單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)在乳腺癌中的研究進(jìn)展

楊帥 王新恒 吳佳樂(lè) 付子彤 魏博 楊靈冰 綜述 許守平 審校

作者單位：哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院乳腺外科一病區(qū)(哈爾濱 150081)

乳腺癌是女性中最常見(jiàn)的惡性腫瘤,2020年大約有230萬(wàn)新發(fā)病例,超過(guò)68.5萬(wàn)人死于乳腺癌[1]。乳腺癌是一種起源于乳腺導(dǎo)管上皮細(xì)胞高度異質(zhì)性的疾病,由于這些異質(zhì)性的存在,乳腺癌治療面臨很大的困難。單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)是一種在單細(xì)胞水平上揭示細(xì)胞的基因組、轉(zhuǎn)錄組或表觀遺傳變化的技術(shù),從不同角度揭示細(xì)胞的功能和特征。通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù),可以一次檢測(cè)龐大的每個(gè)單元信息。人類(lèi)對(duì)單細(xì)胞的研究主要是基于測(cè)序技術(shù)。第一代測(cè)序技術(shù)是1997年開(kāi)發(fā)的Sanger測(cè)序方法,主要測(cè)序標(biāo)記的單個(gè)核酸分子的堿基,科學(xué)家使用該技術(shù)在2003年繪制了人類(lèi)基因的初步序列,為生命的解碼奠定了基礎(chǔ)。2005年,Roche公司開(kāi)發(fā)了第二代測(cè)序(高通量平行測(cè)序),進(jìn)一步解碼單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、基因組、表觀遺傳學(xué)和結(jié)合多組學(xué)單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的細(xì)胞和分子變化,為醫(yī)學(xué)研究進(jìn)展提供了良好的平臺(tái)。傳統(tǒng)高通量測(cè)序技術(shù)獲得的測(cè)序數(shù)據(jù)只是對(duì)大量組織樣本中混合細(xì)胞的平均基因測(cè)定。與傳統(tǒng)的測(cè)序技術(shù)相比,單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)不僅能夠準(zhǔn)確測(cè)量基因表達(dá)水平和檢測(cè)非編碼RNA的表達(dá),還可以充分利用測(cè)序特殊樣本的優(yōu)勢(shì),彌補(bǔ)特殊樣本樣本量小、不易獲得的缺點(diǎn)[2-4]。

近年來(lái)不斷發(fā)展的單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)已經(jīng)能夠分離單細(xì)胞,在單細(xì)胞水平上建庫(kù)測(cè)序,捕獲單個(gè)細(xì)胞的基因表達(dá)信息。2009年,Tang等[5]首次報(bào)道了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)。最初的單細(xì)胞測(cè)序只能對(duì)10～100個(gè)細(xì)胞進(jìn)行研究,隨著技術(shù)的不斷完善,現(xiàn)階段人們已經(jīng)能夠在單個(gè)項(xiàng)目中對(duì)成千上萬(wàn)個(gè)單細(xì)胞進(jìn)行測(cè)序[6-8]。運(yùn)用單細(xì)胞測(cè)序技術(shù),不僅能夠區(qū)分腫瘤細(xì)胞間的異質(zhì)性,也能識(shí)別不同細(xì)胞類(lèi)型。本文綜述了單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于乳腺癌圖譜、乳腺癌微環(huán)境、乳腺癌轉(zhuǎn)移與耐藥以及乳腺癌異質(zhì)性與克隆演化方面的文獻(xiàn),為乳腺癌的研究提供參考。

1 單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于乳腺癌圖譜

乳房由復(fù)雜的上皮導(dǎo)管和小葉網(wǎng)絡(luò)組成,這些上皮導(dǎo)管和小葉網(wǎng)絡(luò)嵌在結(jié)締組織和脂肪組織中[9-11]。目前大多數(shù)的研究都集中在乳腺上皮細(xì)胞類(lèi)型上,而對(duì)非上皮細(xì)胞類(lèi)型的研究相對(duì)較少[12-14]。Kumar等[15]構(gòu)建了具有單細(xì)胞和空間分辨率的綜合人類(lèi)乳腺細(xì)胞圖譜?？蒲腥藛T通過(guò)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序研究分析了146例女性的714 331個(gè)細(xì)胞和117 346個(gè)細(xì)胞核,得到了包括內(nèi)皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞、基底肌上皮細(xì)胞、間充質(zhì)細(xì)胞和肥大細(xì)胞在內(nèi)的12種不同的細(xì)胞類(lèi)型圖譜。這些正常乳腺細(xì)胞類(lèi)型圖譜揭示了乳腺組織豐富的血管周?chē)鷺蛹?xì)胞(Perivascular like, PVL)、內(nèi)皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞群,以及高度多樣化的管腔上皮細(xì)胞群。同時(shí)這些數(shù)據(jù)為研究乳腺癌和乳腺生物學(xué)等疾病提供了正常乳腺組織的參考信息。

