肝癌單細胞轉(zhuǎn)錄組文章匯總

發(fā)稿時間：2019-11-22來源：天昊生物

上一期我們對肺癌單細胞轉(zhuǎn)錄組測序文章的內(nèi)容進行了簡單總結(jié)，本期集中在肝癌上。根據(jù)新英格蘭醫(yī)學雜志最新文章顯示：在世界范圍內(nèi)，肝癌是癌癥相關(guān)死亡的第四大常見原因，發(fā)病率排名第六，肝細胞癌（HCC）約占所有肝癌發(fā)病率的90%。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的年度預測，2030年將有100多萬患者死于肝癌。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PubMed設(shè)置的單細胞轉(zhuǎn)錄組相關(guān)的多個關(guān)鍵詞檢索發(fā)現(xiàn)，截止到11月14日肝癌單細胞轉(zhuǎn)錄組相關(guān)的文章共有5篇（單細胞轉(zhuǎn)錄組為主線內(nèi)容）。

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

單細胞基因組、DNA甲基化組和轉(zhuǎn)錄組測序方法已經(jīng)分別被建立起來，然而，為了準確分析轉(zhuǎn)錄組、基因組和DNA甲基化組相互調(diào)控的機制，有必要將這些組學方法在同一個單細胞中進行。因此，以上科研團隊開發(fā)出了一種單細胞三組學測序技術(shù)——scTrio-seq，用于同時分析單個哺乳動物細胞的基因組拷貝數(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會導致獲得或丟失的基因組區(qū)域內(nèi)RNA表達的比例變化，而這些CNVs通常不會影響這些區(qū)域的DNA甲基化。另外，將scTrio-seq應(yīng)用于來源于人HCC組織樣本的25個單個癌細胞中，基于單個細胞的CNVs、DNA甲基化組和轉(zhuǎn)錄組信息發(fā)現(xiàn)了兩個細胞亞群。這項工作提供了一個新的途徑來剖析細胞群中基因組和表觀基因組的異質(zhì)性對轉(zhuǎn)錄組異質(zhì)性的復雜貢獻。

 

2017年6月北京大學生物動態(tài)光學成像中心（現(xiàn)北京大學生物醫(yī)學前沿創(chuàng)新中心，BIOPIC）張澤民課題組、首都醫(yī)科大學附屬北京世紀壇醫(yī)院胃腸肝膽腫瘤外科彭吉潤課題組、美國安進公司歐陽文軍團隊合作利用單細胞RNA測序技術(shù)揭示了肝癌中浸潤性T細胞圖譜。

對腫瘤浸潤淋巴細胞的系統(tǒng)性研究是開發(fā)免疫療法和預測其在癌癥中的臨床反應(yīng)的關(guān)鍵。本項研究對來源于6例肝細胞癌（HCC）患者的外周血、腫瘤及癌旁正常組織的T細胞進行分離，利用單細胞轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)（Smart-Seq2等方法）分析了5,063個T細胞信息。結(jié)合這些單細胞的轉(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別11個T細胞亞群，并且描繪出它們的發(fā)展軌跡。在HCC中耗竭的CD8⁺ T細胞和Tregs細胞等特定亞群優(yōu)先被富集并且可能出現(xiàn)克隆的擴增，而且發(fā)現(xiàn)了每個亞群的特征基因。其中的一個基因LAYN在激活的CD8⁺ T細胞和Tregs細胞中呈表達上調(diào)，在體外實驗中也驗證其能夠抑制CD8⁺ T細胞功能。因此，這項研究的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)為了解癌癥的免疫圖譜提供了有價值的見解和豐富的資源。

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

2018年7月美國國家癌癥研究所的科研團隊利用單細胞轉(zhuǎn)錄組分析揭示了肝細胞癌中的干細胞異質(zhì)性（詳見Hepatology--單細胞轉(zhuǎn)錄組測序：僅1個組織樣本+2種細胞系）。

