乳腺癌單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組文章匯總（一）

發(fā)稿時(shí)間：2019-12-05來(lái)源：天昊生物

上一期我們對(duì)5篇肝癌單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組文章的內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)單總結(jié)，本期集中在乳腺癌上。根據(jù)最新的乳腺癌綜述文章報(bào)道：乳腺癌是全球女性最常見(jiàn)的惡性腫瘤，約70-80%的早期非轉(zhuǎn)移性疾病患者可治愈。晚期乳腺癌伴遠(yuǎn)端器官轉(zhuǎn)移被認(rèn)為是目前可用的治療方法所無(wú)法治愈的。在分子水平上，乳腺癌是一種異質(zhì)性疾病，其分子特征包括人表皮生長(zhǎng)因子受體2 （HER2, ERBB2編碼）的激活，激素受體（雌激素受體和孕激素受體）的激活和/或BRCA突變。治療策略根據(jù)分子亞型的不同而不同（Nat Rev Dis Primers, 2019 Sep 23）。

以(((((transcriptome) OR transcriptomics) OR RNA sequencing) OR RNA-seq) AND single cell) AND breast cancer作為關(guān)鍵詞，通過(guò)PubMed檢索發(fā)現(xiàn)多篇文章涉及到乳腺癌的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組研究，精選了其中6篇CNS系列文章，5篇Nature Communications，1篇Genome Biology和1篇Cell Reports。

（一）

這篇文章發(fā)表在2014年8月的Cell上，利用早期的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組方法比較了乳腺癌患者的15個(gè)單個(gè)CTC細(xì)胞和14個(gè)CTC clusters的轉(zhuǎn)錄組信息。

主要內(nèi)容：循環(huán)腫瘤細(xì)胞簇(CTC簇)存在于癌癥患者的血液中，但其對(duì)轉(zhuǎn)移的貢獻(xiàn)尚不明確。利用標(biāo)記了乳腺腫瘤的小鼠模型，我們證明了CTC簇來(lái)自于寡克隆的腫瘤細(xì)胞群，而不是來(lái)自于血管內(nèi)聚集事件。雖然與單個(gè)CTC相比，CTC簇在血液中比較少見(jiàn)，但CTC簇增加了23-50倍的轉(zhuǎn)移潛能。在10位轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者中，對(duì)來(lái)源于同一樣本配對(duì)的CTC簇和單個(gè)CTCs進(jìn)行單細(xì)胞分辨率RNA測(cè)序（方法參考2010年湯富酬Nature Protocols），發(fā)現(xiàn)細(xì)胞連接成分高表達(dá)的盤狀球蛋白（plakoglobin）。在小鼠模型中，敲低plakoglobin可抑制CTC簇的形成并抑制肺轉(zhuǎn)移。在乳腺癌患者中，CTC簇的豐度和高的腫瘤盤狀球蛋白水平都提示了不良結(jié)果。因此，CTC簇是由原發(fā)腫瘤細(xì)胞的多細(xì)胞群通過(guò)plakoglobin依賴的細(xì)胞間黏附結(jié)合在一起而形成的，雖然罕見(jiàn)，但它們對(duì)癌癥的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散起了重要作用。

（二）

2019年2月這篇Nature在研究對(duì)象上與前邊提到的2014年8月份的Cell較為接近，同樣揭示了CTC相關(guān)的cluster在促進(jìn)乳腺癌轉(zhuǎn)移過(guò)程中的重要作用。

