單細(xì)胞及多組學(xué)聯(lián)合助力發(fā)現(xiàn)膀胱癌獲得性化療耐藥機(jī)制

01

單細(xì)胞測(cè)序助力伴肝轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸癌患者來源的類器官揭示腫瘤異質(zhì)性

結(jié)直腸癌（CRC）已成為全球第三大最常見的惡性腫瘤。大約20%新診斷的CRC患者會(huì)有同步的肝轉(zhuǎn)移（LM），至少一半的術(shù)后轉(zhuǎn)移性疾病患者會(huì)有肝轉(zhuǎn)移。手術(shù)切除和全身化療被認(rèn)為是結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移（CRLM）的主要治療手段。目前尚無有效的方法來預(yù)測(cè)結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移患者的化療反應(yīng)和術(shù)后預(yù)后�；颊哐苌�的類器官（PDO）已經(jīng)成為一個(gè)重要的臨床前模型。然而克隆異質(zhì)性是大多數(shù)人類癌癥的特征，這可能使CRLM患者最佳輔助治療的選擇變得復(fù)雜。

在此項(xiàng)研究中，研究者們成功構(gòu)建了一個(gè)活體生物庫，其中有50個(gè)來自原發(fā)腫瘤和成對(duì)肝轉(zhuǎn)移病灶的CRLM器官。研究者用組織病理學(xué)驗(yàn)證了CRLM PDO保留了母體腫瘤的組織病理學(xué)結(jié)構(gòu)，從而保留了與來源個(gè)體的同質(zhì)性和不同個(gè)體之間的異質(zhì)性。隨后，他們對(duì)10個(gè)CRLM PDO及其匹配的原始腫瘤進(jìn)行全外顯子測(cè)序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CRLM PDO保留了匹配原發(fā)腫瘤的突變譜。然后，研究者使用報(bào)道的跟蹤克隆進(jìn)化的算法來研究CRLM PDOs是否可以捕獲腫瘤異質(zhì)性和腫瘤進(jìn)化。研究發(fā)現(xiàn)CRC類器官和LM類器官積累獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)突變模式，這反映了患者原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性病變的異質(zhì)性。而且早期驅(qū)動(dòng)突變的模式和腫瘤演變的過程因人而異，這顯示了患者之間的異質(zhì)性。之后，研究者通過轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析了50個(gè)CRLM的基因表達(dá)特征。結(jié)果表明，雖然來自同一CRLM患者原發(fā)病變和轉(zhuǎn)移病變的PDOs也存在不同程度的異質(zhì)性，但與不相關(guān)的類器官系相比，它們?cè)谵D(zhuǎn)錄上更相似。研究者接下來對(duì)2名患者的CRC和LM器官進(jìn)行了單細(xì)胞測(cè)序（scRNA-seq）來探究腫瘤內(nèi)部細(xì)胞間的異質(zhì)性。他們主要發(fā)現(xiàn)了干細(xì)胞樣細(xì)胞群和成熟樣細(xì)胞群，并重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行分析。結(jié)果顯示了CRC和LM類器官的自發(fā)分化存在顯著差異。接下來研究者對(duì)來自CRC和LM類器官的同一細(xì)胞系進(jìn)行了分析并發(fā)現(xiàn)了異質(zhì)性，軌跡分析探究干細(xì)胞樣細(xì)胞和成熟樣細(xì)胞之間的譜系關(guān)系，這些腫瘤內(nèi)狀態(tài)的詳細(xì)分析強(qiáng)調(diào)了CRLM類器官之間的差異。研究者接下來用5-FU、CPT11或奧沙利鉑分別對(duì)50個(gè)CRLM PDO進(jìn)行體外治療來探究患者的對(duì)藥物的敏感性。隨后，23名CRLM患者接受了FOLFOX或FOLFIRI方案化療，包括13名CRLM患者接受了FOLFOX方案化療，10名患者接受了FOLFIRI方案化療，這也產(chǎn)生了化療的異質(zhì)性反應(yīng)。體外的化療敏感性數(shù)據(jù)揭示了PDO在預(yù)測(cè)CRLM患者的化療反應(yīng)和臨床預(yù)后方面的臨床應(yīng)用價(jià)值。