肝細胞癌（HCC）的異質(zhì)性對于其治療是個巨大的阻礙，然而在單細胞水平上揭示HCC瘤內(nèi)異質(zhì)性的報道還十分有限。腫瘤干細胞（CSCs）在腫瘤異質(zhì)性中扮演重要角色，同時助長了治療抗性、腫瘤復發(fā)和轉(zhuǎn)移。

研究人員首先對肝CSCs表型和異質(zhì)性進行驗證，發(fā)現(xiàn)HuH1和HuH7細胞系無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。利用單個細胞表面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marker表達的CSC中生物學差異是否與不同的分子特征相關(guān)，利用SMART-seq技術(shù)對單細胞轉(zhuǎn)錄組進行表征，發(fā)現(xiàn)無論是HCC細胞系還是新鮮分離的腫瘤樣本，每個細胞群下的單個細胞其轉(zhuǎn)錄組是不同的，但是這樣的不同在10個或100個細胞的pool中會消失，這表明轉(zhuǎn)錄組的異質(zhì)性確實在單細胞水平上存在，而在pool樣本中顯著降低。最后為了確定整體細胞群的多樣性，利用10x Genomics技術(shù)對HuH1, HuH7和P1（患者）中的3847個細胞進行單細胞轉(zhuǎn)錄組測序，發(fā)現(xiàn)與明確的marker狀態(tài)下單細胞測序數(shù)據(jù)一致，出現(xiàn)明顯不同的細胞類型，進而驗證了細胞間的異質(zhì)性存在。

 

2019年7月德國和法國科研團隊合作利用單細胞RNA測序技術(shù)構(gòu)建了正常肝臟組織的細胞圖譜，揭示了其中的異質(zhì)性和上皮祖細胞，同時將該圖譜應(yīng)用在HCC細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，對肝臟的細胞組成仍然知之甚少。因此這項研究對來自9個人供體的正常肝組織中的大約10,000個細胞進行了單細胞RNA測序（mCEL-Seq2方法），以構(gòu)建一個人體的肝細胞圖譜。分析發(fā)現(xiàn)了以前未知的內(nèi)皮細胞、Kupffer細胞和肝細胞亞型，其中一些細胞群具有轉(zhuǎn)錄組范圍內(nèi)的成帶（zonation）。

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

 

2019年10月北京大學BIOPIC張澤民課題組、任仙文課題組、首都醫(yī)科大學附屬北京世紀壇醫(yī)院胃腸肝膽腫瘤外科彭吉潤課題組、勃林格殷格翰公司劉康團隊合作利用單細胞轉(zhuǎn)錄組測序揭示了HCC中單個免疫細胞圖譜和動態(tài)變化。

HCC免疫微環(huán)境很少被研究。這項研究聯(lián)合了兩種單細胞RNA測序技術(shù)——10x Genomics和SMART-seq2，對來源于16例無治療肝癌患者的腫瘤和四個免疫相關(guān)位點（癌旁、肝淋巴結(jié)、血液和腹水）的CD45⁺細胞進行分析（超過75,000個細胞）。10x Genomics和SMART-seq2數(shù)據(jù)的整合分析可以發(fā)現(xiàn)不同HCC組織中多種免疫細胞亞群。

一類LAMP3⁺樹突細胞(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還表達多種免疫相關(guān)配體，并顯示出調(diào)節(jié)多種亞型淋巴細胞的潛力。在腫瘤中表現(xiàn)出獨特轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的巨噬細胞中，腫瘤相關(guān)巨噬細胞(TAMs)與預后不良相關(guān)，而且確定了SLC40A1和GPNMB在這些細胞中的炎癥作用。此外，腹水中的骨髓細胞和淋巴細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⁺細胞類型的動態(tài)特性，為HCC的免疫圖譜提供了新的視角。與2017年的文章類似，基于這項研究結(jié)果研究人員也開發(fā)了交互式、基于web的工具(http://cancer-pku.cn:3838/HCC/)。

 

 

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