新型单细胞测序技术：准确描述单个癌细胞的空间信息

德克萨斯大学医学院安德森癌症中心的研究人员研发了一种新技术，并由此构建了新型遗传模型，解释了一种常见的早期乳腺癌（乳腺导管内原位癌，DCIS）是如何发展为更具侵袭性的癌症形式。

这一研究成果公布在 1 月 4 日的 Cell 杂志上，该研究为了解 DCIS 如何发展成浸润性导管癌（IDC）提出了新见解，并为回答为何一些此类癌症未被发现这一问题提供了新解释。

论文作者，安德森癌症中心遗传学副教授 Nicholas Navin 博士表示，虽然 DCIS 是早期乳腺癌最常见的形式，可以通过乳腺影像检查发现，但是还是会有 10% 到 30% 的此类癌症患者发展到 IDC。由于组织分析中存在一些技术难题，因此 DCIS 到底是如何从遗传上发生转变的，依然未知。

其中的问题在于肿瘤本身，细胞往往各有各不同的遗传特征，这被称为肿瘤内异质性。它们独特的细胞构成使得治疗变得更加困难。

要想了解肿瘤异质性，此前的单细胞 DNA 测序方法已经走出了第一步，也成为了理解肿瘤内异质性的有力工具，但是这种方法会剔除掉关于个体肿瘤细胞在组织内精确定位的信息。细胞空间数据对于了解肿瘤细胞是否属于 DCIS 或 IDC 至关重要。为此研究人员开发了一种新工具：‘地形’单细胞测序（topographic single cell sequencing，TSCS），这种新工具能更准确地测量和描述单个肿瘤细胞的具体特征。

Navin 的研究小组发现，在癌细胞基因组发生变化之后，癌症克隆可以通过“突破”被称为基底膜的薄层组织来传播。他们发现多个癌细胞克隆可以从导管共同迁移到相邻区域，形成侵入性肿瘤。

Navin 认为，TSCS 提供了有关细胞位置的空间信息，这代表了一个技术上的里程碑，此前的技术只能采用失去了所有空间信息的悬浮细胞。假设侵入细胞与导管中的一个或多个单细胞共享一个基因组谱系。研究人员利用 TSCS 对来自 10 位具有 DCIS 和 IDC 的患者的 1,293 个单细胞进行了分析。研究数据揭示了 DCIS 和 IDC 之间的直接基因组谱系，并进一步指出了入侵之前，在导管内发生的大多数突变和 DNA 拷贝数畸变。

“TSCS 和其他类似的单细胞测序方法在开发早期癌症研究新途径方面具有巨大的潜力。我们希望这些研究能揭示，为何一些恶性肿瘤前癌症没有发展成恶性肿瘤，而另外一些则发生进入了侵入形式，这一直都是一个神秘的问题。”

单细胞测序技术

单细胞 RNA 测序极大地推进了基因组学领域，使不同细胞类型得以精细区分，容许科学家们在单细胞水平进行疾病机制研究。与测序相结合的转录组和抗原表位细胞索引（Cellular Indexing of Transcriptomes and Epitopes by sequencing ，CITE-seq），通过转录组 / 信使 RNA（mRNA）测序，能同时测量单细胞表面成千上万个表面蛋白标记物。

此前，一组科学家在 8000 个单细胞转录组中监测了 10 种表面蛋白，完成了迄今为止最大规模的多维单细胞分析论证。

CITE-seq 的蛋白质检测组件建立在 DNA 条形码抗体基础上。伴随着细胞转录组 DNA 条形码抗体被捕获，继而产生序列读出。单细胞表面蛋白和转录组信息检测，原本近乎“鱼和熊掌不可兼得”的两个实验，《Nature Methods》从检测规模和灵敏度等方面证明了 CITE-seq 的强大功能，相信不久的将来，这种新型方法会在各大实验室普及。

参考文献：Multiclonal Invasion in Breast Tumors Identified by Topographic Single Cell Sequencing