编辑推荐：
本文深入探讨肿瘤内异质性（ITH）及其在癌症耐药中的作用，为肿瘤治疗提供新思路。
肿瘤内异质性概述
肿瘤组织中的肿瘤细胞并非均一，它们呈现出不同的分子和生物学表型，形成特征性的细胞亚群，这便是肿瘤内异质性（Intratumoral Heterogeneity，ITH）。ITH 主要包括空间异质性和时间异质性，在结构、遗传、蛋白质组和功能等方面均有体现。
空间异质性指的是原发性肿瘤与其转移灶之间的差异。例如，不同部位的肿瘤细胞在遗传信息和细胞形态上存在差异，原发性肿瘤与转移瘤之间的遗传差异程度，能在一定程度上反映转移是发生在疾病进展后期，还是源于早期播散。此外，即使是来自同一祖先的癌细胞，在不同转移部位，由于受到局部肿瘤微环境（Tumor Microenvironment，TME）中细胞间相互作用等因素影响，也会出现遗传差异。在非小细胞肺癌（Non-Small Cell Lung Cancer，NSCLC）中，同一肿瘤组织块内不同部位可能同时存在表皮生长因子受体（Epidermal Growth Factor Receptor，EGFR）突变和野生型细胞，这使得肿瘤对针对 EGFR 的酪氨酸激酶抑制剂（Tyrosine Kinase Inhibitors，TKIs）反应不同，EGFR 突变的 NSCLC 对 TKIs 有效，而野生型则耐药。
时间异质性则反映了肿瘤在发展和治疗过程中，不同临床阶段细胞、分子或遗传特征、生物学表型以及药物敏感性的动态变化。化疗、靶向治疗等会对肿瘤细胞产生选择性压力，促使肿瘤细胞进化，引发新的突变，进而导致耐药。以 NSCLC 的靶向治疗为例，虽然取得了显著成果，但治疗过程中常出现耐药，这与肿瘤细胞的时间异质性密切相关。
肿瘤内异质性的产生机制
肿瘤内异质性的产生源于内部细胞因素和肿瘤微环境，主要机制包括基因组不稳定性、表观遗传修饰、可塑性基因表达以及肿瘤微环境的变化。
基因组不稳定性在大多数肿瘤中普遍存在，它使得细胞在 DNA 损伤后能够逃避死亡，承受染色体的改变和突变。化疗药物等因素还会诱导突变，导致超突变表型，增加肿瘤内异质性。微小染色体外环状 DNA（extrachromosomal circular DNA，eccDNA）是一种源于染色体的癌症特异性环状 DNA 分子，它具有独特结构，可促进原癌基因的过度激活和恶性行为。由于 eccDNA 在细胞分裂时不能均匀分配到子代细胞，其非染色体遗传和重复突变加剧了肿瘤的异质性和进化。
表观遗传修饰在肿瘤异质性中也起着重要作用。DNA 甲基化模式的时间变化在复发性胶质母细胞瘤和进展性肺癌中均有观察到，其他表观遗传过程，如非编码 RNA 调控基因、染色质重塑和组蛋白乙酰化等，也与肿瘤内异质性相关。这些表观遗传变化可通过细胞子代影响肿瘤的进化和克隆格局。
癌症干细胞（Cancer Stem Cells，CSCs）能够自我更新和无限增殖，在肿瘤的发生、发展、转移和复发中至关重要。CSCs 可不对称分化为类似 CSCs 的细胞和构成肿瘤主体的非致癌癌细胞。治疗过程中，只有耐药的 CSC 亚克隆能够存活并增殖，这可能是由于 CSC 的基因变异，使得肿瘤中存在少量耐药亚克隆。
肿瘤微环境是肿瘤细胞产生和生存的内部环境，包含肿瘤细胞、周围细胞（如成纤维细胞、免疫和炎症细胞等）、细胞外基质、微血管和生物分子等。肿瘤微环境的成分在不同位置存在差异，这使得具有相同基因型的细胞对治疗的反应不同。肿瘤细胞与基质细胞的接近程度会影响其增殖和生存能力，肿瘤微环境中免疫细胞浸润的异质性在免疫治疗中也起着关键作用，同时，肿瘤的血液供应差异也会导致肿瘤内异质性。
单细胞转录组测序在肿瘤内异质性研究中的应用
单细胞转录组测序（Single-Cell Transcriptome Sequencing，scRNA-seq）技术能够在单细胞水平对基因表达进行高分辨率分析。通过该技术，可以识别不同肿瘤细胞亚型的转录表达差异，为研究解决肿瘤异质性的策略提供基础，还能为肿瘤诊断和治疗提供精确的遗传信息，助力实现 “个性化医学”。
研究人员利用 scRNA-seq 分析室管膜瘤的分子组和解剖位置，探究肿瘤的起源和异质性。结果发现，预后良好的室管膜瘤主要包含分化良好的细胞，而侵袭性室管膜瘤则富含未分化细胞群体，这揭示了室管膜瘤生物学中与临床行为相关的发育水平。
肿瘤内异质性对耐药性的影响