乳腺癌的異質(zhì)性可能源于其不同的細(xì)胞來(lái)源,體現(xiàn)在不同的亞型與獨(dú)特的治療不敏感性[16]。然而科研人員對(duì)早期腫瘤形成和進(jìn)展的研究常常受到不發(fā)達(dá)、偶爾相互矛盾的乳腺譜系注釋的限制。現(xiàn)有的注釋通常由少量標(biāo)記定義,不能充分代表乳腺譜系內(nèi)異質(zhì)性。乳房是一個(gè)動(dòng)態(tài)器官,其對(duì)生理和病理生理?xiàng)l件的反應(yīng)會(huì)改變其疾病易感性,但這些臨床變量對(duì)細(xì)胞狀態(tài)的具體影響仍不清楚。Gray等[17]通過(guò)整合單細(xì)胞RNA測(cè)序(single-cell RNA sequencing,scRNA-seq)、質(zhì)量流式細(xì)胞術(shù)和循環(huán)免疫熒光,呈現(xiàn)一個(gè)統(tǒng)一的高分辨率乳腺癌圖譜。他們定義了肺泡、激素感應(yīng)和基底上皮譜系中的細(xì)胞亞型,描述了不同亞型與癌癥風(fēng)險(xiǎn)因素的關(guān)聯(lián),包括年齡、胎次和BRCA2種系突變。被稱(chēng)為基底腔細(xì)胞的肺泡細(xì)胞子集,帶有與基底樣乳腺癌相關(guān)的基因特征。有趣的是肺泡細(xì)胞子集表現(xiàn)出較差的轉(zhuǎn)錄譜系保真度,并且隨著年齡的增長(zhǎng)而積累。這些數(shù)據(jù)更全面地高分辨率定義乳腺癌細(xì)胞類(lèi)型。

乳腺癌是復(fù)雜的細(xì)胞生態(tài)系統(tǒng),其中異型細(xì)胞相互作用在疾病進(jìn)展和對(duì)治療的反應(yīng)中發(fā)揮核心作用。然而,目前的研究對(duì)其細(xì)胞組成和組織的了解是有限的。Wu等[18]提出了人類(lèi)乳腺癌的單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析,并開(kāi)發(fā)了一種內(nèi)在亞型分類(lèi)的單細(xì)胞方法來(lái)揭示復(fù)發(fā)性腫瘤細(xì)胞的異質(zhì)性。通過(guò)scRNA-seq使用轉(zhuǎn)錄組和表位的細(xì)胞索引進(jìn)行免疫表型分析可提供高分辨率的免疫圖譜,包括與臨床結(jié)果相關(guān)的細(xì)胞程序性死亡-配體1陽(yáng)性或者細(xì)胞程序性死亡-配體2陽(yáng)性的巨噬細(xì)胞群。他們發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)細(xì)胞通過(guò)在內(nèi)皮細(xì)胞、癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞(Cancer-associated fibroblast, CAF)和PVL三個(gè)主要譜系內(nèi)分化顯示出不同的功能和細(xì)胞表面蛋白表達(dá)的差異。該研究提供了乳腺癌細(xì)胞結(jié)構(gòu)的全面轉(zhuǎn)錄圖譜。

2 單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于乳腺癌微環(huán)境研究

腫瘤微環(huán)境是由腫瘤細(xì)胞、免疫細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和血管細(xì)胞組成的復(fù)雜微環(huán)境。腫瘤內(nèi)的細(xì)胞組成決定了腫瘤微環(huán)境的高度異質(zhì)和動(dòng)態(tài)特性[19]。乳腺癌的微環(huán)境包括腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞、腫瘤相關(guān)骨髓細(xì)胞[20-21]、脂質(zhì)相關(guān)巨噬細(xì)胞[22]、癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞(Cancer-associated fibroblast,CAF)和其他促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和遷移的因子。微環(huán)境中的細(xì)胞成分被證明參與乳腺癌的發(fā)生、生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。目前,乳腺癌微環(huán)境細(xì)胞的模式研究相對(duì)較少,沒(méi)有很好的評(píng)估這些微環(huán)境細(xì)胞在發(fā)病機(jī)制中的具體作用 。單細(xì)胞多組學(xué)生物技術(shù),尤其是單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)以更高的分辨率揭示單細(xì)胞表達(dá)水平,精細(xì)剖析腫瘤微環(huán)境的分子特征[23]。

