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Nature重大成果：腫瘤單細(xì)胞測序技術(shù)
閱讀：586 發(fā)布時間：2011-4-9生物通報道：來自冷泉港實(shí)驗(yàn)室，德州大學(xué)MD Anderson癌癥研究中心的研究人員通過單細(xì)胞測序分析了腫瘤，揭示了來自兩個患者的乳腺癌的種群結(jié)構(gòu)，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的腫瘤進(jìn)展?jié)u進(jìn)模型，對于癌癥預(yù)后及階段確定具有重要的臨床意義。這一重要的研究成果公布在昨天出版的Nature雜志上。
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這種單細(xì)胞測序方法即single cell sequencing（SNS），這種方法能準(zhǔn)確定量一個單細(xì)胞核中基因拷貝數(shù)目。癌細(xì)胞中，基因組部分被刪除，或者擴(kuò)增，從而引起關(guān)鍵基因的缺失，或者表達(dá)過量，干擾正常細(xì)胞生長，因此利用這種方法就能分析基因拷貝數(shù)目，從而診斷癌癥。
腫瘤已知在遺傳上是異質(zhì)性的，但要在單細(xì)胞層面上來解剖這種異質(zhì)性卻有困難。而在這篇文章中，研究人員將全基因組放大方法與對通過熒光激發(fā)的細(xì)胞分揀（cell sorting）分離出的單核的測序結(jié)合在一起，分析了來自兩個患者的乳腺癌的種群結(jié)構(gòu)。研究人員發(fā)現(xiàn)在這兩個乳腺癌患者的樣品中，腫瘤生長都是通過斷續(xù)的克隆表達(dá)實(shí)現(xiàn)的，幾乎沒有持久的中間體，這與之前的腫瘤進(jìn)展的很多漸進(jìn)模型不同。
一直以來，科學(xué)家們都認(rèn)為癌癥是細(xì)胞水平上的單個克隆疾病，從進(jìn)化上來說，就是所謂的“成功”腫瘤細(xì)胞——即能將其遺傳模板傳遞給下一代腫瘤細(xì)胞。癌細(xì)胞包含能快速擴(kuò)散的惡性克隆，也就是說，這些是在生長腫瘤的宿主環(huán)境中zui適生長的克隆，分析這些克隆能有助于了解為什么癌癥如此頑固，難以治療，以及它們是如何在毒性療法中存活下來的。
科學(xué)家們認(rèn)為癌細(xì)胞常常能在周圍癌細(xì)胞的基礎(chǔ)上進(jìn)化，因此遺傳異質(zhì)性的腫瘤細(xì)胞群體由于逐步的進(jìn)化，而變成了不同階段的化合物，但是在這篇文章中，來自冷泉港實(shí)驗(yàn)室的研究人員則認(rèn)為這種進(jìn)化更傾向于間斷化的。
研究人員分析的第二種乳腺癌樣品是單基因型的，研究人員發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移至肝臟的腫瘤在基因型上非常接近，這些亞群并沒有混合在一起。文章采用了一種稱為染色體斷點(diǎn)分析（chromosomal breakpoint analysis）的方法，來分析不同腫瘤細(xì)胞亞群之間的。許多腫瘤細(xì)胞（大約30%）都混合包含有DNA缺失和增加的清楚，從而就總體DNA數(shù)目而言，看上去和正常細(xì)胞一樣，研究人員將這種細(xì)胞稱為假二倍體（pseudodiploid），并采用新技術(shù)鑒別了這種細(xì)胞——利用傳統(tǒng)的方法是無法分辨這些細(xì)胞與正常細(xì)胞的。有人認(rèn)為這種細(xì)胞是未來克隆事件的潛在來源，還有人認(rèn)為這種細(xì)胞對于腫瘤轉(zhuǎn)移意義重大。
要想在分子水平上通過腫瘤生長特性來區(qū)分腫瘤的種類是一件非常困難的事情，這只能在臨床上分析實(shí)際患者才能得知。而基礎(chǔ)研究認(rèn)為癌癥是高度異質(zhì)化的，這也就是說某種類型的癌癥，比如說乳腺癌，或者肺癌，結(jié)腸癌，都是分屬于許多不同的癌癥亞類，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多癌癥類型的*標(biāo)記。
在這項(xiàng)研究中，研究人員首先準(zhǔn)備了兩個預(yù)知類型的癌癥樣品，這兩個樣品都屬于一種原發(fā)性侵入乳腺癌：所謂的三陰乳腺癌（triple-negative）類型——這種類型的乳腺癌侵襲性。其中一個樣品通過之前的分析，確定為多基因組型（polygenomic）：由不同腫瘤細(xì)胞類型組成，其拷貝數(shù)目，基因組類型，以及變化過程通過傳統(tǒng)方法是無法進(jìn)行檢測的；另外一個樣品是單基因組型（monogenomic）：由單個遺傳類型細(xì)胞組成，不同于前一個樣品，這個樣品已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了肝臟，這些樣品都進(jìn)行了進(jìn)一步分析。
研究人員通過SNS分析方法——全基因組擴(kuò)增，以及新一代測序方法，發(fā)現(xiàn)事實(shí)上，這三種不同類型的腫瘤細(xì)胞亞群都是存在的，每個亞群都由高度相似的拷貝數(shù)目的細(xì)胞組成，研究人員認(rèn)為這很可能代表了腫瘤的三種不同克隆表達(dá)。這一新型的單細(xì)胞測序在其成本降低之后，對于癌癥預(yù)后及階段確定很可能具有臨床意義。