单细胞生物癌变、单细胞多组学测序技术

该研究描绘了肾透明细胞癌的单细胞转录组和表观基因组，并鉴定了肿瘤细胞特异性基因转录和表观基因组调控程序，可为设计更有效的治疗策略提供新线索。 —— 温家智浙江大学医学院附属第二医院泌尿外科主任医师肾细胞癌（以下简称肾细胞癌）是起源于肾小管上皮的恶性肿瘤。据国际癌症研究中心数据库GLOBOCAN统计，2020年肾癌发病率在全球恶性肿瘤中排名第14位，死亡率排名第15位。其中，我国肾癌新发病例约7.3万例，且数字仍在上升。透明细胞肾细胞癌是肾癌最常见的病理亚型。由于其复杂的肿瘤微环境，目前各种临床治疗策略的临床表现仍有待提高。深入表征透明细胞肾细胞癌微环境的细胞组成和基因组调控特征对于了解肿瘤的发病机制和制定新的治疗策略具有重要意义。不久前，浙江大学医学院附属第二医院泌尿外科温家明主任医师、王博涵副主任医师研究团队联合西湖实验室谢琪研究员团队，使用单细胞多组学技术揭示透明细胞肾细胞癌的关键。规范项目并发现潜在的治疗靶点。相关研究论文近期发表在国际期刊《细胞发现》上。从数以万计的单细胞中识别特殊蛋白质。肿瘤微环境由肿瘤细胞、免疫细胞、基质细胞、细胞外基质和多种因子组成，是一个非常复杂的生态环境。透明细胞肾细胞癌的肿瘤微环境具有高度异质性：同一恶性肿瘤在不同患者之间、同一患者体内不同部位、不同临床阶段的肿瘤细胞之间存在较大差异。这使得一些患者对靶向治疗非常抵触。治疗和免疫疗法可能最初不敏感或最终产生耐药性。在这项研究中，联合团队研究了4例透明细胞肾细胞癌患者的手术标本，并对患者的肿瘤组织进行了单细胞核转录组测序（scRNA-seq）和单细胞染色质可及性实验技术（scATAC） 。 -seq)分析，分别获得38097个和21272个单细胞。 “总体来说，实验获得的单细胞中，免疫细胞是透明细胞肾细胞癌微环境中的主要细胞群，占比70%以上，而肿瘤细胞占比不到10%，并且有还有一些正常的组织细胞。”温家明介绍道。通过设计严格的筛查策略并将其与公共人类癌症基因组图谱计划数据库（TCAGA-KIRC）相结合，研究人员确定了四种转录因子，它们在肿瘤细胞中特异性富集，并且与患者较差的预后和生存显着相关。具体来说，它们是蛋白质HOXC5、VENTX、ISL1 和OTP。基于scATAC-seq捕获的染色质开放信息，研究人员进一步鉴定了这些转录因子的下游靶基因，并构建了它们的表观遗传调控网络。他们的分析发现，这些转录因子的靶基因在缺氧环境和细胞增殖信号通路中显着富集，其中包括在肿瘤细胞群体中显着高表达的多个基因FXYD2和CRYAB。此外，结合之前的scRNA-seq数据，研究人员发现这些靶基因在肿瘤细胞群体中特异性富集。发现透明细胞肾细胞癌的潜在治疗靶点为了进一步研究这些转录因子对肿瘤细胞的影响，研究人员下调了肾癌细胞系和异种移植小鼠肿瘤模型中这些转录因子的表达水平，结果发现，抑制肿瘤细胞的生长。同时，结合国际发布的小分子化合物微扰数据库LINCS10，研究人员筛选出两种已获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于疾病治疗的药物进行对照试验。

在两种鉴定出的肾癌细胞系的培养过程中，研究人员将选定的药物按照预先确定的浓度添加到细胞培养基中，作为药物治疗组；同时，他们将选定的药物添加到对照组的培养基中。 DMSO 与药物治疗组的体积相当。药物治疗两天后，研究人员收集了药物治疗组和对照组的细胞，检测HOXC5、ISL1和VENTX的转录水平。经过检测发现，药物治疗组HOXC5、ISL1和VENTX的转录水平显着低于对照组。基于此，研究人员将转录因子表达水平下调的肾癌细胞系与对照组肾癌细胞系等量注射到免疫缺陷小鼠皮下。一段时间后，转录因子表达水平下调组小鼠的皮下肿瘤明显小于对照组。研究人员认为，下调转录因子的表达水平可以显着抑制体内肾癌细胞系的生长能力。记者了解到，研究人员测试了药物治疗组和对照组肾癌细胞的增殖能力，发现与对照组相比，药物治疗组的肾癌细胞体外增殖速度明显减慢。团体。此外，研究人员还描述了每个免疫细胞亚群的转录程序和表观遗传特征，并鉴定了肿瘤细胞和免疫细胞亚群之间具有潜在临床意义的多个配体-受体相互作用对。 “这项研究描绘了肾透明细胞癌的单细胞转录组和表观基因组，并鉴定了肿瘤细胞特异性基因转录和表观基因组调控程序，可以为设计更有效的治疗策略提供新线索。”文章贾明说道。