CAF大量存在于幾乎所有腫瘤微環(huán)境中,并影響腫瘤進(jìn)展。雖然人們逐漸地了解到它們的功能和異質(zhì)性,但對(duì)CAF的起源知之甚少。Houthuijzen等[24]通過(guò)對(duì)小鼠進(jìn)行的各種移植研究,發(fā)現(xiàn)浸潤(rùn)性小葉乳腺癌和三陰性乳腺癌中的CAF均源自乳腺組織常駐的正常成纖維細(xì)胞(Normal fibroblasts,NF)。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)、體內(nèi)和體外研究揭示了CD26+和CD26-NF細(xì)胞群分別轉(zhuǎn)變?yōu)檠仔訡AF和肌成纖維細(xì)胞CAF。功能性共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明,CD26+NF轉(zhuǎn)變?yōu)榇倌[瘤炎性CAF,后者以趨化因子12依賴(lài)性方式募集骨髓細(xì)胞,并通過(guò)基質(zhì)金屬蛋白酶活性增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞侵襲。他們的結(jié)果表明CD26+和CD26-NF在乳腺癌小鼠模型中轉(zhuǎn)化為不同的CAF亞群。Bartoschek等[25]利用遺傳工程改造的乳腺癌小鼠模型的768例間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的單細(xì)胞RNA測(cè)序,定義了三個(gè)不同的CAF亞群。并且在轉(zhuǎn)錄和蛋白水平上揭示了不同來(lái)源的CAF亞類(lèi)的空間分布,包括PVL、乳腺脂肪墊和轉(zhuǎn)化的上皮細(xì)胞。每種CAF亞型的基因譜與其獨(dú)特的功能程序相關(guān),CAF三種亞群的分辨率可作為生物標(biāo)志物為CAF精確靶向藥物的開(kāi)發(fā)提供了可能性。

3 單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于乳腺癌轉(zhuǎn)移研究

作為臨床預(yù)后的指標(biāo),乳腺癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移引起了人們的廣泛關(guān)注。許多報(bào)道揭示了轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞的特征,但仍然需要更多乳腺癌相關(guān)淋巴結(jié)微環(huán)境成分和空間轉(zhuǎn)錄組圖譜的研究。Xu等[26]他們的研究中,通過(guò)整合scRNA-seq和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué),研究了6例手術(shù)切除淋巴結(jié)樣本的轉(zhuǎn)錄譜和1例陽(yáng)性淋巴結(jié)的組織。結(jié)果發(fā)現(xiàn)高表達(dá)CD68和CD163的破骨細(xì)胞樣巨細(xì)胞。CD68和CD163是腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的生物標(biāo)志物。通過(guò)空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法,他們發(fā)現(xiàn)破骨細(xì)胞樣巨細(xì)胞分散在轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞中。在乳腺癌細(xì)胞浸潤(rùn)的淋巴結(jié)微環(huán)境中,腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞富含包括NF-κB信號(hào)通路和NOD樣受體信號(hào)通路在內(nèi)的前腫瘤通路。進(jìn)一步的子聚類(lèi)展示了巨噬細(xì)胞從活躍的趨化因子產(chǎn)生狀態(tài)發(fā)展為活躍的淋巴細(xì)胞激活狀態(tài)的潛在分化軌跡。該研究首次將scRNA-seq和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)整合到腋窩淋巴結(jié)腫瘤微環(huán)境中,為深入研究乳腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移提供了系統(tǒng)方法。

