肺癌是目前全球最常见的恶性肿瘤。随着发病率的逐渐升高，肺癌已成为癌症死亡的主要原因。肺癌所表现出的高度异质性使其具有极强的适应能力，这无疑限制了靶向治疗等个体化疗法的成功。但到目前为止，研究人员对于异质性的理解主要局限于癌细胞以及基因组变异对肺癌发生和发展的影响，然而与肿瘤相关的基质细胞以及它们构建形成的肿瘤微环境是一个复杂的细胞生态系统，这种异质性的程度如何产生及治疗后肿瘤和微环境的进化过程仍未完全了解。2020年8月20日，由加州大学旧金山分校研究人员领导的团队于Cell 杂志发表了题为“Therapy-Induced Evolution of Human Lung Cancer Revealed by Single-Cell RNA Sequencing”的文章。研究人员通过对转移性肺癌患者靶向治疗前后的组织样本进行单细胞转录组测序，获得了超过2万份癌细胞和肿瘤微环境细胞的转录组图谱，进而分析发现了这些细胞所展现出的极为复杂和动态的肿瘤生态系统，揭示了癌细胞的分子多样性、治疗诱导的免疫微环境可塑性，有望改善当前肺癌治疗的临床疗效。加州大学旧金山分校Trever Bivona团队在论文中表示：“这些数据为开发消除或中和残留病灶的策略奠定了基础，从而使晚期非小细胞肺癌患者或者其他实体恶性肿瘤患者在不同的治疗中产生更持久的反应。” 在这项研究中，研究人员使用单细胞RNA测序对来自30例患者的49份样本进行了分析，包括45份肺腺癌、1份鳞状细胞癌和3份癌旁组织样本。所有49份样本中，有15份样品在靶向治疗之前收集，而另一些则在治疗期间或疾病进展时收集，包括14份对靶向治疗有响应的样本以及20份获得性耐药的样本。研究人员共计获得了23,261个单细胞的基因表达谱。对于大约一半的活检样品，包括癌细胞在内，研究人员可以检测到临床上已知的致癌驱动基因。但在部分样品中，研究还发现了在临床实体瘤检测中未发现的致癌性变异。他们指出，这表明检测可能整体低估了肿瘤的异质性，还可能有助于解释肺癌靶向治疗完全响应的罕见性。除此之外，研究人员还将残留病灶细胞的转录组分析结果与治疗前收集的细胞进行了比较。总的来说，研究人员发现残留病灶细胞的增殖标志物表达水平较低。与此同时，在残留病灶中表达的肺泡细胞标志增加。在TCGA肺腺癌数据集中，这种肺泡细胞信号与改善的患者预后相关。研究人员指出，该特征表明治疗诱导了向原始细胞状态的转变，并与WNT /β-catenin信号通路相关，该途径参与了损伤修复，并有潜力成为治疗的靶标，对临床用药有极大的提示意义。研究人员同样比较了进行性疾病样本和未经治疗样品中细胞的基因表达谱，发现了900多个上调的基因。包括与kynurenine通路有关的基因以及与肿瘤发生和炎症途径有关的基因。通过追踪从残余病灶到进行性疾病的基因表达变化，研究人员发现了2000多个基因的表达在两种状态之间存在差异。总体而言，残留病灶细胞过表达的基因与肺泡细胞特征、细胞生长、分化细胞活性以及肿瘤抑制有关，而进行性疾病细胞过表达的基因与侵袭、细胞间通讯、分化和免疫调节有关。研究人员还注意到，随着治疗的进展，肿瘤微环境的变化反映出，与治疗之前或疾病进展相比，残留疾病期存在一个更容易发生炎症的阶段。全文，研究人员利用单细胞测序技术系统地研究了靶向治疗前、药物响应以及获得性耐药三个不同阶段的非小细胞肺癌样本，解析了不同阶段肿瘤细胞的特征以及肿瘤浸润免疫细胞的组成，揭示了丰富而动态的肿瘤生态系统，为理解转移性NSCLC的肿瘤微环境组成以及它们在耐药构成中的复杂变化提供了新的认知。同时，基于这些特征，研究人员提供了新的用药思路。研究人员在论文中表示，如果在适当的时间进行临床部署，有望通过限制肿瘤向完全耐药性的持续进化来帮助提高患者的生存率。参考资料：
1. Therapy-Induced Evolution of Human Lung Cancer Revealed by Single-Cell RNA Sequencing
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30882-5
2. Lung Cancer Therapy Leads to Transcriptional Changes, Single-Cell Study Shows
https://www.genomeweb.com/sequencing/lung-cancer-therapy-leads-transcriptional-changes-single-cell-study-shows#.Xz8mRnot1PY