在分化過程中，細胞采用漸進特異性的表型狀態。癌細胞違反了這一特性，而是采用了增加的結構和功能的可塑性。表觀遺傳變化被認為是一種發育景觀，可以引導特定的分化事件，並定義和約束不同的表型和基因表達狀態。

        近日，約翰霍普金斯大學和耶魯大學的研究者在國際頂尖學術期刊《Science》上發表了研究論文。這篇綜述論文指出，通過數學建模可以將癌症的表型可塑性與驅動癌症的表觀遺傳變化聯係起來。這種新的表觀遺傳定量方法可以更好地定義和測量基因功能中的表觀遺傳學缺陷及其與癌症遺傳景觀的相互作用，從而更好、更早地診斷癌症並預測其行為。

        沃丁頓表觀遺傳景觀

        01

        在分化過程中，複雜生物體內的活細胞采用漸進特異性的表型狀態。癌細胞和組織違反這一特性，在其進展過程中采用細胞狀態、組織結構和功能的可塑性增加。關於正常分化結果庫的信息是遺傳編碼的，但關於這種潛力的特定實現和響應環境的細胞調節的信息在DNA甲基化和染色質的生化修飾中表觀遺傳地編碼。

        追溯到沃丁頓表觀遺傳景觀，如今，表觀遺傳變化已被簡要地視為一種發育景觀，可以引導特定的分化事件，並定義和限製不同的表型和基因表達狀態，而癌症的發生和發展被視為這一景觀的逆轉或變形。值得一提的是，在物理學科中，勢能景觀及其與物理或化學狀態的概率分布的關係已經發展和完善了幾十年。最近，這種數學模型也被應用於更定量地描述沃丁頓表觀遺傳景觀。

        從某些特點來看，勢能景觀與沃丁頓景觀十分相像，細胞的分化程度可以類比勢能的高低，表觀遺傳變化可以類比係統變量。因此，這種方法在描述癌症表觀遺傳景觀時特別有吸引力，因為在這種景觀上實現的細胞狀態的可塑性是疾病的功能核心。

        癌症表觀遺傳景觀的數學建模

        02

        近些年來，生物定量技術在更微觀的層麵有了長足的發展，包括mRNA和蛋白質表達的單細胞分辨率分析，以及DNA和組蛋白表觀遺傳修飾的分子分析。這些新的實驗技術豐富了科學家們對基因組信息和表觀遺傳控製所定義的表型狀態多樣性的理解。

        在這篇綜述論文中，研究人員擴展了一個新興的觀點：即使是在正常穩態組織或細胞培養中定義明確的細胞係，其生物分子的表達也有相當大的可變性。這一發現表明，生物過程可能本質上是隨機的，細胞水平上的生物可變性可以指示甚至驅動生物功能的重要方麵。

        研究者表示，數學提供了強大的工具，實現癌症表觀遺傳景觀的定量分析，並將癌症的表型可塑性與驅動癌症的表觀遺傳變化聯係起來，為認知癌症表觀遺傳學調節網絡打開了新的大門。

        研究意義

        03

        綜上，在癌症表觀遺傳景觀定量分析中，新的綜合理論和實驗方法為理解癌症的表觀遺傳變化和環境驅動因素之間的聯係以及調節景觀的表觀遺傳調節網絡之間的關係提供了前所未有的工具。

        隨著單細胞測量技術的持續進展，包括DNA甲基化評估、基因組測序和染色質分析，將允許進一步了解日益複雜的景觀動態，並解釋腫瘤進化、侵襲性和轉移性擴散的進展。此外，對生物隨機性(數學上定義為表觀遺傳和基因表達熵)的更深入理解，可以揭示癌症的免疫逃逸機製以及後續的病情進展，為患者量身定製最合適的治療方案。

        參考資料：

        https://www.science.org/doi/10.1126/science.aaw3835

        注：本文旨在介紹醫學研究進展，不能作為治療方案參考。如需獲得健康指導，請至正規醫院就診。