盡管轉(zhuǎn)移仍然是大多數(shù)癌癥相關(guān)死亡的原因,但對(duì)遠(yuǎn)端組織轉(zhuǎn)移播種的機(jī)制知之甚少。Davis等[27]建立了一種可靠的方法,使用單細(xì)胞RNA測(cè)序和患者衍生的乳腺癌異種移植模型,用于在過(guò)程中識(shí)別罕見(jiàn)轉(zhuǎn)移細(xì)胞的整體轉(zhuǎn)錄組變化。他們發(fā)現(xiàn)原發(fā)性腫瘤和微轉(zhuǎn)移都顯示出轉(zhuǎn)錄異質(zhì)性,但微轉(zhuǎn)移具有獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄組程序,該轉(zhuǎn)錄組程序在患者衍生的異種移植模型中保守,可以高度預(yù)測(cè)患者的不良生存率。通路分析顯示線(xiàn)粒體氧化磷酸化是微轉(zhuǎn)移中上調(diào)的主要通路,而原發(fā)性腫瘤細(xì)胞中糖酵解酶水平較高,并且通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)和代謝組學(xué)分析證實(shí)了這一點(diǎn)。通過(guò)抑制氧化磷酸化可以顯著減弱肺部的轉(zhuǎn)移播種,證明了氧化磷酸化在轉(zhuǎn)移中的重要性,并突出了其作為預(yù)防乳腺癌患者轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的治療靶點(diǎn)的潛力。

4 單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于乳腺癌耐藥研究

耐藥性是乳腺癌治療的主要障礙。為了解決這個(gè)問(wèn)題,Prieto-Vila等[28]對(duì)腔面型乳腺癌細(xì)胞系MCF7及其耐藥細(xì)胞進(jìn)行了廣泛的單細(xì)胞基因表達(dá)譜分析。在耐藥細(xì)胞中觀察到上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化和干性相關(guān)基因的上調(diào)和細(xì)胞周期相關(guān)基因的下調(diào)。這些基因主要受淋巴樣增強(qiáng)因子1調(diào)節(jié)。親代細(xì)胞中的少數(shù)細(xì)胞表現(xiàn)出與耐藥細(xì)胞相似的基因表達(dá)譜,表明未經(jīng)處理的親代細(xì)胞已經(jīng)含有耐藥的細(xì)胞亞群。

雌激素受體陽(yáng)性乳腺癌的主要治療方法是內(nèi)分泌治療,臨床上大約90%的轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者最終對(duì)內(nèi)分泌治療產(chǎn)生耐藥,至少33%的早期乳腺癌患者將產(chǎn)生內(nèi)分泌耐藥[29-31]。細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶(Cyclin-dependent kinase,CDK)抑制劑聯(lián)合內(nèi)分泌治療能夠改善晚期轉(zhuǎn)移性雌激素受體陽(yáng)性乳腺癌患者的預(yù)后,但其在早期患者中的價(jià)值尚不清楚。Griffiths等[32]運(yùn)用scRNA-seq對(duì)單獨(dú)使用內(nèi)分泌治療或者聯(lián)用CDK抑制劑的內(nèi)分泌治療活體組織進(jìn)行測(cè)序。研究者發(fā)現(xiàn)單獨(dú)用藥和聯(lián)合用藥均出現(xiàn)了共同的耐藥表型。聯(lián)合用藥治療的耐藥腫瘤顯示出雌激素信號(hào)的加速喪失,同時(shí)通過(guò)生長(zhǎng)因子受體對(duì)JNK信號(hào)進(jìn)行集中上調(diào)。相比之下,在單一或聯(lián)合治療期間維持雌激素信號(hào)傳導(dǎo)的癌細(xì)胞通過(guò)ERBB4信號(hào)傳導(dǎo),顯示CDK4/6激活和ERK上調(diào)的增強(qiáng)。這些結(jié)果表明,早期ER陽(yáng)性乳腺癌的聯(lián)合治療通過(guò)從雌激素轉(zhuǎn)變?yōu)樘娲L(zhǎng)信號(hào)介導(dǎo)的增殖而導(dǎo)致耐藥性的出現(xiàn)。