肿瘤内异质性是导致癌症耐药的重要因素。细胞突变产生遗传上不同的亚克隆细胞群体，在疾病进展和药物治疗等特定肿瘤微环境中，具有表型优势的克隆会选择性生长，从而改变亚克隆细胞群体。这一过程包括克隆清除（新克隆取代祖先克隆并控制整个群体）、分支肿瘤进化（各种亚克隆平行进化，导致广泛的亚克隆多样性）等。肿瘤干细胞在维持实体瘤的异质性方面发挥着重要作用。
从耐药机制来看，细胞在基因组、基因表达和翻译后修饰等阶段存在分子特征差异，eccDNA 上耐药基因的扩增可能导致癌细胞耐药。例如，患者接受甲氨蝶呤（Methotrexate，MTX）治疗时，发现大量编码二氢叶酸还原酶（Dihydrofolate Reductase，DHFR）的 eccDNA，随后对 MTX 的敏感性下降。eccDNA 还可调节 EGFR 突变产生 EGFRvIII，导致胶质母细胞瘤对 EGFR 抑制剂耐药。
在癌症治疗中，肿瘤内异质性使得恶性细胞更易在传统化疗、放疗、靶向治疗和免疫治疗中存活。传统治疗常将癌症视为均一疾病，忽视了肿瘤细胞的差异。例如，靶向治疗基于肿瘤单个部位的活检结果，针对癌细胞的异常分子特征进行治疗，但由于肿瘤细胞的异质性，药物可能仅对部分癌细胞亚克隆有效，而耐药的亚克隆会存活并继续生长，导致肿瘤复发。因此，需要改变当前的静态治疗方法，根据不同癌细胞克隆的杀伤模式进行个性化治疗。
肿瘤内异质性与不同癌症的耐药性及细胞间通讯
肿瘤内异质性在不同癌症中均与耐药性密切相关。目前，大多数晚期转移性癌症的死亡率仍然较高，肿瘤内异质性使得一小部分肿瘤细胞能够在治疗中存活，导致新的耐药性和复发。同时，肿瘤细胞亚群之间的相互作用和依赖，也促使肿瘤持续生长。
细胞释放的囊泡，如外泌体等，是实现细胞间通讯的重要介质。外泌体根据大小可分为多种类型，其中外泌体颗粒、小外泌体和大外泌体在诱导耐药方面尤为重要。外泌体由多囊泡体（Multivesicular Bodies，MVBs）与细胞质膜融合释放形成，其形成和释放过程受到多种分子机制调控。
外泌体能够携带蛋白质、核酸等物质从供体细胞传递到受体细胞，从而影响受体细胞的生物学行为。例如，多药耐药（Multidrug Resistance，MDR）肿瘤细胞的外泌体可将 ABCB1 分子转移到敏感肿瘤细胞，使敏感细胞获得 MDR 表型。在 NSCLC 中，EGFR 野生型细胞释放的外泌体可使对奥希替尼敏感的 Exon19del 突变细胞产生耐药性，这是因为外泌体中的野生型 EGFR 转移到受体细胞，激活了下游的细胞存活通路。此外，外泌体中的 PD-L1 还可介导对免疫检查点抑制剂（Immune Checkpoint Inhibitors，ICIs）的耐药。
肿瘤内异质性对临床诊断和治疗的挑战
肿瘤内异质性给临床诊断和疾病监测带来了困难。肿瘤的时空进化和动态变化使得细胞和基因变异高度异质且快速演变，难以实现准确的肿瘤诊断。虽然多区域活检有助于评估肿瘤的空间异质性，但由于风险较高，尚未广泛应用。近年来发展的液体活检、下一代测序（Next-Generation Sequencing，NGS）和单细胞测序技术，能够更准确、便捷地跟踪肿瘤进展和治疗反应。
在临床治疗和预后方面，肿瘤内异质性导致患者的治疗选择更为复杂。研究发现，肿瘤突变负荷和拷贝数变异（Copy Number Variations，CNV）对患者生存率影响不显著，而肿瘤内异质性较低的患者免疫反应和生存率更高。这可能是因为高肿瘤内异质性的肿瘤细胞亚克隆中的新抗原被稀释，无法诱导有效的抗肿瘤免疫反应。利用机器学习分析转录组测序数据，有助于识别与肿瘤内异质性相关的生物标志物，开发新的预后评分系统，更准确地预测肿瘤特征和预后。
结论
肿瘤内异质性是肿瘤的常见现象，是肿瘤耐药和复发的分子基础。eccDNA 在肿瘤内异质性和耐药性中发挥着关键作用，通过 “捉迷藏” 机制促进肿瘤耐药。因此，深入了解 eccDNA 的产生、维持机制以及其对肿瘤环境的影响至关重要。
肿瘤内异质性受遗传多样性影响，不仅由亚克隆之间的遗传差异决定，还与基因表达的随机事件、蛋白质稳定性、表观遗传差异和微环境波动有关。肿瘤内异质性对各种治疗方法构成挑战，提示其可能成为联合治疗方案开发的靶点。针对多个信号通路的联合抗肿瘤策略，有望降低肿瘤耐药的发生。
此外，肿瘤内异质性在肿瘤进化、免疫逃逸等方面也发挥着作用，可用于指导临床诊断标准和治疗方法的制定，为个性化免疫治疗提供方向。未来，进一步细分免疫细胞亚群的表型和功能，从时空异质性角度揭示免疫细胞共定位的生物学意义和临床特征，开发基于肿瘤微环境的生物标志物网络模型，将有助于提高临床预后和疗效预测水平。同时，联合免疫治疗与调节肿瘤微环境中的其他元素，有望实现免疫治疗的增敏，使患者受益。
