新型單細胞測序技術：準確描述單個癌細胞的空間信息

德克薩斯大學醫學院安德森癌癥中心的研究人員研發了一種新技術，并由此構建了新型遺傳模型，解釋了一種常見的早期乳腺癌（乳腺導管內原位癌，DCIS）是如何發展為更具侵襲性的癌癥形式。

這一研究成果公布在 1 月 4 日的 Cell 雜志上，該研究為了解 DCIS 如何發展成浸潤性導管癌（IDC）提出了新見解，并為回答為何一些此類癌癥未被發現這一問題提供了新解釋。

論文作者，安德森癌癥中心遺傳學副教授 Nicholas Navin 博士表示，雖然 DCIS 是早期乳腺癌最常見的形式，可以通過乳腺影像檢查發現，但是還是會有 10% 到 30% 的此類癌癥患者發展到 IDC。由于組織分析中存在一些技術難題，因此 DCIS 到底是如何從遺傳上發生轉變的，依然未知。

其中的問題在于腫瘤本身，細胞往往各有各不同的遺傳特征，這被稱為腫瘤內異質性。它們獨特的細胞構成使得治療變得更加困難。

要想了解腫瘤異質性，此前的單細胞 DNA 測序方法已經走出了第一步，也成為了理解腫瘤內異質性的有力工具，但是這種方法會剔除掉關于個體腫瘤細胞在組織內精確定位的信息。細胞空間數據對于了解腫瘤細胞是否屬于 DCIS 或 IDC 至關重要。為此研究人員開發了一種新工具：‘地形’單細胞測序（topographic single cell sequencing，TSCS），這種新工具能更準確地測量和描述單個腫瘤細胞的具體特征。

Navin 的研究小組發現，在癌細胞基因組發生變化之后，癌癥克隆可以通過“突破”被稱為基底膜的薄層組織來傳播。他們發現多個癌細胞克隆可以從導管共同遷移到相鄰區域，形成侵入性腫瘤。

Navin 認為，TSCS 提供了有關細胞位置的空間信息，這代表了一個技術上的里程碑，此前的技術只能采用失去了所有空間信息的懸浮細胞。假設侵入細胞與導管中的一個或多個單細胞共享一個基因組譜系。研究人員利用 TSCS 對來自 10 位具有 DCIS 和 IDC 的患者的 1,293 個單細胞進行了分析。研究數據揭示了 DCIS 和 IDC 之間的直接基因組譜系，并進一步指出了入侵之前，在導管內發生的大多數突變和 DNA 拷貝數畸變。

“TSCS 和其他類似的單細胞測序方法在開發早期癌癥研究新途徑方面具有巨大的潛力。我們希望這些研究能揭示，為何一些惡性腫瘤前癌癥沒有發展成惡性腫瘤，而另外一些則發生進入了侵入形式，這一直都是一個神秘的問題。”

單細胞測序技術

單細胞 RNA 測序極大地推進了基因組學領域，使不同細胞類型得以精細區分，容許科學家們在單細胞水平進行疾病機制研究。與測序相結合的轉錄組和抗原表位細胞索引（Cellular Indexing of Transcriptomes and Epitopes by sequencing ，CITE-seq），通過轉錄組 / 信使 RNA（mRNA）測序，能同時測量單細胞表面成千上萬個表面蛋白標記物。

此前，一組科學家在 8000 個單細胞轉錄組中監測了 10 種表面蛋白，完成了迄今為止最大規模的多維單細胞分析論證。

CITE-seq 的蛋白質檢測組件建立在 DNA 條形碼抗體基礎上。伴隨著細胞轉錄組 DNA 條形碼抗體被捕獲，繼而產生序列讀出。單細胞表面蛋白和轉錄組信息檢測，原本近乎“魚和熊掌不可兼得”的兩個實驗，《Nature Methods》從檢測規模和靈敏度等方面證明了 CITE-seq 的強大功能，相信不久的將來，這種新型方法會在各大實驗室普及。

參考文獻：Multiclonal Invasion in Breast Tumors Identified by Topographic Single Cell Sequencing