人表皮生長(zhǎng)因子受體2(Human epidermal growth factor receptor2,HER2)陽(yáng)性乳腺癌患者受益于HER2靶向治療,其中最常用的是曲妥珠單抗。然而,獲得性耐藥通常在接受靶向治療的一年內(nèi)發(fā)生,這種耐藥機(jī)制尚不清楚。Guoyu等[33]在兩種HER2陽(yáng)性乳腺癌細(xì)胞系SKBR-3和BT474中通過(guò)耐藥篩選,構(gòu)建了曲妥珠單抗耐藥細(xì)胞。通過(guò)外顯子組測(cè)序技術(shù),檢測(cè)抗性誘導(dǎo)過(guò)程中不同時(shí)間點(diǎn)的細(xì)胞,用來(lái)研究基因組隨時(shí)間的變化。其中單細(xì)胞靶向測(cè)序被用于識(shí)別與耐藥性相關(guān)的基因突變。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了拷貝數(shù)變異區(qū)域的快速增加,以及單核苷酸變異的逐漸積累。單細(xì)胞靶向測(cè)序發(fā)現(xiàn)在SKBR-3和BT474細(xì)胞中多個(gè)基因位點(diǎn)的突變導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞對(duì)曲妥珠單抗敏感性降低。

5 單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于乳腺癌異質(zhì)性與克隆演化研究

乳腺癌的異質(zhì)性使得不同患者之間(腫瘤間異質(zhì)性)、甚至在每個(gè)個(gè)體腫瘤內(nèi)(腫瘤內(nèi)異質(zhì)性)差異很大。腫瘤異質(zhì)性發(fā)生在形態(tài)學(xué)、基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組水平,給診斷和治療帶來(lái)挑戰(zhàn)[34]。

近年來(lái),scRNA-seq在探索腫瘤細(xì)胞群體的異質(zhì)性以及腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移相關(guān)的稀有細(xì)胞類(lèi)型方面,比傳統(tǒng)測(cè)序方法具有更大的優(yōu)勢(shì)[35]。scRNA-seq技術(shù)將具有不同分子亞型的乳腺癌細(xì)胞群體聚集在一起,來(lái)鑒定可能與不良預(yù)后和耐藥性相關(guān)的不同群體。scRNA-seq技術(shù)還用于鑒定潛在免疫治療靶點(diǎn)的不同免疫細(xì)胞亞群。此外,除了探索異質(zhì)性,scRNA-seq在乳腺癌研究中還具有多種應(yīng)用,包括分析細(xì)胞間信號(hào)通路、調(diào)節(jié)單細(xì)胞狀態(tài)和免疫細(xì)胞分布等。由于scRNA-seq能夠定義具有潛在治療靶點(diǎn)細(xì)胞亞群的能力,因此有助于乳腺癌的個(gè)體化治療。

異質(zhì)性和復(fù)雜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)對(duì)乳腺癌的進(jìn)展以及對(duì)治療的反應(yīng)具有重要的影響。然而,破譯腫瘤亞型及其空間組織仍然具有挑戰(zhàn)性。Liu等[36]將scRNA-seq與基于微陣列的空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)相結(jié)合,來(lái)識(shí)別細(xì)胞群及其在乳腺癌組織中的空間分布。腫瘤細(xì)胞聚集成不同的亞群,這些細(xì)胞簇具有不同的起源、特征和功能。他們發(fā)現(xiàn)這些亞群分布在不同的組織區(qū)域,觀察到基質(zhì)細(xì)胞類(lèi)型的差異富集,并且通過(guò)對(duì)大型乳腺癌RNA-seq隊(duì)列的去卷積推斷了這些腫瘤亞群的豐度,揭示了與患者生存和治療反應(yīng)的差異關(guān)聯(lián)。這項(xiàng)研究為乳腺癌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和潛在的治療策略提供了新的見(jiàn)解。

確定腫瘤異質(zhì)性及其對(duì)藥物反應(yīng)的影響能更好地對(duì)患者進(jìn)行分層,幫助制定患者個(gè)性化治療方案。為了評(píng)估腫瘤細(xì)胞異質(zhì)性對(duì)藥物反應(yīng)的影響,Gambardella等[37]對(duì)來(lái)自32例乳腺癌細(xì)胞系的35 276個(gè)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄分析,得到32個(gè)單細(xì)胞圖譜。研究者設(shè)計(jì)了一種單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄譜映射到乳腺癌圖譜的算法,通過(guò)這種算法可以從腫瘤活檢的基因表達(dá)譜中確定細(xì)胞系組成,對(duì)患者來(lái)源的細(xì)胞系進(jìn)行分層,從而預(yù)測(cè)藥物反應(yīng)。最后,他們將細(xì)胞系體外藥物篩選的結(jié)果與單細(xì)胞數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行比對(duì),進(jìn)而預(yù)測(cè)單細(xì)胞譜與藥物敏感性的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)非遺傳的轉(zhuǎn)錄異質(zhì)性使具有不同藥物敏感性的細(xì)胞在相同的細(xì)胞系中也能共存。這對(duì)確定細(xì)胞系組成和藥物反應(yīng)方面的腫瘤異質(zhì)性提供了一個(gè)框架。

