在腫瘤發(fā)展的最早階段，單個(gè)細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)胞之間發(fā)生了什么?單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)和小鼠模型使研究人員能夠全面繪制整個(gè)唾液腺腫瘤的細(xì)胞多樣性，并追蹤癌癥干細(xì)胞的路徑。

麥克斯·德?tīng)柌紖慰朔肿俞t(yī)學(xué)中心的兩個(gè)研究小組及其合作者在小鼠模型中繪制了整個(gè)唾液腺腫瘤的詳細(xì)細(xì)胞圖譜，繪制了整個(gè)腫瘤及其周?chē)M織中的單個(gè)細(xì)胞。最近在《自然通訊》中描述的“單細(xì)胞”方法已經(jīng)提供了從癌癥發(fā)展的最早階段開(kāi)始有關(guān)細(xì)胞組成變化的重要見(jiàn)識(shí)。

實(shí)體瘤并非像許多人所認(rèn)為的那樣是一團(tuán)相同的細(xì)胞。相反，它是許多不同細(xì)胞類(lèi)型的混合物，除了實(shí)際的腫瘤細(xì)胞外，還包括多種基質(zhì)細(xì)胞和免疫細(xì)胞。

MDC的基因調(diào)控元件實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)生物學(xué)高級(jí)研究員，第一作者，由尼古拉烏斯·拉杰斯基(Nikolaus Rajewsky教授)領(lǐng)導(dǎo)的Samantha Praktiknjo博士說(shuō)：“分子生物學(xué)中的常規(guī)方法通常將一個(gè)樣本視為一個(gè)整體，而無(wú)法識(shí)別其中的復(fù)雜性。”柏林醫(yī)學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)研究所(BIMSB)。對(duì)腫瘤內(nèi)不同細(xì)胞以及它們?nèi)绾蜗嗷プ饔玫脑敿?xì)了解有助于確定更有效的治療策略。

人數(shù)優(yōu)勢(shì)

該團(tuán)隊(duì)使用了Rajewsky實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)和新穎的表位分析來(lái)生成細(xì)胞圖集，并利用其數(shù)據(jù)的可重復(fù)性和大樣本量來(lái)鑒定出特定于腫瘤的細(xì)胞。

后者可能是通過(guò)使用由Walter Birchmeier教授領(lǐng)導(dǎo)的MDC的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和癌癥實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的小鼠模型實(shí)現(xiàn)的，該模型具有誘發(fā)唾液腺鱗狀細(xì)胞癌的設(shè)計(jì)突變。該系統(tǒng)可提供穩(wěn)定的遺傳相似腫瘤，從發(fā)育的最早階段開(kāi)始測(cè)序，這對(duì)于人類(lèi)患者幾乎是不可能的。

柏林衛(wèi)生研究院(BIH)的第一作者，作者之一Benedikt Obermayer博士說(shuō)：“對(duì)于患者來(lái)說(shuō)，腫瘤已經(jīng)發(fā)展了，您無(wú)法回頭再看時(shí)間了。” “在這里，我們有一個(gè)受如此控制的模型，我們可以觀察它的發(fā)生。” 第三名作者，曾在伯奇邁爾實(shí)驗(yàn)室(Birchmeier Lab)任博士后的朱瓊?cè)A博士補(bǔ)充說(shuō)：“要有效地對(duì)抗癌癥，我們需要找到驅(qū)動(dòng)基因突變。這種方法為我們提供了有關(guān)腫瘤演化軌跡的線索。”

測(cè)序技術(shù)已經(jīng)發(fā)展起來(lái)，因此現(xiàn)在可以快速且經(jīng)濟(jì)地對(duì)單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的RNA以及組織中細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)進(jìn)行一次測(cè)序。雖然其他方法可以研磨組織并確定混合物中存在哪些基因和分子，但是單細(xì)胞方法可以精確地鑒定每種類(lèi)型的細(xì)胞中存在多少，以及哪些基因和分子與哪個(gè)細(xì)胞相關(guān)。

對(duì)于這項(xiàng)研究，研究人員對(duì)患有腫瘤的小鼠和健康小鼠的26,000多個(gè)唾液腺細(xì)胞進(jìn)行了測(cè)序。他們使用計(jì)算模型來(lái)分析大量數(shù)據(jù)，并根據(jù)表達(dá)的數(shù)百種基因和存在的分子，將每個(gè)細(xì)胞分類(lèi)為基質(zhì)細(xì)胞，免疫細(xì)胞，唾液生成細(xì)胞，癌細(xì)胞等組。

驚喜

單細(xì)胞方法揭示了一些令研究人員驚訝的東西：“當(dāng)我看到數(shù)據(jù)時(shí)，我想，腫瘤在哪里?” 奧伯邁耶說(shuō)。腫瘤中癌干細(xì)胞的數(shù)量非常少-不到組織中所有異形細(xì)胞的百分之一。由于它們的豐度低，對(duì)這些細(xì)胞的研究仍然很大程度上取決于關(guān)于表面標(biāo)記的假設(shè)，并且通常在基于細(xì)胞培養(yǎng)的系統(tǒng)中進(jìn)行。在這里，作者能夠使用單細(xì)胞方法直接從實(shí)體瘤樣品中鑒定出癌癥干細(xì)胞。

此外，該團(tuán)隊(duì)能夠通過(guò)腫瘤發(fā)展的不同階段預(yù)測(cè)不同細(xì)胞類(lèi)型的進(jìn)展。他們的模型表明，癌癥干細(xì)胞從癌性基底細(xì)胞中產(chǎn)生，然后發(fā)展為另一種亞型，最終成為類(lèi)似于腔細(xì)胞的細(xì)胞群，這種細(xì)胞類(lèi)型存在于正常，健康的唾液腺中。

這種進(jìn)展支持了這樣的想法，即當(dāng)這種實(shí)體瘤模型的基礎(chǔ)細(xì)胞發(fā)生異常時(shí)，它們會(huì)被觸發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榘┘?xì)胞干細(xì)胞，然后可以變成其他類(lèi)型的細(xì)胞。Praktiknjo說(shuō)：“我發(fā)現(xiàn)令人著迷的是清楚地看到了信號(hào)和事件的順序，從癌癥干細(xì)胞的祖細(xì)胞過(guò)渡到了子代。”

下一步

需要進(jìn)一步的研究來(lái)驗(yàn)證單個(gè)細(xì)胞正在通過(guò)這些階段進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并探索驅(qū)動(dòng)腫瘤生長(zhǎng)的細(xì)胞和分子相互作用。研究小組希望他們?cè)谶@里展示的方法也可以應(yīng)用于其他類(lèi)型的癌癥。