用存在一个有趣的悖论：它既是细胞增殖的障碍，带来巨大的细胞应激，又是强大的进化驱动力。一种进化模型认为，WGD可能是对预存单倍体（即大量杂合性丢失LOH区域）的一种适应性反应。在单倍体区域，隐性的有害突变会暴露出来，累积到一定程度可能阻碍肿瘤进化。WGD通过复制整个染色体组，缓冲了这些有害突变的影响，恢复了类似二倍体的状态，从而为细胞群体提供了生存优势。

单细胞革命：解读WGD的时空动态

传统批量测序（bulk sequencing）提供了数百万细胞的平均基因组图谱，但掩盖了肿瘤内异质性和进化事件的时序信息。单细胞测序技术，特别是单细胞全基因组测序（scWGS）和直接文库制备（DLP+）单细胞测序（sc-seq），实现了在单个细胞水平分析基因组，使得重建肿瘤系统发育树并将WGD事件与其他基因组改变进行时间排序成为可能。

研究方法是通过分析数千个单细胞共享和独特的拷贝数变异（CNAs）来构建系统发育树。WGD事件被识别为系统发育树上的一个分支点，该分支的基线染色体数目从二倍体（~2n）转变为四倍体（~4n）。在此基础上，可以判断CNAs发生在WGD之前还是之后：那些在二倍体状态下已存在（例如单拷贝丢失，2n→1n）并被所有WGD克隆细胞共享的变异，被归类为WGD前事件（因为在WGD后，丢失区域也从1n变为2n）；而那些在WGD克隆中仅部分细胞存在或导致奇数拷贝数状态（例如从4n→3n的丢失）的变异，则被归类为WGD后事件。

WGD作为动态驱动力：塑造HGSOC基因组与克隆进化

单细胞测序揭示的新模型表明，WGD是一个关键的催化事件，它先于并预示着“适应性增加”，从而主动塑造肿瘤基因组。一个显著的发现是，在WGD后的进化阶段，染色体丢失远比增益更为普遍。WGD像是一个“基因组重置按钮”，通过大规模复制后的选择性丢失（即“收缩与修剪”），使得肿瘤能够绕过渐进的进化步骤，实现表型上的巨大飞跃，这解释了WGD与侵袭性肿瘤表型相关的现象。

对克隆谱系的分析进一步显示，在进化早期（系统发育树“主干”上）发生WGD的克隆具有选择性优势。这些早期WGD克隆携带的染色体改变（尤其是臂和整条染色体的丢失）远多于亚克隆。这表明初始的加倍事件为快速的基因组重塑和随后的克隆扩增奠定了基础。这也巧妙地解释了HGSOC中常见的假三倍体核型的起源：它们并非来自染色体的逐步增加，而是源于一次WGD事件及其后的染色体渐进性选择性丢失。

解决悖论：WGD与免疫抑制微环境

WGD诱导的染色体不稳定性（CIN）会导致微核（micronuclei）形成，其破裂后胞质DNA应激活cGAS-STING先天免疫通路，引发抗肿瘤免疫反应。然而，单细胞研究揭示了一个反直觉的现象：尽管WGD高的HGSOC肿瘤具有高水平的CIN和频繁的微核形成，但它们却善于免疫逃逸，并存在于免疫抑制微环境中。

这一悖论的解决在于主动免疫抑制机制。WGD高的肿瘤通过抑制STING通路本身来逃避免疫攻击。这种抑制使得癌细胞能够绕过其基因组不稳定性本应带来的负向选择压力。可能的机制包括STING通路组分的表观遗传沉默（如STING1基因启动子超甲基化）以及分泌免疫抑制因子（如TGF-β、CCL2）招募调节性T细胞（Tregs）和M2型巨噬细胞等抑制性免疫细胞。这与WGD低的肿瘤（CIN水平较低，STING信号完整，更易引发炎症反应）形成鲜明对比。

临床意义与新兴治疗策略

WGD在HGSOC中的高流行率及其与不良预后的明确关联，使其成为有价值的预后生物标志物，可用于风险分层和治疗决策。更重要的是，WGD状态可作为预测免疫治疗反应的生物标志物。WGD高肿瘤所具有的免疫抑制（“冷”）微环境，通常对免疫检查点抑制剂（如抗PD-1/PD-L1疗法）反应不佳。这为合理的联合治疗策略提供了依据：例如，将能重新激活先天免疫通路的STING激动剂与免疫检查点抑制剂联合使用，以期在WGD高的HGSOC患者中克服耐药性。

WGD独特的生物学特性也创造了新的治疗机会。靶向合成致死依赖关系是一个有前景的策略。例如，WGD阳性细胞对有丝分裂驱动蛋白KIF18A存在依赖性，开发KIF18A抑制剂可诱导其有丝分裂灾难，相关临床试验正在进行中。此外，WGD及后续CIN带来的巨大复制应激和DNA损伤，使得这些肿瘤对DNA损伤反应（DDR）通路抑制剂（如PARP、ATR、WEE1抑制剂）特别敏感，相关的联合疗法（如PARP抑制剂联合ATR或WEE1抑制剂）正在HGSOC临床试验中积极探索。WGD状态有望成为预测哪些患者能从这些联合疗法中获益的关键生物标志物。

结语

单细胞测序技术推动了对WGD认识的范式转变，将其从一种基因组状态重新定义为主动驱动肿瘤基因组塑造并决定其进化路径的动态过程。证据表明，WGD是快速进化的强大催化剂，它通过基因组“修剪”选择高适应度克隆，同时使癌细胞能够逃避其不稳定性本应引发的免疫反应。这些新见解揭示了WGD在肿瘤进化中的核心作用，并为针对其生物学特性开发新的治疗策略铺平了道路。未来的研究，结合空间转录组学和多组学方法，有望通过靶向驱动HGSOC进展的进化力量，为攻克这种晚期癌症解锁新策略。