單細(xì)胞和空間技術(shù)是推動(dòng)乳腺癌研究的途徑

研究表明：在美國(guó)，大約1/8的女性會(huì)患上浸潤(rùn)性乳腺癌，這一數(shù)字大約是美國(guó)女性總數(shù)的13%。而男性也未能幸免：大約833人中就有1人被診斷出患有乳腺癌。根據(jù)美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)的論述，乳腺癌最重要的風(fēng)險(xiǎn)因素是女性和變老,而我們卻對(duì)這兩項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素?zé)o能為力。因此，雖然預(yù)防是關(guān)鍵，但盡可能多地了解疾病進(jìn)展和治療反應(yīng)是尤為重要的。

從開始梳理腫瘤微環(huán)境的單細(xì)胞基因表達(dá)研究，到基于局部空間基因表達(dá)的腫瘤細(xì)胞類型圖譜——隨著單細(xì)胞和空間技術(shù)的到來(lái)，乳腺癌研究領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。

基于激素受體陽(yáng)性、HER2陽(yáng)性和三陰性乳腺癌（TNBC）^[1] 相關(guān)基因表達(dá)，乳腺癌可以細(xì)分為5個(gè)分子亞型。然而，相對(duì)而言，科學(xué)家們對(duì)乳腺癌復(fù)雜的腫瘤微環(huán)境（TME）、腫瘤如何與免疫系統(tǒng)和其他周圍細(xì)胞和組織相互作用以及這種活動(dòng)對(duì)預(yù)后和治療意味著什么知之甚少。隨著單細(xì)胞和空間技術(shù)的出現(xiàn)，科學(xué)家們正在彌合這一知識(shí)鴻溝。在這里，我們精選了四篇文章，研究人員在單細(xì)胞水平上定義和表征乳腺癌方面取得了重大進(jìn)展。通過這些研究能夠讓我們更多地了解不同類型乳腺癌的發(fā)展和轉(zhuǎn)移背后的機(jī)制，同時(shí)也將轉(zhuǎn)化研究和臨床試驗(yàn)推向個(gè)性化治療，為乳腺癌的治療帶來(lái)希望。
 

一種正在增殖的乳腺癌細(xì)胞。圖片來(lái)源：阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校。

創(chuàng)建圖譜：以單細(xì)胞、空間分辨率繪制人類乳腺癌
在第一項(xiàng)研究“人類乳腺癌的單細(xì)胞和空間解析圖譜”中^[2]，由加文醫(yī)學(xué)研究所的Sunny Wu博士帶領(lǐng)的研究人員使用Chromium Single Cell Gene Expression以及Visium Spatial Gene Expression來(lái)創(chuàng)建具有空間分辨率的乳腺癌單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組圖譜。對(duì)26個(gè)原發(fā)腫瘤進(jìn)行單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq），鑒定了所有腫瘤和亞型的所有主要細(xì)胞類型。將他們開發(fā)的用于內(nèi)在分子亞型分型的scRNA-seq兼容方法與從scRNA-seq數(shù)據(jù)中識(shí)別的基因特征相結(jié)合，從而能夠?qū)δ[瘤進(jìn)行分類并顯示重復(fù)基因模塊（GM）或?qū)е履[瘤內(nèi)常見的細(xì)胞異質(zhì)性的同期表達(dá)基因組。

在六個(gè)樣本上使用Visium空間基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)TNBC樣本中GM3（EMT、IFN、MHC）和GM4（增殖標(biāo)志物）富集，而GM1和GM5（ER，管腔）富集了雌激素受體陽(yáng)性（ER+）案例。有趣的是，研究發(fā)現(xiàn)GM3和GM4表型僅出現(xiàn)在其他表型不出現(xiàn)的乳腺癌區(qū)域。通過在單細(xì)胞和空間水平上進(jìn)一步描述乳腺腫瘤，它們的圖譜可用于改進(jìn)乳腺癌的分類。
 

通過成像檢測(cè)到的單個(gè)乳腺癌細(xì)胞。圖片來(lái)源：澳大利亞ABC新聞。

通過跟蹤克隆擴(kuò)增來(lái)表征乳腺癌轉(zhuǎn)移
在第二項(xiàng)研究“乳腺癌轉(zhuǎn)移的部位決定了它們的克隆組成和可逆轉(zhuǎn)錄組學(xué)特征”中^[3]，由Olivia Newton-John癌癥研究所的Jean Berthelet博士帶領(lǐng)的科學(xué)家們采用了光學(xué)條形碼技術(shù)以及單細(xì)胞基因表達(dá)譜來(lái)研究TNBC轉(zhuǎn)移過程中克隆細(xì)胞的相互作用網(wǎng)絡(luò)，與其他乳腺癌亞型相比，TNBC與更差的預(yù)后和更高的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。

