單細(xì)胞測序技術(shù)研究癌變腫瘤

來自冷泉港實(shí)驗(yàn)室、德州大學(xué)MD安德森癌癥研究中心等處的研究人員提出了一種分析研究癌變腫瘤的新方法，并且研究人員還發(fā)現(xiàn)腫瘤可能并不是逐步演變的，而是間斷性發(fā)生的。這對于腫瘤發(fā)生、轉(zhuǎn)移研究具有重要的意義，也有助于臨床腫瘤診斷。這一研究成果公布在《自然》在線版上。

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是冷泉港實(shí)驗(yàn)室遺傳學(xué)專家Michael Wigler教授，他曾揭示過自閉癥的遺傳機(jī)理，人類基因組的大范圍變異，以及乳腺癌分子機(jī)理等重要的疾病機(jī)理。

這種由冷泉港實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的分析方法就是單細(xì)胞測序技術(shù)（single cell sequencing，SNS），這種方法能準(zhǔn)確定量一個單細(xì)胞核中基因拷貝數(shù)目。癌細(xì)胞中，基因組部分被刪除，或者擴(kuò)增，從而引起關(guān)鍵基因的缺失，或者表達(dá)過量，干擾正常細(xì)胞生長，因此利用這種方法就能分析基因拷貝數(shù)目，從而診斷癌癥。

Wigler教授認(rèn)為，“這項研究證明我們能通過對癌變腫瘤中的一個單細(xì)胞進(jìn)行測序，獲得的高通量拷貝數(shù)”，“檢查同一癌癥的多個細(xì)胞，我們就能了解這種癌癥是如何發(fā)生與擴(kuò)散的”。

進(jìn)化贏家

一直以來，科學(xué)家們都認(rèn)為癌癥是細(xì)胞水平上的單個克隆疾病，從進(jìn)化上來說，就是所謂的“成功”腫瘤細(xì)胞——即能將其遺傳模板傳遞給下一代腫瘤細(xì)胞。癌細(xì)胞包含能快速擴(kuò)散的惡性克隆，也就是說，這些是在生長腫瘤的宿主環(huán)境中zui適生長的克隆，分析這些克隆能有助于了解為什么癌癥如此頑固，難以治療，以及它們是如何在毒性療法中存活下來的。

科學(xué)家們認(rèn)為癌細(xì)胞常常能在周圍癌細(xì)胞的基礎(chǔ)上進(jìn)化，因此遺傳異質(zhì)性的腫瘤細(xì)胞群體由于逐步的進(jìn)化，而變成了不同階段的化合物，但是在這篇文章中，來自冷泉港實(shí)驗(yàn)室的研究人員則認(rèn)為這種進(jìn)化更傾向于間斷化的，研究人員James Hicks說道，“嘗試判斷腫瘤的遺傳進(jìn)化過程是件非常復(fù)雜的事”，“不同細(xì)胞群相互交織著——位置上和解剖學(xué)上，從進(jìn)化上來說可以理解成存在差異，又相互混合的‘部落’，或者說是亞群。需要牢記的是腫瘤是混合性的，總是有某種無序的進(jìn)化在發(fā)生，這體現(xiàn)在染色體的重排，以及一些單腫瘤細(xì)胞中DNA單個堿基的突變等。而我們的研究結(jié)果表明，盡管到目前為之，還只分析了幾種有限的樣品，但是主要的克隆擴(kuò)增事件相對而言是比較罕見的，這也許可以作為靶向治療的靶標(biāo)。”

轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的影響

研究人員分析的第二種乳腺癌樣品是單基因型的，研究人員發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移至肝臟的腫瘤在基因型上非常接近，這些亞群并沒有混合在一起。文章采用了一種稱為染色體斷點(diǎn)分析（chromosomal breakpoint analysis）的方法，來分析不同腫瘤細(xì)胞亞群之間的，Hicks說“這些斷點(diǎn)記錄了細(xì)胞的歷史”，“它們是突變事件的產(chǎn)物，只要發(fā)生了DNA重排，就會出現(xiàn)這些記錄”。

許多腫瘤細(xì)胞（大約30%）就總體DNA數(shù)目而言，看上去和正常細(xì)胞一樣，研究人員將這種細(xì)胞稱為假二倍體（pseudodiploid），并采用新技術(shù)鑒別了這種細(xì)胞——利用傳統(tǒng)的方法是無法分辨這些細(xì)胞與正常細(xì)胞的。有人認(rèn)為這種細(xì)胞是未來克隆事件的潛在來源，還有人認(rèn)為這種細(xì)胞對于腫瘤轉(zhuǎn)移意義重大。

“我們希望了解轉(zhuǎn)移擴(kuò)散是如何發(fā)生的”，Hicks說，“而且現(xiàn)在我們有能力進(jìn)行詳細(xì)分析，從一個癌癥患者的正常抽血樣品中一般能觀察到5-20個腫瘤細(xì)胞，這是轉(zhuǎn)移的一個標(biāo)志，我們可以看到這每一個細(xì)胞，并且分析是否在這個原發(fā)腫瘤細(xì)胞群體中出現(xiàn)了一個新克隆，通過逐層，逐個細(xì)胞的分析，我們對腫瘤轉(zhuǎn)移擴(kuò)散，以及發(fā)生有了深入的了解。”