肝癌單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組文章匯總

發(fā)稿時(shí)間：2019-11-22來(lái)源：天昊生物

上一期我們對(duì)肺癌單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序文章的內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)單總結(jié)，本期集中在肝癌上。根據(jù)新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志最新文章顯示：在世界范圍內(nèi)，肝癌是癌癥相關(guān)死亡的第四大常見(jiàn)原因，發(fā)病率排名第六，肝細(xì)胞癌（HCC）約占所有肝癌發(fā)病率的90%。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的年度預(yù)測(cè)，2030年將有100多萬(wàn)患者死于肝癌。肝癌的5年生存率為18%，是僅次于胰腺癌的第二大致死腫瘤。大部分的肝細(xì)胞癌發(fā)生在有潛在肝病的患者中，主要是乙型或丙型肝炎病毒(HBV或HCV)感染或酒精濫用造成的結(jié)果（N Engl J Med, 2019 Apr 11）。

以liver cancer或hepatocellular carcinoma為例，通過(guò)PubMed設(shè)置的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組相關(guān)的多個(gè)關(guān)鍵詞檢索發(fā)現(xiàn)，截止到11月14日肝癌單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組相關(guān)的文章共有5篇（單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組為主線(xiàn)內(nèi)容）。

2016年2月首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京世紀(jì)壇醫(yī)院胃腸肝膽腫瘤外科彭吉潤(rùn)課題組、北京大學(xué)生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心（現(xiàn)北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心，BIOPIC）黃巖誼、湯富酬課題組合作利用單細(xì)胞三種組學(xué)測(cè)序技術(shù)揭示了肝細(xì)胞癌（HCC）基因組、表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組的異質(zhì)性。

單細(xì)胞基因組、DNA甲基化組和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序方法已經(jīng)分別被建立起來(lái)，然而，為了準(zhǔn)確分析轉(zhuǎn)錄組、基因組和DNA甲基化組相互調(diào)控的機(jī)制，有必要將這些組學(xué)方法在同一個(gè)單細(xì)胞中進(jìn)行。因此，以上科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種單細(xì)胞三組學(xué)測(cè)序技術(shù)——scTrio-seq，用于同時(shí)分析單個(gè)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的基因組拷貝數(shù)變異（CNVs）、DNA甲基化組和轉(zhuǎn)錄組信息。

其中發(fā)現(xiàn)大范圍的CNVs會(huì)導(dǎo)致獲得或丟失的基因組區(qū)域內(nèi)RNA表達(dá)的比例變化，而這些CNVs通常不會(huì)影響這些區(qū)域的DNA甲基化。另外，將scTrio-seq應(yīng)用于來(lái)源于人HCC組織樣本的25個(gè)單個(gè)癌細(xì)胞中，基于單個(gè)細(xì)胞的CNVs、DNA甲基化組和轉(zhuǎn)錄組信息發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)細(xì)胞亞群。這項(xiàng)工作提供了一個(gè)新的途徑來(lái)剖析細(xì)胞群中基因組和表觀基因組的異質(zhì)性對(duì)轉(zhuǎn)錄組異質(zhì)性的復(fù)雜貢獻(xiàn)。

 

2017年6月北京大學(xué)生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心（現(xiàn)北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心，BIOPIC）張澤民課題組、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京世紀(jì)壇醫(yī)院胃腸肝膽腫瘤外科彭吉潤(rùn)課題組、美國(guó)安進(jìn)公司歐陽(yáng)文軍團(tuán)隊(duì)合作利用單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)揭示了肝癌中浸潤(rùn)性T細(xì)胞圖譜。

對(duì)腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞的系統(tǒng)性研究是開(kāi)發(fā)免疫療法和預(yù)測(cè)其在癌癥中的臨床反應(yīng)的關(guān)鍵。本項(xiàng)研究對(duì)來(lái)源于6例肝細(xì)胞癌（HCC）患者的外周血、腫瘤及癌旁正常組織的T細(xì)胞進(jìn)行分離，利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)（Smart-Seq2等方法）分析了5,063個(gè)T細(xì)胞信息。結(jié)合這些單細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組特征和組裝的TCR序列特征，能夠基于其分子和功能特性識(shí)別11個(gè)T細(xì)胞亞群，并且描繪出它們的發(fā)展軌跡。在HCC中耗竭的CD8⁺ T細(xì)胞和Tregs細(xì)胞等特定亞群優(yōu)先被富集并且可能出現(xiàn)克隆的擴(kuò)增，而且發(fā)現(xiàn)了每個(gè)亞群的特征基因。其中的一個(gè)基因LAYN在激活的CD8⁺ T細(xì)胞和Tregs細(xì)胞中呈表達(dá)上調(diào)，在體外實(shí)驗(yàn)中也驗(yàn)證其能夠抑制CD8⁺ T細(xì)胞功能。因此，這項(xiàng)研究的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)為了解癌癥的免疫圖譜提供了有價(jià)值的見(jiàn)解和豐富的資源。

