单细胞技术的十年洞察：Cancer Cell讨论肿瘤细胞该如何命名

为什么是2014-2024这十年？

单细胞测序技术在21世纪的前十年开始迅速发展，到了2014年左右，这项技术已经足够成熟，可以广泛应用于肿瘤学研究。因此，从2014年开始的十年，可以看作是单细胞测序技术在肿瘤研究中应用和影响逐渐显现的时期。在这十年中，大量的研究利用scRNA-seq技术对各种类型的肿瘤进行了深入研究，积累了大量的数据。这些数据不仅揭示了肿瘤内部的复杂性，也为肿瘤的诊断和治疗提供了新的视角。单细胞测序技术在肿瘤研究中的应用达到了一些重要的科学里程碑，如揭示了肿瘤内部的细胞状态可塑性、发现了新的肿瘤亚群、以及对肿瘤微环境的深入理解等。

单细胞测序技术在肿瘤中的应用为我们重新定义了两个概念：

文章讨论了三种常见的分析肿瘤内异质性的单细胞数据方法：

"eITH PROGRAMS PARTIALLY REFLECT DEVELOPMENTAL AND PHYSIOLOGICAL PROCESSES" 这部分内容的翻译是：

肿瘤内异质性程序部分反映发育和生理过程

长期以来，人们已经认识到肿瘤细胞会借鉴发育和正常生理过程中的程序。最近在肿瘤scRNA-seq研究的爆炸性增长使得我们可以重新分析这一概念。在癌症背景下被广泛研究的最著名的一个发育过程是上皮-间质转换（EMT）。EMT在癌症中被广泛研究，人们认为它赋予了癌细胞增加的转移潜力、耐药性和可能的免疫抑制。然而，EMT在癌症中的角色常常被关于EMT存在与否及其对转移和耐药性重要性的辩论所笼罩。许多scRNA-seq研究揭示了富含间充质相关基因的eITH程序，支持EMT在癌症中的广泛重要性。

事实上，这样的程序在所有通过scRNA-seq广泛研究的上皮性癌症类型中都有观察到。此外，间充质相关程序也检测到在各种非上皮性癌症类型中， 如黑色素瘤，胶质瘤，神经母细胞瘤，和肉瘤（原则上，这些程序不应该被称为EMT）。因此，就像增殖的能力和激活应激反应一样，诱导间充质相关反应的能力也似乎是不同类型癌症的癌细胞的共同特征。间充质相关的eITH程序在癌症中很常见，但它们似乎比发育和生理中的程序要有限得多，以至于甚至它们是否被称为EMT都是值得商榷的。

EMT的例子突出了一个更广泛的现象：eITH往往类似于发育和生理过程，但通常只反映了这些过程的部分版本，可能缺乏规范标记，其表型难以评估。

另一个例子涉及细胞衰老：多种上皮癌症类型，特别是鳞状细胞癌，通常包含表达与衰老上皮细胞高度相似程序的亚群。这些细胞似乎没有激活衰老的经典标记（例如，p16和p21），它们似乎保持着一定的增殖能力，尽管与同一肿瘤中的其他细胞相比有所降低。在其他癌症类型中也可以看到更多的例子。在胶质瘤中，大多数癌细胞激活了让人想起几种神经发育细胞类型的程序——少突胶质细胞前体、神经前体和星形胶质细胞。在慢性淋巴细胞性白血病（CLL）中，恶性细胞复现了B细胞程序，但表观遗传层的协调性降低，导至转录异质性增加。在肺癌中，一些细胞亚群表达了类似AT2细胞的肺泡样程序但再一次，这个程序缺乏正常AT2细胞的特征，如主要组织相容性复合体II类（MHC-II）基因的激活。

综上所述，scRNA-seq研究支持了癌症细胞经常诱导正常发育或生理程序发生变化的主张，并强调癌症程序倾向于反映其正常对应物的有限版本，这使得它们的检测和解释变得复杂。此外，癌症eITH程序嵌入在每个肿瘤的独特遗传学和转录组之上，导至患者特有的概况。因此，探索受限和扭曲的癌症版本是否与正常过程预期的独特表型相关将是重要的。在某些情况下，正常过程涉及终端分化，以至于进一步诱导该分化的能力可能限制肿瘤增殖并提供临床益处。例如，在IDH突变型胶质瘤中，它包含类似星形胶质细胞的细胞，进一步诱导星形胶质细胞分化似乎降低了癌细胞的增殖并提供了临床益处。

文章讨论了与免疫细胞相互作用相关的eITH程序和eITH程序注释的挑战，在后者套路了如何在肿瘤内为肿瘤内异质性程序注释。目前比较常见的eITH程序有细胞周期、应激反应、间充质、衰老、免疫相关（MHC-II 和干扰素响应）以及多种发育谱系相关程序。其他一些在许多研究中观察到但之前未讨论的eITH程序包括与蛋白质调节、呼吸、MYC激活和分泌相关的程序。

然而，重要的是要考虑在定义和命名eITH程序时的模糊性，这意味着在许多研究中报告的程序可能看起来是不同的，并且可能难以适应任何这些类别。例如，考虑一个肿瘤中癌细胞有两种同样常见的谱系相关状态（A和B），并且90%的循环细胞在状态A中。细胞可能同时激活多个状态的程序，从而复杂化了eITH程序的检测和定义。即使对于一组定义良好的签名基因，通常也会富集各种功能性基因集（例如，与发育、机制和代谢过程相关的），因此，不同的研究人员可能会根据他们的生物学视角和确切的方法论，以不同的方式命名这个标签。

尽管肿瘤样本的scRNA-seq已经成熟，作者认为下一个前沿是将这些方法更广泛地纳入临床研究，使研究更大队列以及高度信息性的样本成为可能，如治疗中的样本、癌前病变和异常反应者。这在很大程度上得益于最近的技术发展。单细胞核测序（snRNA-seq）方法为冷冻标本（无论是来自生物库还是前瞻性收集的）提供了分析的可能性。事实上，在临床环境中收集新鲜肿瘤组织进行scRNA-seq面临着独特的挑战，如需要快速组织解离。snRNA-seq绕过了这种需求，因为在冷冻过程中核膜保持完整。虽然snRNA-seq提供的基因计数较低，基因表达也与scRNA-seq有所不同，但snRNA-seq和scRNA-seq强调的生物过程是一致的，为分析大型临床组织标本集合提供了实用和可扩展的解决方案。

新格元单细胞靶向测序方案，采用独特性的分子标签磁珠设计，在寡核苷酸序列上加入了靶向目标位点区域3’端的特异性探针，继而实现对目标区域信息的高效获取，同时通过特异性引物进行富集，进一步提高对目标区域进行的测序分析。可以在构建肿瘤细胞转录组图谱的同时，捕获肿瘤细胞内基因突变信息，为肿瘤内异质性研究提供了新的视角。

Tirosh, I., & Suva, M. L. (2024). Cancer cell states: Lessons from ten years of single-cell RNA-sequencing of human tumors. Cancer Cell. https://doi.org/10.1016/j.ccell.2024.08.005