肿瘤和变异

germline变异（胚系突变）：从父母那里遗传得到的变异。发生在配子中，并可以传给后代，整个生物体中的每个细胞都会受到影响。

somatic变异（体细胞突变）：由环境因素导致，发生在单个体细胞中，不能遗传，仅影响从突变细胞衍生的组织。

实际操作中一般都是得到肿瘤与正常配对组织一起进行WGS或WES测序，这样做的目的就是过滤掉从亲本得到的germline 变异，获得真正属于研究对象的somatic变异，也就是我们想看的。

致癌基因获得：

得到体细胞突变后，其中有许多突变并不是直接导致癌症发生的，那么真正致癌基因怎么获得？得到的体细胞突变又可分为两种类型：驱动突变和乘客突变（driver & passenger）。这个问题的解决就是"driver gene mutation"，就是寻找那些驱动基因。

基因变异的分类：

1、短插入缺失（Indel）：插入或缺失小于50bp的small indel。

2、拷贝数变异(CNVs)：片段扩增或缺失。基因组发生重排而导致的，长度1k以上。CNV突变率较高，大约是DNA点突变的100-10000倍。

3、结构变异（SVs）：基因组水平上大片段插入、缺失、倒置、易位等，其中易位包括染色体内部迁移和染色体间的迁移。

4、单核苷酸突变（点突变）：分为SNP（单核苷酸多态性）和SNV（单核苷酸变异），95%的肿瘤是点突变。一些热点SNV可能会频繁发生，而其他热点则很少。例如，BRAF V600E突变发生在所有黑色素瘤的40％中，而BRAF L597S突变发生在所有黑色素瘤的<1％中。

点突变中的SNV与SNP的区别：

SNV：就是个体存在的变异位点，是一种低频突变，在群体中没有被证实。

SNP：一个群体中的任何个体都存在变异可能，而且是一种高频突变。信息储存在dbSNP。

MAF的定义：

SNV与SNP的区别中看到一个关键词：低频、高频，这里的频率指的是MAF，即次要等位基因频率，就是一个种群中出现频率排名第二的等位基因，例如三个等位基因GG、GC、CC，出现频率分别为0.50，0.48，0.02，那么MAF就是0.48。有的文献定为5%，有的定为1%，即位点突变频率低于1%是低频，反之为高频。

点突变的分类：

同义突变：单个碱基的替换可能只改变了mRNA上特定的密码子，但是不改变翻译时氨基酸的正常编码，也就是说翻译出来的蛋白质没有区别。

非同义突变：

1、错义突变：单个核苷酸改变导致一个密码子编码一个不同的氨基酸。

2、无义突变：单个核苷酸改变导致一个密码子突变为终止密码子引起多肽链合成提前终止，产生的蛋白大都失去了活性或丧失了正常的功能。

肿瘤克隆进化

假设认为肿瘤是起源于一个单个细胞，那么这个肿瘤被认为是一个克隆，如果产生了其他类型的突变，则又会形成一个新的克隆/亚克隆。在进行肿瘤克隆鉴定的时候，我们会计算一个核心的指标，CCF（肿瘤细胞分数），指的是肿瘤细胞中包含某个SNV的细胞所占比例。CCF<1的细胞组成的肿瘤称为亚克隆。如下图所示，假设有三个细胞，其中两个为癌细胞（发生了WGD），一个为正常细胞。左图中两个红色癌细胞的同一个位点产生了相同的突变，则CCF=1，只有一个克隆；右边只有一个细胞的某个位点产生了突变，则其CCF=0.5，有两个克隆/亚克隆。

肿瘤驱动基因

能够引起癌症起始、进展、转移和对治疗产生耐药性等与癌症发生发展相关的重要基因。目前在各类癌症中都已经发现一些相关的驱动基因,比如EGFR、ALK融合基因、KRAS、HER2等。而且根据驱动基因还可以把癌症进行重新分类。肿瘤通过从一些涉及调控细胞身份、生存和基因组稳定性的关键通路基因的driver突变来获得选择性优势。然而，可能有一些passenger突变基因对细胞没有进一步的优势，使肿瘤暴露在机体的免疫监视之下。

肿瘤的异质性

肿瘤异质性是指肿瘤在生长过程中，经过多次分裂增殖，其子细胞呈现出分子生物学或基因方面的改变，从而使肿瘤的生长速度、侵袭能力、对药物的敏感性、预后等各方面产生差异。

异质性主要是由两个主要因素导致的：遗传（或者表观遗传）；肿瘤克隆的进化选择。

肿瘤克隆进化

      下图反映的是肿瘤从发生到产生异质性的过程。从一个功能正常的体细胞开始，由于各种内外环境的影响，细胞内会产生各种类型的突变（比如SNA，CNA，蓝色小点），某些突变会被机体自带的修复机制修复，而某些突变则会一直积累。直到生命中的某个时刻产生了所谓的driver突变事件（最左边红色小点），然后形成一个肿瘤祖细胞，此时可以称之为形成一个肿瘤克隆。肿瘤细胞会不断的增殖，过程中也会积累非driver突变和其他突变。每当产生一个/若干个新的driver突变，肿瘤克隆就会逐渐演变成一个新的克隆/亚克隆，下图中不同颜色的肿瘤细胞就代表不同的克隆/亚克隆。肿瘤的异质性就逐渐显现出来，并且也是伴随着动态变化。随着肿瘤细胞增殖和发展，不同克隆在肿瘤总细胞中占比会动态变化，更加适应肿瘤微环境的克隆会形成优势的克隆细胞群体。比如经过治疗（放化疗，靶向药），短期内对治疗敏感的癌细胞克隆会很快死亡，而耐药（放化疗等）的克隆群体会生存下来，然后逐渐的增殖，成为新的优势癌细胞克隆。另外癌细胞还能通过血液，淋巴，神经等途径扩撒和转移，并形成转移灶，转移灶由于和原发灶具有不同的微环境，形成转移灶的癌细胞适应了新的环境，和原发灶的癌细胞又产生了明显的差异。这个过程中也伴随着肿瘤克隆的进化。

肿瘤转移

1、原发肿瘤的局部侵袭转移并影响到周围的组织，尤其是基质细胞。

2、脱落的肿瘤细胞通过內渗的方式进入循环系统；

3、进入循环系统的肿瘤细胞要在流动的环境下生存；

4、循环系统内的肿瘤细胞通过外渗的方式迁移出循环系统；

5、肿瘤细胞进入远处转移的组织内，形成微小的转移克隆，再通过增殖形成可见的转移灶。

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