為了方便廣大研究群體使用這項(xiàng)數(shù)據(jù)，研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)交互式、基于web的工具用于單個(gè)或多個(gè)用戶(hù)輸入基因的分析、可視化或下載單細(xì)胞數(shù)據(jù)(http://hcc.cancer-pku.cn)。

2018年7月美國(guó)國(guó)家癌癥研究所的科研團(tuán)隊(duì)利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析揭示了肝細(xì)胞癌中的干細(xì)胞異質(zhì)性（詳見(jiàn)Hepatology--單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序：僅1個(gè)組織樣本+2種細(xì)胞系）。

肝細(xì)胞癌（HCC）的異質(zhì)性對(duì)于其治療是個(gè)巨大的阻礙，然而在單細(xì)胞水平上揭示HCC瘤內(nèi)異質(zhì)性的報(bào)道還十分有限。腫瘤干細(xì)胞（CSCs）在腫瘤異質(zhì)性中扮演重要角色，同時(shí)助長(zhǎng)了治療抗性、腫瘤復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移。

研究人員首先對(duì)肝CSCs表型和異質(zhì)性進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)HuH1和HuH7細(xì)胞系無(wú)論在單分子層或球狀的狀態(tài)下，CSC亞群的異質(zhì)性均比較顯著。利用單個(gè)細(xì)胞表面marker能夠發(fā)現(xiàn)明顯的CSC亞群，它們具有高度的自我更新的能力。然后為了確定單個(gè)marker表達(dá)的CSC中生物學(xué)差異是否與不同的分子特征相關(guān)，利用SMART-seq技術(shù)對(duì)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是HCC細(xì)胞系還是新鮮分離的腫瘤樣本，每個(gè)細(xì)胞群下的單個(gè)細(xì)胞其轉(zhuǎn)錄組是不同的，但是這樣的不同在10個(gè)或100個(gè)細(xì)胞的pool中會(huì)消失，這表明轉(zhuǎn)錄組的異質(zhì)性確實(shí)在單細(xì)胞水平上存在，而在pool樣本中顯著降低。最后為了確定整體細(xì)胞群的多樣性，利用10x Genomics技術(shù)對(duì)HuH1, HuH7和P1（患者）中的3847個(gè)細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)與明確的marker狀態(tài)下單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)一致，出現(xiàn)明顯不同的細(xì)胞類(lèi)型，進(jìn)而驗(yàn)證了細(xì)胞間的異質(zhì)性存在。

 

2019年7月德國(guó)和法國(guó)科研團(tuán)隊(duì)合作利用單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)構(gòu)建了正常肝臟組織的細(xì)胞圖譜，揭示了其中的異質(zhì)性和上皮祖細(xì)胞，同時(shí)將該圖譜應(yīng)用在HCC細(xì)胞的表型變化的解釋中，相關(guān)成果發(fā)表在Nature上。

人的肝臟是一個(gè)必不可少的多功能器官。肝臟疾病的發(fā)病率正在上升，治療方法也很有限。然而，對(duì)肝臟的細(xì)胞組成仍然知之甚少。因此這項(xiàng)研究對(duì)來(lái)自9個(gè)人供體的正常肝組織中的大約10,000個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測(cè)序（mCEL-Seq2方法），以構(gòu)建一個(gè)人體的肝細(xì)胞圖譜。分析發(fā)現(xiàn)了以前未知的內(nèi)皮細(xì)胞、Kupffer細(xì)胞和肝細(xì)胞亞型，其中一些細(xì)胞群具有轉(zhuǎn)錄組范圍內(nèi)的成帶（zonation）。

