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单细胞技术应用——肿瘤篇
发布时间:2020-07-10 浏览次数:6656
肿瘤内部异质性可能在癌细胞的侵袭、转移和耐药性演变中发挥重要作用。单细胞测序能够在单个细胞水平上研究肿瘤的内部异质性、癌细胞的克隆发展和进化、早期癌症的侵袭、癌细胞的突变率和 突变类型,追踪癌细胞的转移和扩散、了解癌症治疗过程中癌细胞的耐药性演变、揭示肿瘤微环境等。

肿瘤基础研究

肿瘤内部异质性可能在癌细胞的侵袭、转移和耐药性演变中发挥重要作用。单细胞测序能够在单个细胞水平上研究肿瘤的内部异质性、癌细胞的克隆发展和进化、早期癌症的侵袭、癌细胞的突变率和   突变类型,追踪癌细胞的转移和扩散、了解癌症治疗过程中癌细胞的耐药性演变、揭示肿瘤微环境等。

随着单细胞测序技术的高速发展,其研究范围从转录组逐渐扩展到基因组、表观组和蛋白组等,并被大量地应用于各种类型癌症的基础研究,包括乳腺癌、膀胱癌、前列腺癌、肾癌、肺癌、结直肠癌、肝癌、骨髓增生性肿瘤、急性髓系白血病等等(表 2-1)。这极大地促进了癌症的基础研究和临床应用。

 单细胞肿瘤基础研究

表 2-1  使用单细胞技术的部分癌症基础研究



肿瘤早筛

肿瘤早筛,是指用科学、快速、简便的方法,从恶性肿瘤高危人群中,在尚未出现明显症状时,通过主动筛查,发现早期恶性肿瘤,从而提高治愈率。例如,针对循环肿瘤细胞(CTC)的液体活检是   目前常用的肿瘤早筛方法之一,CTC 的单细胞测序已应用于一系列癌症中(表 2-2)。

 单细胞技术在肿瘤早筛的应用

表  2-2 使用单细胞技术的部分  CTC  研究


2013 年在对肺癌 CTC 的单细胞研究中发现 CNV(基因拷贝数变异)谱与同一患者的转移灶相一致,而 SNP(单核苷酸多态性)在细胞间存在异质性 [Ni X et al. Proc Natl Acad Sci USA 2013]。据此,理论上可以使用单细胞测序技术来进行肿瘤早筛,鉴定癌症的具体亚型,判断癌症是否发生转移。但与目前临床已在应用的其他癌症早筛方法相比(如表 2-3),单细胞 CTC 筛查的成本高、检测流程复杂,其临床应用还有很大的挑战,仍需进一步研究及开发。

 单细胞在癌症早期筛查作用比较

表 2-3  不同癌症早筛方法的比较


肿瘤临床诊断

确定癌症异质性和转移性的特征有助于癌症的临床诊断,对癌症组织和 CTC 进行单细胞测序在解   析这个问题上表现出巨大的潜力。

对于癌症组织,通过对肿瘤免疫微环境(TIME)的鉴定,确定癌细胞的亚群分类、组织分布特征、肿瘤内群体细胞异质性以及肿瘤细胞的分子标记物,有助于癌症的临床诊断。目前,基于单细胞测序   技术,研究人员已经绘制了肺癌、结直肠癌、肾癌、乳腺癌、黑色素瘤等多种癌症的细胞图谱。

此外,由于 CTC 与肿瘤的转移相关性比较强,CTC 单细胞测序可以阐明初级肿瘤与二级肿瘤之间的   关联。在这样的背景下,不同类型癌症(如乳腺癌、肺癌、胰腺癌、结直肠癌等)的 CTC 单细胞图谱被   陆续绘制,为 CTC 单细胞测序用于癌症临床诊断提供了基础。


肿瘤临床治疗

肿瘤异质性、耐药性演变、免疫逃逸等是影响癌症治疗效果的三大重要因素,单细胞测序可以用于评估上述因素,帮助医生决策的肿瘤治疗方案。

肿瘤细胞的单细胞测序可以为癌症治疗方案的调整和药物开发提供依据。北京大学张泽民教授课   题组和美国安进(Amgen)公司在单细胞水平对结直肠癌患者的肿瘤微环境进行详细描述 [Zhang L et al. Cell. 2020],揭示了靶向髓系细胞的免疫治疗策略潜在的作用机理,并提及了髓系靶向免疫疗法   目前已经在临床实验中应用。考虑 mRNA 和蛋白组丰度之间存在的差异,单细胞蛋白组学也被利用于对   癌症疗效的评估,例如评估黑色素瘤患者抗 PD-1 免疫治疗前后免疫细胞的功能状态 [Luigi Fattore et al. Cell Death Dis. 2019]。此外,scRNA-seq(单细胞转录组测序)还能为抗肿瘤药物的开发提   供新的目标。Jang 等人对不同病程的多发性骨髓瘤进行 scRNA-seq [Jang, J. S et al. Blood Cancer. 2019],筛选出 44 个较低总生存率相关的高表达基因,这些基因可作为多发性骨髓瘤的潜在药物靶标。

  基于 CTC 的单细胞测序也可用于癌症疗效的评估。乳腺癌患者 CTC 的研究结果表明,HER2 状态存   在异质性,这可能有助于耐药性的发展 [Jordan NV et al. Nature.2016],同时 CTC 已经被证明可以   预测乳腺癌 [Antonarakis ES et al. N Engl J Med.2014] 和前列腺癌 [Antonarakis ES et al. JAMA oncol.2015] [Wallwiener M et al. BMC Cancer.2014]  的治疗效果。


伯豪生物单细胞多组学研究

伯豪生物作为国内单细胞组学研究整体解决方案的提供者和领导者,伯豪生物已经建立起了完整的单细胞水平的研究平台,贯穿起基因组、转录组、表观组、蛋白组、免疫组等多组学交叉领域,也整合了包括 SMART-Seq 在内的多种经典单细胞测序技术和包括 BD Rhapsody™、10X Genomics 在内的创新单细胞分析技术,涵盖单细胞基因组测序、单细胞转录组测序、单细胞 ATAC 测序、单细胞转录组和蛋白质标志物平行分析等等。

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