對(duì)TNBC乳腺癌細(xì)胞系和兩個(gè)轉(zhuǎn)移部位（肺和肝）的條形碼亞克隆進(jìn)行scRNA-seq，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移在肺中是高度多克隆的，但在肝中沒有。此外，亞克隆轉(zhuǎn)錄組變異性表明，在原發(fā)性腫瘤中占主導(dǎo)地位的亞克隆在發(fā)生轉(zhuǎn)移的組織中仍然占主導(dǎo)地位。比較不同條形碼亞克隆的基因表達(dá)譜，研究確定了1,366個(gè)差異表達(dá)基因的轉(zhuǎn)移位點(diǎn)驅(qū)動(dòng)特征；其中，與肝轉(zhuǎn)移相比，腫瘤壞死因子-α通路在肺中強(qiáng)烈上調(diào)。這些結(jié)果表明TME驅(qū)動(dòng)了轉(zhuǎn)移灶中的異質(zhì)性。
 

乳腺癌細(xì)胞離開原始腫瘤并擴(kuò)散到身體的其他部位。圖片來(lái)源：Quest/Science Source（來(lái)自紀(jì)念斯隆凱特琳癌癥中心）。

預(yù)測(cè)T細(xì)胞生物標(biāo)志物以進(jìn)行有效的免疫檢查點(diǎn)阻斷免疫療法
在第三項(xiàng)研究“乳腺癌患者抗PD1治療期間腫瘤內(nèi)變化的單細(xì)胞圖譜”中^[4]，VIB-KULeuven中心的博士生Ayse Bassez帶領(lǐng)科學(xué)家使用轉(zhuǎn)錄組和免疫分析構(gòu)建了腫瘤內(nèi)變化的單細(xì)胞圖譜。免疫檢查點(diǎn)阻斷（ICB）加化療可改善治療反應(yīng)^[5]，但并非所有患者都對(duì)新輔助ICB有反應(yīng)。為了探究原因，他們?cè)诨�療前用抗PD1（一種常見的ICB抗體療法）治療了40名患者，并跟蹤了腫瘤內(nèi)的變化。

在兩個(gè)隊(duì)列中（一個(gè)接受抗PD1，一個(gè)接受化療，然后接受抗PD1）使用單細(xì)胞免疫分析對(duì)匹配的治療前和治療后活檢進(jìn)行scRNA-seq和T細(xì)胞受體作圖。9名患者在治療后進(jìn)行了T細(xì)胞克隆型擴(kuò)增。在選擇T細(xì)胞擴(kuò)增和治療階段時(shí)使用scRNA-seq數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在抗PD1治療后表達(dá)PD1的T細(xì)胞增加。在處理前擴(kuò)增的T細(xì)胞與未擴(kuò)增的T細(xì)胞之間鑒定出差異表達(dá)的基因，發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞中的表達(dá)特征可用于預(yù)測(cè)T細(xì)胞的擴(kuò)增。繪制的與抗PD1治療后T細(xì)胞擴(kuò)增相關(guān)的治療前免疫TME圖可以提供對(duì)臨床生物標(biāo)志物的深入了解。


解決原位管癌（乳腺癌的早期階段）的異質(zhì)性
在第四項(xiàng)研究“基因組分析揭示了乳腺原位導(dǎo)管癌的異質(zhì)性群體”中^[6]，東京大學(xué)的Satoi Nagasawa醫(yī)學(xué)博士帶領(lǐng)的一組科學(xué)家使用Visium空間基因表達(dá)來(lái)揭示乳腺癌腫瘤內(nèi)的細(xì)胞多樣性。導(dǎo)管原位癌（DCIS）是乳腺癌的早期階段，可能發(fā)展為浸潤(rùn)性導(dǎo)管癌。然而，很難確定誰(shuí)是高危需要手術(shù)的人，因此確定危險(xiǎn)因素對(duì)評(píng)估和治療至關(guān)重要。

在這項(xiàng)研究中，研究人員首先使用傳統(tǒng)方法選擇并驗(yàn)證了DCIS的基因組風(fēng)險(xiǎn)因素—GATA3和PIK3CA突變。通過使用三個(gè)特定案例對(duì)DCIS進(jìn)行空間轉(zhuǎn)錄組分析，結(jié)果表明具有GATA3突變的DCIS細(xì)胞有時(shí)會(huì)發(fā)展為浸潤(rùn)性癌癥。然而，具有PIK3CA突變的DCIS細(xì)胞不會(huì)導(dǎo)致癌癥�？傊�，使用新標(biāo)記對(duì)DCIS進(jìn)行更準(zhǔn)確的分類對(duì)于決定正確的治療至關(guān)重要。

乳腺癌的主要組織學(xué)類型。從左上到右下：導(dǎo)管、髓質(zhì)、管狀、篩狀、粘液性和（鱗狀）化生性乳腺癌。圖片來(lái)源：腫瘤學(xué)和血液學(xué)中的遺傳學(xué)和細(xì)胞遺傳學(xué)圖譜。

朝著更好的診斷和治療邁進(jìn)
很明顯，單細(xì)胞和空間技術(shù)正在推進(jìn)我們對(duì)乳腺癌發(fā)展、進(jìn)展和治療的理解，超出了使用傳統(tǒng)方法的想象。無(wú)論是使用新創(chuàng)建的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜，還是使用基因表達(dá)和免疫分析來(lái)更好地描述疾病狀態(tài)，臨床研究人員越來(lái)越多地掌握了更好地診斷、分層和提供針對(duì)乳腺癌的個(gè)性化治療的方法。

參考文獻(xiàn)