膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤，占我国泌尿生殖系肿瘤发病率的第一位，膀胱类癌中最常见的是膀胱尿路上皮癌，约占膀胱癌患者总数的90%以上，通常所说的膀胱癌就是指膀胱尿路上皮癌。尿路上皮癌在美国每年导致15,例死亡病例。转移性尿路上皮癌患者的标准治疗法是用基于铂的化疗治疗。然而，几乎所有这些患者将发展为化疗耐药，最终，大多数患者将死于化疗耐药性转移性尿路上皮癌。来自WeillCornell医科大学/医院的BishoyMFaltas等人对化疗前后的原始和晚期尿路上皮癌细胞进行了全外显子组测序和克隆系分析，着力解决两个基本问题：（i）原始与转移性尿路上皮癌细胞之间克隆分化的程度是多少？（ii）化疗如何影响肿瘤晚期和转移性尿路上皮癌细胞的突变图谱？
研究方法
对来自32个患者（包括16对化疗治疗前后的原始和晚期肿瘤细胞）的72个尿路上皮肿瘤细胞样品进行全外显子组测序和克隆系分析。研究人员采用CLONET的计算框架（肿瘤的克隆性估计）重建系统发育树，比较研究队列间的克隆进化模式，并跟踪诱变机制发生的足迹。
研究结果
化疗治疗的尿路上皮癌的突变异质性
化疗前后的突变谱发生了显著变化，化疗前后的样本仅共享28.4%（范围:0.2–76.4%）的突变（如图a所示，灰色竖条为化疗后突变，深蓝色竖条为化疗前突变，浅蓝色即共享突变），就连已报道的驱动基因（drivergenes）（小编注释：与癌症发生发展相关的重要基因，当驱动基因突变后，就会把癌细胞“驱动”起来）在化疗前后的样本间也不总保持一致（图b）。有的化疗后肿瘤细胞甚至在同一个关键基因上发展了不同的突变。
化疗治疗的尿路上皮癌的早期分支进化
进化树分析发现，在每一棵进化树，原始肿瘤都发生于分支（如下图，白色圈代表原始肿瘤，黑色圈代表转移病灶），意味着原始克隆在肿瘤进展的早期发展了多个平行进化的细胞群。
那么，在个体化疗过程中，肿瘤细胞是如何进化的呢？
为了解决这一问题，研究人员对来自下图的同一位化疗患者的3个不同时期的不同组织细胞样本进行了分析，结果显示：1.转移性肿瘤细胞包含最多的克隆突变（克隆变异占所有变异的83%，范围69-91%）；2.肿瘤抑制基因CDKN2A的一个杂合缺失突变在转移性肿瘤细胞中变成了纯合突变，意味着CDKN2A缺失是化疗的选择性压力导致的突变；3.体细胞突变谱的异质性：该患者的每一种肿瘤细胞都有不与其他肿瘤细胞共享的特异突变谱(平均值26.3,范围5–)。（注：黄色：未经治疗的原始肿瘤细胞；橙色：经过四次化疗的肿瘤细胞；绿色：尸检得到的转移性肿瘤细胞）。
拷贝数变异CNV的异质性
分层聚类分析发现患者内的CNV异质性相对较小，意味着在患者的肿瘤发展进程中，CNV水平相对稳定；在化疗前肿瘤细胞中，曾报道和新辅助化疗的响应性有关的组成ATM-RB-FANCC信号通路的突变和CNV的频率显著高于化疗后肿瘤细胞，支持了之前的假说：含有这些突变的克隆倾向于在化疗后消失，被野生型ATM，RB，FANCC替代并最终发展为转移性化疗耐药性肿瘤。
化疗治疗的尿路上皮癌的突变克隆富集
克隆突变在化疗后样本中的显著富集证实了化疗耐药和克隆增加之间的关联(P=0.,Fisher’sexacttest)，对化疗后样本的基因富集分析（Genesetenrichmentanalysis,GSEA)发现了克隆富集突变可能参与小分子横跨膜运输的通路(oddsratio(OR)=1.9;falsediscoveryrate(FDR)=0.)，以及调节L1细胞粘附分子（L1CAM）和整合素信号通路(OR=1.9,2.8;FDR=0.12,0.02，L1CAM和整合素信号通路上发现的多数突变为错义突变（83%以及90%），这些突变可能导致获得性功能改变从而激活相关通路。
尿路上皮癌发展过程中的转移机制
研究发现基于铂的化疗治疗的肿瘤细胞的突变的碱基改变多为CA，进一步的motif分析高度提示APOBEC蛋白-诱导的突变发生富集于化疗后肿瘤细胞，分析每个APOBEC3胞嘧啶脱氨酶家族成员对该富集的贡献发现以下的对应关系：APOBEC3A——YTCAmotif，APOBEC3B——RTCAmotif，APOBEC3G——CCCmotif，APOBEC3F——TTCmotif。化疗后肿瘤细胞中富集了APOBEC3A-和APOBEC3B-诱导突变，APOBEC3C-诱导突变显著增加，相反，APOBEC3G-诱导突变有所下降。
结论
综上，该研究提供了以下几个见解：（i）化疗治疗的尿路上皮癌的特征是突变异质性，即大多数突变在患者间不共享;（ii）分支进化和转移传播是尿路上皮癌发生史上非常早期的事件;（iii）导致化疗治疗的尿路上皮癌的突变多为涉及L1细胞粘附分子（L1CAM）和整合素信号通路的克隆突变;（iv）导致化疗治疗的尿路上皮癌的突变多由APOBEC诱导形成，并且在癌细胞的整个生命周期中持续形成突变。
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