弗吉尼亚理工大学的研究人员正在调查为何某些癌症比其他癌症更具侵袭性，重点关注染色体数量异常的细胞。图片来源：Shutterstock
对携带额外染色体的癌细胞进行更深入的观察，揭示了与生长更快、更具危险性的肿瘤相关的惊人特征，这可能指向疾病严重程度的潜在新指标。
癌细胞以打破生物学规则而臭名昭著。其中最引人注目的违规行为之一是细胞突然将其整个基因库加倍，创造出一个染色体密集的自身版本，这本应是不稳定且脆弱的。然而在许多癌症中，这些异常细胞不仅存活下来，还常常推动一些最致命形式的疾病发展。
弗吉尼亚理工大学的研究人员已经发现了关于这一现象如何发生的新的线索。他们的研究表明，即使是少量的这些基因异常细胞也能重塑肿瘤环境，并可能有助于预测哪些癌症可能表现得更具侵袭性。发表在《美国国家科学院院刊》和《癌症研究》上的这些发现，指出了先前被忽视的特征，这些特征最终可能改善科学家评估癌症风险的方式。
当细胞获得额外染色体
研究的核心是四倍体细胞，这些细胞包含四套完整的染色体，而不是健康人体细胞中通常的两套。
细胞在分裂过程中被设计为仔细复制和分配其染色体。当这一过程出错时，染色体数量可能变得异常，造成一种称为染色体不稳定的状况。此类异常是癌症最常见的特征之一，通常与快速进化和抵抗治疗的肿瘤相关联。
多年来，科学家们已经知道四倍体细胞在肿瘤发展过程中频繁出现。肿瘤中含有这些细胞的患者通常面临更糟糕的结果，但原因一直不明确。
弗吉尼亚理工大学的研究生梅根·斯威特（Megan Sweet）和马特·布鲁姆菲尔德（Mat Bloomfield）与细胞生物学家达妮埃拉·奇米尼（Daniela Cimini）合作，花费数年时间研究癌细胞获得额外染色体集后发生的情况。
梅根·斯威特，生物科学研究生。图片来源：弗吉尼亚理工大学 Kelly Izlar。
肿瘤的隐藏盟友
研究人员通过迫使细胞复制其染色体而不完成细胞分裂的最后一步，创建了四倍体癌细胞。结果产生的细胞携带了两倍于正常量的遗传物质。
当研究团队比较在小鼠中由正常二倍体癌细胞和四倍体癌细胞形成的肿瘤时，他们遇到了一个意外发现。
随着肿瘤的发展，四倍体细胞实际上变得不那么丰富了。然而，尽管它们的数量在下降，肿瘤却生长得更大、更快。
解释似乎在于肿瘤微环境——围绕癌症的复杂细胞生态系统。
研究人员发现，四倍体细胞促进了基质细胞的募集，基质细胞是一组非癌性结缔组织细胞，为组织内部提供结构支持。科学家们越来越认识到，肿瘤并非孤立生长。相反，它们不断与周围细胞互动，通常以促进癌症生长和扩散的方式操纵它们。
斯威特表示："即使这些四倍体细胞的一小部分也能促进额外的非癌细胞的募集，这些细胞支持肿瘤进一步发展。"
这一发现表明，四倍体细胞可能不像肿瘤生长的直接驱动者，而更像是生物刺激者，以帮助癌症茁壮成长的方式改变其周围环境。
细胞大小的意外重要性
第二项研究将研究人员引向一个完全不同的方向。
布鲁姆菲尔德生成了四倍体人类癌细胞，并分离出单个细胞克隆进行更仔细的检查。由于四倍体细胞包含正常细胞两倍的遗传物质，研究团队预计它们都会明显更大。
相反，一些克隆比预期小了25%至30%。
这种差异被证明至关重要。
较小的四倍体细胞始终比它们较大的对应物表现得更具侵袭性。它们生长更快，更容易侵入周围组织，并对常用抗癌和诱导应激的药物表现出更大的抵抗力。
布鲁姆菲尔德表示："较小的克隆更具侵袭性。它们生长更快，更具侵入性，并且对常用抗癌和诱导应激的药物更具耐受性。"
在小鼠中进行的后续实验强化了这一模式。包含较小四倍体细胞的肿瘤往往更快地扩张，这一趋势出现在包括结直肠癌和乳腺癌在内的多种癌症类型中。
预测癌症结果的潜在新线索
研究人员随后询问患者中是否也能看到相同的关系。
利用癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas）的数据——一个包含数千个患者样本的主要癌症数据库——他们发现较小的四倍体细胞与多种癌症类型的生存率较低和预后较差相关联。
结果表明，细胞大小本身可能携带重要的生物学信息。
奇米尼表示："我们已经知道四倍体化可以使细胞更具致瘤性，但现在我们知道，如果你将细胞大小纳入考虑，它可以更准确地预测致瘤潜力。"
超越癌细胞的视野
弗吉尼亚理工大学研究团队的发现凸显了关于癌症生物学这些被忽视方面的知识还有多少有待学习。通过了解为何某些四倍体细胞变得特别危险，研究人员希望发现识别高风险肿瘤的新方法，并最终开发出更好的治疗策略。
对斯威特而言，这些发现始于一项看似简单的任务：将肿瘤切成几乎透明的部分，一次一层薄片。
参考文献："细胞和细胞核大小与经历全基因组加倍的癌细胞的染色体不稳定性和致瘤性相关"，作者：Mathew Bloomfield, Sydney M. Huth, Daniella S. McCausland, Ron Saad, Nazia Bano, Tran N. Chau, Megan L. Sweet, Nicolaas C. Baudoin, Andrew McCaffrey, Kai Fluet, Eva M. Schmelz, Uri Ben-David 和 Daniela Cimini，2026年5月4日，《癌症研究》。DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-24-3718
"氧化应激和血清剥夺影响新形成的四倍体细胞在肿瘤发生过程中的进化"，作者：Megan L. Sweet, Mathew Bloomfield, Nicholas Keen, Nazia Bano, Xiang Pan, Nicolaas C. Baudoin, Barath Udayasuryan, Raffae N. Ahmad, Eva Riddervold, Erica Klaiber, Scott S. Verbridge, Eva M. Schmelz, Jing Chen 和 Daniela Cimini，2026年5月26日，《美国国家科学院院刊》。DOI: 10.1073/pnas.2522077123
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