主要內(nèi)容：更好地理解定義癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞之間相互作用的特征對(duì)于開(kāi)發(fā)新的癌癥治療方法是很重要的。然而，重點(diǎn)往往放在了原發(fā)腫瘤及其微環(huán)境的相互作用上，而免疫細(xì)胞在患者的癌癥散播過(guò)程中的作用很大程度上仍未確定。循環(huán)腫瘤細(xì)胞（CTCs）是一些癌種轉(zhuǎn)移的前體細(xì)胞（precursors），有時(shí)可在血液中與非惡性細(xì)胞，如白細(xì)胞（WBCs）結(jié)合。這些CTC結(jié)合的WBCs的身份和功能，以及定義WBCs和CTCs相互作用的分子特征均是未知的。在此，我們從乳腺癌患者和小鼠模型中分離并鑒定了單個(gè)CTC相關(guān)的WBCs，以及與每個(gè)CTC-WBC簇相對(duì)應(yīng)的癌細(xì)胞。我們使用單細(xì)胞RNA測(cè)序顯示出在大多數(shù)病例中CTCs與中性粒細(xì)胞相關(guān)（Smart-seq2）。在比較中性粒細(xì)胞相關(guān)的CTCs與單獨(dú)的CTCs的轉(zhuǎn)錄組特征時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了一些差異表達(dá)的基因，它們勾勒出細(xì)胞周期進(jìn)展，導(dǎo)致更有效的轉(zhuǎn)移形成。此外，我們確定了細(xì)胞與細(xì)胞連接和細(xì)胞因子與受體對(duì)，其定義了CTC和中性粒細(xì)胞群，代表了轉(zhuǎn)移過(guò)程的關(guān)鍵缺陷。因此，中性粒細(xì)胞和CTC之間的聯(lián)系在血液中驅(qū)動(dòng)了細(xì)胞周期進(jìn)展，并擴(kuò)展了CTC的轉(zhuǎn)移潛能，為靶向這種相互作用治療乳腺癌提供了理論基礎(chǔ)。

（三）

2018年5月份的這篇Cell主要結(jié)合單細(xì)胞核的DNA測(cè)序、單細(xì)胞RNA測(cè)序和bulk外顯子測(cè)序分析治療進(jìn)展的樣本中化療影響的基因組和轉(zhuǎn)錄組信息的變化。

主要內(nèi)容：三陰性乳腺癌(TNBC)是乳腺癌中一種侵襲性的亞型，常對(duì)化療產(chǎn)生耐藥性。一個(gè)尚未解決的問(wèn)題是，抗性是由罕見(jiàn)的已存在的克隆選擇引起的，還是通過(guò)獲取新的基因組畸變引起的。為了研究這個(gè)問(wèn)題，我們對(duì)20例TNBC患者進(jìn)行新輔助化療(NAC)期間的縱向樣本進(jìn)行單細(xì)胞核DNA和RNA測(cè)序（參考2017年NC文章）、bulk外顯子測(cè)序。深度的外顯子測(cè)序發(fā)現(xiàn)10例患者NAC導(dǎo)致克隆的消失，而10例患者在治療后克隆依舊存在。在8例患者中，我們進(jìn)行了更詳細(xì)的研究，使用單細(xì)胞DNA測(cè)序分析了900個(gè)細(xì)胞，單細(xì)胞RNA測(cè)序分析了6862個(gè)細(xì)胞。我們的數(shù)據(jù)顯示耐藥基因型是預(yù)先存在的，并且通過(guò)NAC進(jìn)行適應(yīng)性選擇，而轉(zhuǎn)錄組特征則是通過(guò)對(duì)TNBC患者化療的反應(yīng)進(jìn)行重編程而獲得的。

（四）

2018年8月的Cell分別用兩種單細(xì)胞RNA測(cè)序平臺(tái)解析了乳腺癌免疫細(xì)胞表型多樣性的原因，展示了乳腺癌免疫微環(huán)境圖譜。

主要內(nèi)容：了解腫瘤微環(huán)境中的免疫細(xì)胞表型對(duì)于理解腫瘤進(jìn)展機(jī)制和免疫治療反應(yīng)是至關(guān)重要的。我們使用單細(xì)胞RNA-seq分析了8例乳腺癌中的45000個(gè)免疫細(xì)胞（CD45+），包括正常乳腺組織、血液和淋巴結(jié)樣本（inDrop平臺(tái)）。我們開(kāi)發(fā)了預(yù)處理流程—SEQC，以及貝葉斯聚類和標(biāo)準(zhǔn)化方法—Biscuit，以解決單細(xì)胞數(shù)據(jù)固有的計(jì)算挑戰(zhàn)。盡管在正常和腫瘤組織免疫細(xì)胞之間有顯著的相似性，但我們觀察到腫瘤微環(huán)境特異的持續(xù)表型擴(kuò)張。分析27,000個(gè)額外CD3+ T細(xì)胞配對(duì)的單細(xì)胞RNA測(cè)序和T細(xì)胞受體（TCR）測(cè)序數(shù)據(jù)（10x平臺(tái)），揭示了TCR利用對(duì)表型多樣性的組合的影響。我們的研究結(jié)果支持了T細(xì)胞持續(xù)激活的模型，但與癌癥巨噬細(xì)胞極化模型不一致。我們的研究結(jié)果對(duì)腫瘤浸潤(rùn)免疫細(xì)胞的表征具有重要意義。