數(shù)據(jù)顯示EPCAM⁺細(xì)胞群是異質(zhì)性的，包括ASGR1⁺肝細(xì)胞偏倚的細(xì)胞群和膽管細(xì)胞群，以及一類(lèi)TROP2^int祖細(xì)胞群，其具有很強(qiáng)的潛能形成雙能肝類(lèi)器官。作為驗(yàn)證，使用上述構(gòu)建的肝臟細(xì)胞圖譜來(lái)闡明發(fā)生在HCC細(xì)胞、移植到小鼠肝臟的人肝細(xì)胞和肝內(nèi)皮細(xì)胞中的表型變化。在HCC的驗(yàn)證工作中，對(duì)來(lái)源于3例患者的HCC組織進(jìn)行CD45⁺和CD45^-細(xì)胞進(jìn)行分離和單細(xì)胞測(cè)序，從腫瘤中恢復(fù)了一些細(xì)胞類(lèi)型，包括腫瘤細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、Kupffer細(xì)胞、NKT細(xì)胞和NK細(xì)胞，并將其與正常的肝細(xì)胞圖譜進(jìn)行比較。從中能夠總結(jié)出，通過(guò)比較HCC細(xì)胞群和肝細(xì)胞圖譜之間的scRNA-seq數(shù)據(jù)，可以推斷出細(xì)胞類(lèi)型間受干擾的基因表達(dá)特征、生物標(biāo)志物和調(diào)節(jié)的功能。這項(xiàng)人類(lèi)肝細(xì)胞圖譜提供了一個(gè)強(qiáng)大的資源，使我們能夠在正常和病變的肝臟中發(fā)現(xiàn)一些以前未知的細(xì)胞類(lèi)型。

 

2019年10月北京大學(xué)BIOPIC張澤民課題組、任仙文課題組、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京世紀(jì)壇醫(yī)院胃腸肝膽腫瘤外科彭吉潤(rùn)課題組、勃林格殷格翰公司劉康團(tuán)隊(duì)合作利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序揭示了HCC中單個(gè)免疫細(xì)胞圖譜和動(dòng)態(tài)變化。

HCC免疫微環(huán)境很少被研究。這項(xiàng)研究聯(lián)合了兩種單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)——10x Genomics和SMART-seq2，對(duì)來(lái)源于16例無(wú)治療肝癌患者的腫瘤和四個(gè)免疫相關(guān)位點(diǎn)（癌旁、肝淋巴結(jié)、血液和腹水）的CD45⁺細(xì)胞進(jìn)行分析（超過(guò)75,000個(gè)細(xì)胞）。10x Genomics和SMART-seq2數(shù)據(jù)的整合分析可以發(fā)現(xiàn)不同HCC組織中多種免疫細(xì)胞亞群。

一類(lèi)LAMP3⁺樹(shù)突細(xì)胞(DCs)似乎是常規(guī)DCs的成熟形式，而且具有從腫瘤向淋巴轉(zhuǎn)移的潛能。LAMP3⁺ DCs還表達(dá)多種免疫相關(guān)配體，并顯示出調(diào)節(jié)多種亞型淋巴細(xì)胞的潛力。在腫瘤中表現(xiàn)出獨(dú)特轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的巨噬細(xì)胞中，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)與預(yù)后不良相關(guān)，而且確定了SLC40A1和GPNMB在這些細(xì)胞中的炎癥作用。此外，腹水中的骨髓細(xì)胞和淋巴細(xì)胞主要分別與腫瘤和血液的起源有關(guān)。本研究揭示了不同CD45⁺細(xì)胞類(lèi)型的動(dòng)態(tài)特性，為HCC的免疫圖譜提供了新的視角。與2017年的文章類(lèi)似，基于這項(xiàng)研究結(jié)果研究人員也開(kāi)發(fā)了交互式、基于web的工具(http://cancer-pku.cn:3838/HCC/)。

 

 

天昊生物具有多年基因組、轉(zhuǎn)錄組和表觀組等多組學(xué)檢測(cè)與分析的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)推出的10x Genomics單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序可為您提供專(zhuān)業(yè)的科研服務(wù)及個(gè)性化的單細(xì)胞信息挖掘，期待成為您單細(xì)胞測(cè)序分析的優(yōu)質(zhì)服務(wù)提供商！

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