綜上所述，CRLM PDO可以對(duì)個(gè)性化醫(yī)療提供潛在的應(yīng)用。

02

單細(xì)胞及多組學(xué)聯(lián)合助力發(fā)現(xiàn)膀胱癌獲得性化療耐藥機(jī)制

膀胱癌是我國泌尿外科臨床上最常見的腫瘤之一，按照浸潤深度可分為非肌層浸潤性膀胱癌（NMIBC）和肌層浸潤性膀胱癌（MIBC），MIBC是最常見和最致命的膀胱癌類型，以順鉑為主的化療是不可手術(shù)和轉(zhuǎn)移性MIBC的主要治療方案。然而，不幸的是大多數(shù)患者遲早會(huì)產(chǎn)生化學(xué)抗性，那么抗藥性是如何演變的呢？

在該項(xiàng)研究中，首先構(gòu)建了具有基因工程膀胱類器官的原位和原位MIBC小鼠模型，采用臨床化療方案處理，這個(gè)模型能精準(zhǔn)呈現(xiàn)與臨床相似的反應(yīng)到復(fù)發(fā)耐藥的全過程，為了解析MIBC化療耐藥的分子機(jī)制，利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組對(duì)耐藥和敏感腫瘤進(jìn)行測(cè)序，發(fā)現(xiàn)兩者在腫瘤細(xì)胞分群中差異較大的細(xì)胞群是T1和T2，對(duì)這兩群細(xì)胞進(jìn)行軌跡分析，發(fā)現(xiàn)敏感性T1經(jīng)過敏感性T2細(xì)胞向耐藥型T2細(xì)胞轉(zhuǎn)化，而在譜系轉(zhuǎn)變過程相關(guān)的基因模塊主要富集在角質(zhì)形成細(xì)胞分化途徑，barcode標(biāo)記實(shí)驗(yàn)和譜系跟蹤實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了獲得性耐藥組織種敏感性T1細(xì)胞向耐藥性T2細(xì)胞的轉(zhuǎn)變，因此表明了腫瘤細(xì)胞譜系的可塑性是MIBC獲得性耐藥的主要途徑，在耐藥過程半鱗狀化部分的鱗狀分化與小鼠和人類MIBC的獲得性化學(xué)抗性有關(guān)，結(jié)合ATAC-seq和蛋白質(zhì)組等多組學(xué)分析表明，組織蛋白酶H（CTSH）與化療耐藥和半鱗狀化相關(guān)，其抑制劑E64能夠激活了腫瘤壞死因子，誘導(dǎo)完全的鱗狀細(xì)胞分化和細(xì)胞焦亡，從而特異性地抑制化學(xué)抗性MIBC。

總的來說該研究利用新型精準(zhǔn)膀胱癌小鼠模型，確定了腫瘤譜系可塑性和膀胱癌化學(xué)抗性的關(guān)系，并提出靶向CTSH促進(jìn)其終末鱗狀分化的分化治療新策略。

03

ZFP281驅(qū)動(dòng)早期播散性乳腺癌細(xì)胞進(jìn)入間充質(zhì)細(xì)胞樣休眠

轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)是癌癥病人的主要死因，由處于休眠狀態(tài)的播散性癌細(xì)胞引起，癌細(xì)胞如何在處于靜息狀態(tài)的同時(shí)還保持轉(zhuǎn)移活性的分子機(jī)制，仍舊不甚清晰。并且通常認(rèn)為癌細(xì)胞只有在病理進(jìn)程晚期才會(huì)播散轉(zhuǎn)移，但是諸多臨床病例以及小鼠模型均證實(shí)，在罹患腫瘤早期，播散性癌細(xì)胞就開始并長時(shí)間潛伏在各組織器官之中，但調(diào)控早期播散性癌細(xì)胞轉(zhuǎn)化為癌轉(zhuǎn)移的機(jī)制仍舊不得而知。

