文献解读|单细胞测序在癌症研究中的应用

期刊：Journal of Experimental & Clinical Cancer Research（IF=11.161）

技术：scRNA-seq

导语

单细胞RNA测序(scRNA-seq)是一种可以在单细胞水平上对复杂组织进行转录组分析的技术，可以识别单细胞基因组突变导致基因和表观遗传因子的差异表达，以及新的细胞类型和特异性标志物。scRNA-seq可以应用在肿瘤研究的各个方面，揭示肿瘤细胞的异质性，监测肿瘤的发展进程，从而防止细胞进一步恶化。对肿瘤组织中的免疫细胞进行转录组分析，可以对免疫细胞、免疫逃逸机制和耐药机制进行分类，从而开发有效的临床靶向治疗方法。scRNA-seq还可以分析细胞间的交流以及肿瘤细胞与非恶性细胞的相互作用，揭示它们在致癌过程中的作用。scRNA-seq为肿瘤研究的进一步发展提供了新的技术手段。

正文

scRNA-seq概述

scRNA-seq首先将RNA转化为cDNA，通过聚合酶链式反应（PCR）或体外转录（IVT）进行扩增，然后再进行测序。可分为四个步骤：(1)单细胞的分离，(2)逆转录，(3)cDNA扩增，(4)文库构建。图1介绍了五种scRNA-seq方法。目前，scRNA-seq的主流商业平台包括10X Genomics和BD Rhapsody。

图1. 五种scRNA-seq方法

scRNA-seq分析肿瘤的异质性和发展

scRNA-seq可以应用在整个癌变过程中，并在肿瘤的预防、诊断和治疗中发挥着重要作用。正常组织细胞的scRNA-seq可以量化恶性细胞的突变和程度；癌前病变时期，scRNA-seq可以检测由于基因组不稳定而引起的突变，及时进行干预，阻碍肿瘤的进一步发展；原位癌时期，scRNA-seq可以实时检测肿瘤的恶性程度，预测转移的可能性，有效防止肿瘤转移和复发；转移癌时期，scRNA-seq可以分析转移性肿瘤细胞的免疫异质性，有助于进行靶向免疫治疗（图2）。

图2. scRNA-seq在肿瘤发生中的应用

scRNA-seq和免疫细胞分型

scRNA-seq可以用于免疫细胞分型，并且在肿瘤浸润T细胞分类方面具有优势，可以提供整个肿瘤浸润免疫细胞的详细情况，从而设计靶向治疗和改进免疫疗法，达到更好的临床治疗效果。如图3所示，scRNA-seq证实了肿瘤细胞中含有复杂的免疫成分，包括：先天性免疫细胞（DCs、iDCs、aDCs、嗜酸性粒细胞、中性粒细胞、肥大细胞、巨噬细胞、NK细胞）；适应性免疫细胞（Treg、Tem、Tcm、Tfh）等。

图3. scRNA-seq对免疫浸润T细胞的分类

scRNA-seq和免疫逃逸

scRNA-seq可用于检测和筛选新抗原；检测免疫检查点的转录活性和评价免疫检查点抑制剂（ICI）耐药机制；检测由主要组织相容性复合体（MHC）突变引起的免疫逃逸；鉴定不同T细胞内的TCR序列。也可以用来分析肿瘤组织中免疫相关基因的异质性，设计针对多种肿瘤抗原的联合治疗策略，提高免疫治疗的临床疗效。

通过scRNA-seq分析肿瘤的细胞间通讯

scRNA-seq可以描述肿瘤相关细胞的丰度和功能状态，检测细胞与细胞之间的交流，分析不同个体细胞的相互作用关系，研究肿瘤微环境的病理生理学特征，从而预测肿瘤的发展。

scRNA-seq克服了传统RNA测序方法的局限性，能够以单细胞分辨率检测整个转录组并对肿瘤组织中的不同细胞类型进行区分。构建不同肿瘤细胞亚群的转录组数据库，可以提高对肿瘤生物学的基础认识，阐明肿瘤发生发展的机制，揭示不同肿瘤患者微环境中细胞亚群的异质性，分析免疫细胞浸润程度和肿瘤抗原表达，有利于对肿瘤的研究。

参考文献：

Zhang Y, Wang D, Peng M, Tang L, Ouyang J, Xiong F, Guo C, Tang Y, Zhou Y, Liao Q, Wu X, Wang H, Yu J, Li Y, Li X, Li G, Zeng Z, Tan Y, Xiong W. Single-cell RNA sequencing in cancer research. J Exp Clin Cancer Res. 2021 Mar 1;40(1):81. doi: 10.1186/s13046-021-01874-1

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