在克隆演化方面,拷貝數(shù)改變(Copy number alterations,CNA)在塑造乳腺癌基因組中發(fā)揮重要作用,并證明在臨床上可用于治療和預(yù)后。Balsan等[38]使用單細(xì)胞測(cè)序技術(shù),全面繪制出乳腺癌腫瘤隊(duì)列中拷貝數(shù)改變異質(zhì)性的特點(diǎn)。分析揭示:腫瘤塊內(nèi)非腫瘤細(xì)胞(即基質(zhì))的遺傳異質(zhì)性;拷貝數(shù)異質(zhì)性對(duì)乳腺癌基因組的影響程度以及亞克隆事件的基因組位置和劑量的重要性;染色體擴(kuò)增的遺傳異質(zhì)性普遍存在;以及拷貝數(shù)異質(zhì)性與臨床和生物學(xué)參數(shù)(如多倍體和雌激素受體陰性狀態(tài))的關(guān)聯(lián)。他們的數(shù)據(jù)突出了單細(xì)胞基因組學(xué)在剖析多種形式的CNA腫瘤內(nèi)遺傳異質(zhì)性方面的特點(diǎn),CNA異質(zhì)性對(duì)乳腺癌基因組的影響程度,以及CNA異質(zhì)性對(duì)腫瘤耐藥和復(fù)發(fā)的影響。

Kacavas等[6]對(duì)來(lái)自六個(gè)原發(fā)性三陰性乳腺癌患者超過(guò)1 500個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了scRNA-seq。結(jié)果發(fā)現(xiàn)每個(gè)腫瘤內(nèi)基因表達(dá)程序的細(xì)胞間異質(zhì)性是可變的,并且在很大程度上與推斷的基因組拷貝數(shù)變化的克隆性相關(guān)?；虮磉_(dá)譜的聚類(lèi)確定了多個(gè)腫瘤共有的不同惡性細(xì)胞亞群,包括與治療抗性和轉(zhuǎn)移的多個(gè)特征相關(guān)的單個(gè)亞群,其功能特征是激活鞘糖脂代謝和相關(guān)的先天免疫途徑。定義該亞群的新特征預(yù)測(cè)了大型隊(duì)列中三陰性乳腺癌患者的長(zhǎng)期結(jié)果。這項(xiàng)分析揭示了三陰性乳腺癌的功能異質(zhì)性及其與基因組進(jìn)化的關(guān)聯(lián),并揭示了導(dǎo)致這種疾病預(yù)后不良的未預(yù)料到的生物學(xué)原理。

6 小結(jié)與展望

近年來(lái),對(duì)單個(gè)細(xì)胞水平的分析正在改變?nèi)藗儗?duì)疾病的認(rèn)識(shí),腫瘤研究者開(kāi)始逐漸認(rèn)識(shí)到腫瘤組織和細(xì)胞群體的復(fù)雜性和異質(zhì)性,傳統(tǒng)的混合組織測(cè)序分析不能很好地表征生物學(xué)的復(fù)雜性。然而,在單細(xì)胞研究廣泛開(kāi)展的大背景下,單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于腫瘤研究也存在一些局限性。首先,單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的成本很高,需要一定的科研經(jīng)費(fèi)支持;另外單細(xì)胞分析的常規(guī)方法還不完善,技術(shù)方面受限于單細(xì)胞的分離和捕獲、細(xì)胞膜的完整性及活性,從而使下游分析中的細(xì)胞失去了其在機(jī)體內(nèi)環(huán)境下的真實(shí)狀態(tài);其次,單細(xì)胞測(cè)序基因組學(xué)在單個(gè)實(shí)驗(yàn)中測(cè)量成千上萬(wàn)單細(xì)胞基因組信息,所產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)的分析處理及對(duì)生物學(xué)信息的解析是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。因此,與生物信息學(xué)和計(jì)算機(jī)生物學(xué)的跨學(xué)科合作將極大提高單細(xì)胞測(cè)序?qū)嶒?yàn)領(lǐng)域的進(jìn)展,對(duì)腫瘤學(xué)的研究具有重要的意義。