本文作者之前的研究中發(fā)現(xiàn)組織駐留巨噬細(xì)胞可以部分活化上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化程序，從而導(dǎo)致早期癌細(xì)胞播散，在二級(jí)器官中的早期HER2+播散癌細(xì)胞通常具有TWIST1+和長時(shí)程休眠的表型，小鼠模型早期病變和原發(fā)腫瘤的RNA-seq結(jié)果表明早期病變細(xì)胞啟動(dòng)間充質(zhì)細(xì)胞樣程序，使得原發(fā)腫瘤細(xì)胞具有上皮細(xì)胞樣性狀。為了探究肺播散性癌細(xì)胞中，間充質(zhì)細(xì)胞樣和上皮細(xì)胞樣細(xì)胞亞群的具體特征，作者采用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序?qū)π∈蟀┌Y不同時(shí)期組織進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)晚期的小鼠上皮樣播散性癌細(xì)胞較多，而早期則間充質(zhì)細(xì)胞樣亞群較多。并且，早期的間充質(zhì)細(xì)胞樣潛伏期表型的播散性癌細(xì)胞亞群向晚期的上皮細(xì)胞樣細(xì)胞亞群轉(zhuǎn)化，也就是說，間充質(zhì)細(xì)胞樣/上皮細(xì)胞樣細(xì)胞亞群比例反應(yīng)了靜息狀態(tài)/增殖狀態(tài)播散性癌細(xì)胞的比例。進(jìn)一步對(duì)播散性癌細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子ZFP281調(diào)控了癌細(xì)胞的上皮細(xì)胞樣-間充質(zhì)細(xì)胞樣轉(zhuǎn)化以及生長停滯程序。下調(diào)ZFP281可以促使播散性腫瘤細(xì)胞丟失這類間充質(zhì)細(xì)胞樣休眠性狀，從而轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)移性生長。作者還確定，F(xiàn)GF2可以誘導(dǎo)ZFP281表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)下游的CDH11水平。ZFP281不僅可以調(diào)控癌細(xì)胞的早期播散性狀，還可以將其鎖定于休眠狀態(tài)，從而抑制其獲得上皮細(xì)胞樣性狀和進(jìn)入轉(zhuǎn)移性增殖。

04

單細(xì)胞水平詳細(xì)刻畫早期肺癌中的B細(xì)胞和漿細(xì)胞圖譜

肺腺癌（LUAD）是最常見的肺癌組織亞型，發(fā)生遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移的腫瘤，5年生存率將下降到7%，而早期合理的治療方案需要深入了解腫瘤免疫微環(huán)境，腫瘤浸潤的B細(xì)胞和漿細(xì)胞（TIBs）能夠影響化療和免疫治療的反應(yīng)及預(yù)后。

本研究根據(jù)距離腫瘤位置的距離收集了16名早期LUAD患者的47例樣本的癌和癌旁用于scRNA-seq和scBCR-seq，繪制了LUAD最大的TIBs圖譜，發(fā)現(xiàn)LUAD患者TIB善良豐富，并且異質(zhì)性較強(qiáng)，隨著與腫瘤組織距離越近，Naïve B細(xì)胞豐度降低，而Memory B細(xì)胞和漿細(xì)胞豐度變高，在抽煙患者中更加顯著，在LUAD中TIBs都定位在淋巴細(xì)胞聚集部位，可能是潛在的三級(jí)淋巴結(jié)構(gòu)，并且在腫瘤免疫微環(huán)境中發(fā)現(xiàn)CXCL13+T細(xì)胞增加可能促進(jìn)B細(xì)胞的招募，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤組織TIBs的異質(zhì)性，進(jìn)一步對(duì)B細(xì)胞的分化狀態(tài)進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)抽煙患者的腫瘤樣本中漿細(xì)胞存活時(shí)間長，并且腫瘤中的Memory B細(xì)胞的IgA與IgG基因相比于癌旁組織有顯著高的表達(dá)，表明其可能來自于生發(fā)中心的晚期階段，BCR分析發(fā)現(xiàn)在吸煙患者中，腫瘤特有克隆型擴(kuò)張程度較低，克隆多樣性較高，并且B細(xì)胞SHM發(fā)生的頻率隨著離腫瘤的距離逐漸發(fā)生變化，離腫瘤位置越近越容易突變。對(duì)TIBs的免疫調(diào)節(jié)進(jìn)行探究，TGFB1在癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞空間區(qū)域的顯著高表達(dá)可能與LUADs中IgA+PCs含量較高有關(guān)可能具有抑制免疫的功能，但仍需進(jìn)一步研究確認(rèn)。