（五）

2018年6月的Nature Medicine利用10x單細(xì)胞平臺(tái)展示了乳腺癌中腫瘤浸潤(rùn)性T細(xì)胞的異質(zhì)性，轉(zhuǎn)錄組信息可以用于分子特征發(fā)現(xiàn)和預(yù)后評(píng)價(jià)。

主要內(nèi)容：乳腺癌(BC)中腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞(TILs)的數(shù)量是改善患者生存的一個(gè)強(qiáng)有力的預(yù)后指標(biāo)，特別是在三陰性和HER2過(guò)表達(dá)的BC亞型中。雖然T細(xì)胞在TIL群中占主導(dǎo)地位，但T細(xì)胞亞群的數(shù)量和質(zhì)量差異與患者預(yù)后之間的關(guān)系仍不清楚。我們對(duì)人BCs中分離的6,311個(gè)T細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測(cè)序(scRNA-seq)，結(jié)果顯示浸潤(rùn)的T細(xì)胞群存在顯著的異質(zhì)性（10x平臺(tái)）。我們證明了具有高數(shù)量TILs的BCs含有的CD8+ T細(xì)胞具有組織常駐記憶T (T_RM)細(xì)胞分化特征的，這些CD8+ T_RM細(xì)胞表達(dá)了高水平的免疫檢查點(diǎn)分子和效應(yīng)蛋白。根據(jù)scRNA-seq數(shù)據(jù)獲得的一個(gè)CD8+ T_RM基因特征與早期三陰性乳腺癌(TNBC)患者生存期的改善顯著相關(guān)，且其預(yù)后優(yōu)于單獨(dú)的CD8表達(dá)。我們的數(shù)據(jù)表明CD8+ T_RM細(xì)胞參與了BC的免疫監(jiān)測(cè)，是免疫檢查點(diǎn)抑制調(diào)控的關(guān)鍵靶點(diǎn)。進(jìn)一步了解T_RM細(xì)胞的發(fā)育、維持和調(diào)控對(duì)乳腺癌成功的免疫治療的開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。

（六）

2018年12月的Cancer Cell文章借助于單細(xì)胞分析確定了內(nèi)分泌抗性是由于選擇一個(gè)預(yù)先存在的獨(dú)特的細(xì)胞群，轉(zhuǎn)錄組的異質(zhì)性與耐藥有關(guān)，表觀治療的藥物可能對(duì)癌癥治療有關(guān)鍵作用。

主要內(nèi)容：KDM5組蛋白H3賴氨酸4去甲基化酶家族成員與治療耐藥相關(guān)，包括乳腺癌的內(nèi)分泌抗性，但其潛在機(jī)制尚不明確。我們發(fā)現(xiàn)KDM5A/B的遺傳缺失或KDM5活性的抑制通過(guò)調(diào)控雌激素受體(ER)信號(hào)和減少細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組異質(zhì)性來(lái)增加抗雌激素的敏感性。KDM5B的高表達(dá)與ER+乳腺腫瘤的高轉(zhuǎn)錄組異質(zhì)性和不良預(yù)后有關(guān)。單細(xì)胞RNA測(cè)序（inDrop平臺(tái)）、細(xì)胞條形碼(barcoding)和數(shù)學(xué)模型證實(shí)了內(nèi)分泌抗性是由于選擇已有的遺傳上不同的細(xì)胞，而KDM5抑制劑抗性是后天獲得的。我們的發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了細(xì)胞表型異質(zhì)性在耐藥中的重要性，并確定KDM5A/B是這一過(guò)程的關(guān)鍵調(diào)控因子。

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