01
单细胞测序助力伴肝转移的结直肠癌患者来源的类器官揭示肿瘤异质性
结直肠癌（CRC）已成为全球第三大最常见的恶性肿瘤。大约20%新诊断的CRC患者会有同步的肝转移（LM），至少一半的术后转移性疾病患者会有肝转移。手术切除和全身化疗被认为是结直肠癌肝转移（CRLM）的主要治疗手段。目前尚无有效的方法来预测结直肠癌肝转移患者的化疗反应和术后预后。患者衍生的类器官（PDO）已经成为一个重要的临床前模型。然而克隆异质性是大多数人类癌症的特征，这可能使CRLM患者最佳辅助治疗的选择变得复杂。
在此项研究中，研究者们成功构建了一个活体生物库，其中有50个来自原发肿瘤和成对肝转移病灶的CRLM器官。研究者用组织病理学验证了CRLM PDO保留了母体肿瘤的组织病理学结构，从而保留了与来源个体的同质性和不同个体之间的异质性。随后，他们对10个CRLM PDO及其匹配的原始肿瘤进行全外显子测序，结果发现，CRLM PDO保留了匹配原发肿瘤的突变谱。然后，研究者使用报道的跟踪克隆进化的算法来研究CRLM PDOs是否可以捕获肿瘤异质性和肿瘤进化。研究发现CRC类器官和LM类器官积累独特的驱动突变模式，这反映了患者原发性和转移性病变的异质性。而且早期驱动突变的模式和肿瘤演变的过程因人而异，这显示了患者之间的异质性。之后，研究者通过转录组测序分析了50个CRLM的基因表达特征。结果表明，虽然来自同一CRLM患者原发病变和转移病变的PDOs也存在不同程度的异质性，但与不相关的类器官系相比，它们在转录上更相似。研究者接下来对2名患者的CRC和LM器官进行了单细胞测序（scRNA-seq）来探究肿瘤内部细胞间的异质性。他们主要发现了干细胞样细胞群和成熟样细胞群，并重点对其进行分析。结果显示了CRC和LM类器官的自发分化存在显著差异。接下来研究者对来自CRC和LM类器官的同一细胞系进行了分析并发现了异质性，轨迹分析探究干细胞样细胞和成熟样细胞之间的谱系关系，这些肿瘤内状态的详细分析强调了CRLM类器官之间的差异。研究者接下来用5-FU、CPT11或奥沙利铂分别对50个CRLM PDO进行体外治疗来探究患者的对药物的敏感性。随后，23名CRLM患者接受了FOLFOX或FOLFIRI方案化疗，包括13名CRLM患者接受了FOLFOX方案化疗，10名患者接受了FOLFIRI方案化疗，这也产生了化疗的异质性反应。体外的化疗敏感性数据揭示了PDO在预测CRLM患者的化疗反应和临床预后方面的临床应用价值。
综上所述，CRLM PDO可以对个性化医疗提供潜在的应用。
02
单细胞及多组学联合助力发现膀胱癌获得性化疗耐药机制
膀胱癌是我国泌尿外科临床上最常见的肿瘤之一，按照浸润深度可分为非肌层浸润性膀胱癌（NMIBC）和肌层浸润性膀胱癌（MIBC），MIBC是最常见和最致命的膀胱癌类型，以顺铂为主的化疗是不可手术和转移性MIBC的主要治疗方案。然而，不幸的是大多数患者迟早会产生化学抗性，那么抗药性是如何演变的呢？
在该项研究中，首先构建了具有基因工程膀胱类器官的原位和原位MIBC小鼠模型，采用临床化疗方案处理，这个模型能精准呈现与临床相似的反应到复发耐药的全过程，为了解析MIBC化疗耐药的分子机制，利用单细胞转录组对耐药和敏感肿瘤进行测序，发现两者在肿瘤细胞分群中差异较大的细胞群是T1和T2，对这两群细胞进行轨迹分析，发现敏感性T1经过敏感性T2细胞向耐药型T2细胞转化，而在谱系转变过程相关的基因模块主要富集在角质形成细胞分化途径，barcode标记实验和谱系跟踪实验也证实了获得性耐药组织种敏感性T1细胞向耐药性T2细胞的转变，因此表明了肿瘤细胞谱系的可塑性是MIBC获得性耐药的主要途径，在耐药过程半鳞状化部分的鳞状分化与小鼠和人类MIBC的获得性化学抗性有关，结合ATAC-seq和蛋白质组等多组学分析表明，组织蛋白酶H（CTSH）与化疗耐药和半鳞状化相关，其抑制剂E64能够激活了肿瘤坏死因子，诱导完全的鳞状细胞分化和细胞焦亡，从而特异性地抑制化学抗性MIBC。
