單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序助力腫瘤干細(xì)胞單細(xì)胞水平分子特征的研究
腫瘤干細(xì)胞（CSC）是腫瘤中一群具有自我更新能力、高分化潛能、強(qiáng)致瘤性和顯著耐藥性的獨(dú)特細(xì)胞亞群。它們隱藏在腫瘤微環(huán)境中，并與腫瘤的起始、發(fā)展、轉(zhuǎn)移及復(fù)發(fā)密切相關(guān)。然而，腫瘤干細(xì)胞在單細(xì)胞水平的分子特征及其在腫瘤微環(huán)境中的生態(tài)位仍然知之甚少。在腫瘤組織中，CSCs的比例很低，估計(jì)約為0.01%至2%，從腫瘤組織中分離和鑒定腫瘤干細(xì)胞極具挑戰(zhàn)性。隨著單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序的發(fā)展，該技術(shù)對于識別關(guān)鍵標(biāo)志物和揭示腫瘤干細(xì)胞潛在分子機(jī)制具有重要優(yōu)勢。
近日，寧波大學(xué)附屬李惠利醫(yī)院沈志森教授和寧波大學(xué)廖奇教授團(tuán)隊(duì)在Genomics, Proteomics & Bioinformatics（IF=11.5，Q1）發(fā)表了題為“Characterization of Cancer Stem Cells in Laryngeal Squamous Cell Carcinoma by Single-cell RNA Sequencing”的研究論文。該研究通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序（技術(shù)服務(wù)由伯豪生物提供），系統(tǒng)性地鑒定和驗(yàn)證了喉鱗狀細(xì)胞癌（LSCC）患者的腫瘤干細(xì)胞群體，詳細(xì)闡述了該群體的分子特征及其在腫瘤微環(huán)境中的復(fù)雜通訊網(wǎng)絡(luò)，為腫瘤干細(xì)胞的靶向治療提供了潛在的干預(yù)策略。
主要研究內(nèi)容
研究團(tuán)隊(duì)對LSCC原發(fā)腫瘤組織（LC）、匹配的癌旁組織（PT）和局部淋巴結(jié)（LM）進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序分析。該研究在上皮細(xì)胞亞群中標(biāo)記了8類亞群，通過使用傳統(tǒng)的干細(xì)胞標(biāo)志基因PROM1和ALDH1A1，識別出一個(gè)稀有的干細(xì)胞（SC）群體（圖1A）。研究發(fā)現(xiàn)，98.26%的SCs處于G1期，且SCs中與細(xì)胞周期相關(guān)的基因表達(dá)顯著較低，即保持靜息或緩慢增殖的狀態(tài)。擬時(shí)序分析表明SCs處于上皮細(xì)胞的發(fā)育起點(diǎn)，這些特征符合對SCs的已有認(rèn)知。
然而，腫瘤組織中可能同時(shí)存在腫瘤干細(xì)胞和正常干細(xì)胞（NSCs），進(jìn)一步聚類分析獲得SC-C1和SC-C2兩個(gè)群體（圖1B）。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)94.12%來源于腫瘤組織的SCs被歸類為SC-C2，相反67.81%來源于癌旁組織的干細(xì)胞被歸類為SC-C1（圖1B）。與SC-C1相比，SC-C2表現(xiàn)出Wnt/β-catenin信號通路、Notch信號通路、低氧、MYC靶點(diǎn)、炎癥和干擾素反應(yīng)通路的高活性。轉(zhuǎn)錄因子活性分析顯示，SC-C2中RUNX1（13g）和SOX4（20g）調(diào)控子的AUC評分顯著高于SC-C1；與先前研究一致，RUNX1和SOX4通常與癌癥復(fù)發(fā)、癌細(xì)胞干性的維持有關(guān)。SC-C2高表達(dá)FOLR1、CCL28、FRZB等標(biāo)志基因，免疫組化也顯示PROM1和FOLR1在癌旁組織中的表達(dá)水平高于腫瘤組織。綜上，研究團(tuán)隊(duì)確認(rèn)SC-C2具有明顯的腫瘤干細(xì)胞特征，并且在癌旁組織中富集。進(jìn)一步使用其他LSCC單細(xì)胞測序數(shù)據(jù)和TCGA數(shù)據(jù)也驗(yàn)證了CSCs的真實(shí)存在和組織定位（圖E-F）。
鑒于腫瘤干細(xì)胞在癌癥發(fā)展、復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移中的關(guān)鍵作用，其標(biāo)志基因在臨床中或具有重要應(yīng)用潛力。研究團(tuán)隊(duì)篩選出了172個(gè)CSCs的標(biāo)志基因，并利用多重免疫組化證實(shí)了其中3個(gè)（PROM1、FOLR1和DMBT1）在腫瘤組織切片中的表達(dá)。對腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志基因構(gòu)建的預(yù)后模型，也獲得了良好的預(yù)測準(zhǔn)確性（圖1G）。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步鑒定了24個(gè)特異性表達(dá)的基因，并結(jié)合iLINCS數(shù)據(jù)庫預(yù)測了若干潛在的靶向藥物，即可能通過抑制特異性基因的表達(dá)來抑制CSCs的發(fā)生發(fā)展。
最后，研究團(tuán)隊(duì)還對腫瘤干細(xì)胞與免疫細(xì)胞、基質(zhì)細(xì)胞之間的通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了深入解析，發(fā)現(xiàn)髓系細(xì)胞表達(dá)的NAMPT誘導(dǎo)CSCs中INSR的高表達(dá)，推測抑制NAMPT是抑制CSCs的潛在靶點(diǎn)。相較于NSCs，該研究還發(fā)現(xiàn)CSCs具有調(diào)控血管細(xì)胞發(fā)展的能力，相關(guān)通路在CSCs中表現(xiàn)出更強(qiáng)和更特異性的模式（圖1H）。
挑戰(zhàn)與展望
綜上所述，該研究在單細(xì)胞水平上對LSCC中的腫瘤干細(xì)胞及其特征進(jìn)行了全面的分析和表征，深入了解了腫瘤干細(xì)胞的標(biāo)志基因、轉(zhuǎn)錄因子、功能等分子特征，構(gòu)建了預(yù)后分析模型，預(yù)測了潛在的干預(yù)靶點(diǎn)和藥物，探究了腫瘤干細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境細(xì)胞間的通訊網(wǎng)絡(luò)，為開發(fā)腫瘤干細(xì)胞靶向治療策略奠定了基礎(chǔ)。然而，腫瘤干細(xì)胞的來源和演化仍然較為模糊，腫瘤干細(xì)胞的耐藥機(jī)制也尚未完全闡明，需要更多臨床樣本進(jìn)行研究，以期開發(fā)針對CSCs的治療策略。
論文原文：
Li Y, Lin C, Chu Y, Wei Z, Ding Q, Gu S, Deng H, Liao Q, Shen Z. Characterization of Cancer Stem Cells in Laryngeal Squamous Cell Carcinoma by Single-cell RNA Sequencing. Genomics Proteomics Bioinformatics. 2024 Aug. doi: 10.1093/gpbjnl/qzae056.
來源：測序中國
