乳腺癌是一种影响世界各地妇女的最普遍癌症形式，在各种族人群中广泛存在。据统计，2012年，全球范围诊断出约170万乳腺癌新增病例，至少占所有新发癌症的12％，占所有妇女癌症的25％。

发展乳腺癌的危险随着女性年龄的增长而增长， 病人获得诊断的平均年龄通常在60至70岁之间。虽然乳腺癌发病最常见于女性人群，但其实乳腺癌也可以影响男性。来自美国CDC的数据显示，每年在女性中诊断出约22万个乳腺癌病例，在男性中诊断约2000个乳腺癌病例，每年有4万名女性和400名男性死于该疾病。有效诊断和治疗这一重大疾病，对广大研究人员、医护工作者和病患家属群体来说梦寐以求。

近日，使用一种革命性的新方法，英国伦敦癌症研究所(Institute of Cancer Research in London，ICR)的研究人员利用大量数据来绘制细胞形状和基因之间的网络链接。科学家们创建了一个“地图”，将乳腺癌细胞的形状与基因的开启关闭联系起来，并将其与真正的疾病结果相匹配，该研究的结果发表在同行评审的科研杂志《Genome Research》上。

ICR是世界上最具影响力的癌症研究组织之一，这里的科学家和临床医生每天都在努力对癌症患者的生活产生真正的积极影响。通过与皇家马斯登NHS基金会信托基金建立独特合作关系，采用“实验台到临床”方法，ICR能够非常有效率创造和实现研究成果。这两个组织共同被评为全球四大癌症研究和治疗中心之一。 ICR拥有超过百年的成就纪录：它提供了第一个令人信服的证据表明DNA损伤是癌症的基本原因，为现在普遍接受的癌症是遗传性疾病的设想奠定了基础。

▲研究人员系统性地分析了癌细胞形状和基因表达（图片来源：《Genome Research》）

在这项乳腺癌研究中，科学家们使用了包含18个乳腺癌细胞系中307643个细胞的细胞形状测量的数据集，仔细地观察了这30多万个乳腺癌细胞的数百万个成像扫描产生的细胞形状，同时他们还研究了描述跨相同细胞系的28376个基因的表达数据集。

他们发现细胞形状的变化可以由于肿瘤的物理压力所引起的基因活性变化。往往，癌细胞通过改变其形状以响应和保护自己免受周围环境的影响。在肿瘤中，细胞连续地被推拉、伸展和挤压。于是，研究人员绘制了上述这种细胞形状-基因网络图，并使用该图来分析来自参与了乳腺癌分子分类学国际联盟（METABRIC）研究的乳腺癌患者数千个样品。他们发现细胞变化实际上与患者的临床疾病结果相关联。

▲研究人员绘制了详尽的细胞形状-基因网络图（图片来源：《Genome Research》）

他们还确定了该网络内的关键区域，其作为信息流的中心，控制许多其它基因的水平。其中，他们发现一个被称为NF-kappaB的蛋白质在这种形状-基因网络中发挥中心作用，并且可以驱动癌细胞的生长和扩散。这种反应与患者的肿瘤分级相关，可用于预测生存。这些研究结果表明，由于NF-κB在实体瘤中很少有缺陷，周围的机械力通过转换基因表达在疾病进展中发挥重要作用。

该研究的作者之一、研究所动态细胞系统的团队负责人Chris Bakal博士说道：“我们的研究揭示了作用于癌细胞的机械力与疾病发展之间的一个令人兴奋的联系。我们使用大数据方法进行了几个月的复杂分析，以前这一类分析需要几十年的漫长时间。”

ICR的首席科学家Karen Vousden教授说道：”我们已经创建的细胞形状及其对基因活性影响的网络图提供了新形式的癌症治疗重要指标，以及使现有治疗手段更有效的方法。乳腺癌的外观特征和行为之间的联系，以及它的基因组成，将帮助研究人员开发更详细的疾病治疗方案。我们的研究结果使科研人员对疾病有了更全面的了解。这项研究的见解很快将使医生能够依据单独的细胞外观特征，获知癌症的侵袭性和它可能传播的速度，帮助他们决定什么是针对患者的最好治疗方式。”

参考资料：

[1] Big data brings breast cancer research forwards by 'decades'

[2] Biggest Breast Cancer Breakthrough: Map Links Breast Cancer Cell Shape And Genes To Disease Outcomes

[3] Sailem，H，Z 。＆Bakal，C.，Identification of clinically predictive metagenes thatcodes components of a network coupling cell shape to transcription by image-omics' Genome Research Volume 27，issue 2，2017年2月1日，doi：10.1101 / gr.202028.115