总的来说该研究利用新型精准膀胱癌小鼠模型，确定了肿瘤谱系可塑性和膀胱癌化学抗性的关系，并提出靶向CTSH促进其终末鳞状分化的分化治疗新策略。
03
ZFP281驱动早期播散性乳腺癌细胞进入间充质细胞样休眠
转移复发是癌症病人的主要死因，由处于休眠状态的播散性癌细胞引起，癌细胞如何在处于静息状态的同时还保持转移活性的分子机制，仍旧不甚清晰。并且通常认为癌细胞只有在病理进程晚期才会播散转移，但是诸多临床病例以及小鼠模型均证实，在罹患肿瘤早期，播散性癌细胞就开始并长时间潜伏在各组织器官之中，但调控早期播散性癌细胞转化为癌转移的机制仍旧不得而知。
本文作者之前的研究中发现组织驻留巨噬细胞可以部分活化上皮间质转化程序，从而导致早期癌细胞播散，在二级器官中的早期HER2+播散癌细胞通常具有TWIST1+和长时程休眠的表型，小鼠模型早期病变和原发肿瘤的RNA-seq结果表明早期病变细胞启动间充质细胞样程序，使得原发肿瘤细胞具有上皮细胞样性状。为了探究肺播散性癌细胞中，间充质细胞样和上皮细胞样细胞亚群的具体特征，作者采用单细胞转录组测序对小鼠癌症不同时期组织进行研究，发现晚期的小鼠上皮样播散性癌细胞较多，而早期则间充质细胞样亚群较多。并且，早期的间充质细胞样潜伏期表型的播散性癌细胞亚群向晚期的上皮细胞样细胞亚群转化，也就是说，间充质细胞样/上皮细胞样细胞亚群比例反应了静息状态/增殖状态播散性癌细胞的比例。进一步对播散性癌细胞转录组分析发现，转录因子ZFP281调控了癌细胞的上皮细胞样-间充质细胞样转化以及生长停滞程序。下调ZFP281可以促使播散性肿瘤细胞丢失这类间充质细胞样休眠性状，从而转向转移性生长。作者还确定，FGF2可以诱导ZFP281表达，进而调节下游的CDH11水平。ZFP281不仅可以调控癌细胞的早期播散性状，还可以将其锁定于休眠状态，从而抑制其获得上皮细胞样性状和进入转移性增殖。
04
单细胞水平详细刻画早期肺癌中的B细胞和浆细胞图谱
肺腺癌（LUAD）是最常见的肺癌组织亚型，发生远端转移的肿瘤，5年生存率将下降到7%，而早期合理的治疗方案需要深入了解肿瘤免疫微环境，肿瘤浸润的B细胞和浆细胞（TIBs）能够影响化疗和免疫治疗的反应及预后。
本研究根据距离肿瘤位置的距离收集了16名早期LUAD患者的47例样本的癌和癌旁用于scRNA-seq和scBCR-seq，绘制了LUAD最大的TIBs图谱，发现LUAD患者TIB善良丰富，并且异质性较强，随着与肿瘤组织距离越近，Naïve B细胞丰度降低，而Memory B细胞和浆细胞丰度变高，在抽烟患者中更加显著，在LUAD中TIBs都定位在淋巴细胞聚集部位，可能是潜在的三级淋巴结构，并且在肿瘤免疫微环境中发现CXCL13+T细胞增加可能促进B细胞的招募，进而导致肿瘤组织TIBs的异质性，进一步对B细胞的分化状态进行探究，发现抽烟患者的肿瘤样本中浆细胞存活时间长，并且肿瘤中的Memory B细胞的IgA与IgG基因相比于癌旁组织有显著高的表达，表明其可能来自于生发中心的晚期阶段，BCR分析发现在吸烟患者中，肿瘤特有克隆型扩张程度较低，克隆多样性较高，并且B细胞SHM发生的频率随着离肿瘤的距离逐渐发生变化，离肿瘤位置越近越容易突变。对TIBs的免疫调节进行探究，TGFB1在癌症相关成纤维细胞空间区域的显著高表达可能与LUADs中IgA+PCs含量较高有关可能具有抑制免疫的功能，但仍需进一步研究确认。
这项工作深入探究了TIBs的表型异质性在早期肺腺癌进展和免疫病理中的作用，并为开发新型免疫治疗策略提供了宝贵的思路。
参考文献：
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