這項(xiàng)工作深入探究了TIBs的表型異質(zhì)性在早期肺腺癌進(jìn)展和免疫病理中的作用，并為開發(fā)新型免疫治療策略提供了寶貴的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1] Mo S, Tang P, Luo W, Zhang L, Li Y, Hu X, Ma X, Chen Y, Bao Y, He X, Fu G, Xu X, Rao X, Li X, Guan R, Chen S, Deng Y, Lv T, Mu P, Zheng Q, Wang S, Liu F, Li Y, Sheng W, Huang D, Hu C, Gao J, Zhang Z, Cai S, Clevers H, Peng J, Hua G. Patient-Derived Organoids from Colorectal Cancer with Paired Liver Metastasis Reveal Tumor Heterogeneity and Predict Response to Chemotherapy. Adv Sci (Weinh). 2022 Sep 4:e2204097. doi: 10.1002/advs.202204097. Epub ahead of print. PMID: 36058001.

[2] Wang M, Chen X, Tan P, Wang Y, Pan X, Lin T, Jiang Y, Wang B, Xu H, Wang Y, Yang Y, Wang J, Zhao L, Zhang J, Zhong A, Peng Y, Du J, Zhang Q, Zheng J, Chen J, Dai S, Na F, Lu Z, Liu J, Zheng X, Yang L, Zhang P, Han P, Gong Q, Zhong Q, Xiao K, Yang H, Deng H, Zhao Y, Shi H, Man J, Gou M, Zhao C, Dai L, Xue Z, Chen L, Wang Y, Zeng M, Huang C, Wei Q, Wei Y, Liu Y, Chen C. Acquired semi-squamatization during chemotherapy suggests differentiation as a therapeutic strategy for bladder cancer. Cancer Cell. 2022 Sep 12;40(9):1044-1059.e8. doi: 10.1016/j.ccell.2022.08.010. PMID: 36099882.

[3] Nobre AR, Dalla E, Yang J, Huang X, Wullkopf L, Risson E, Razghandi P, Anton ML, Zheng W, Seoane JA, Curtis C, Kenigsberg E, Wang J, Aguirre-Ghiso JA. ZFP281 drives a mesenchymal-like dormancy program in early disseminated breast cancer cells that prevents metastatic outgrowth in the lung. Nat Cancer. 2022 Sep 1. doi: 10.1038/s43018-022-00424-8. Epub ahead of print. PMID: 36050483.

[4] Hao D, Han G, Sinjab A, Gomez-Bolanos LI, Lazcano R, Serrano A, Hernandez SD, Dai E, Cao X, Hu J, Dang M, Wang R, Chu Y, Song X, Zhang J, Parra ER, Wargo JA, Swisher SG, Cascone T, Sepesi B, Futreal AP, Li M, Dubinett SM, Fujimoto J, Solis Soto LM, Wistuba II, Stevenson CS, Spira A, Shalapour S, Kadara H, Wang L. The Single-Cell Immunogenomic Landscape of B and Plasma Cells in Early-Stage Lung Adenocarcinoma. Cancer Discov. 2022 Sep 13:CD-21-1658. doi: 10.1158/2159-8290.CD-21-1658. Epub ahead of print. PMID: 36098652.

免責(zé)聲明：本文資源來源于網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有，本文資源僅供學(xué)習(xí)使用，不作任何商業(yè)用途，若有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系后臺(tái)刪除。