近日來(lái)自斯坦福大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型的單細(xì)胞PCR微流體技術(shù),，并利用這一技術(shù)對(duì)數(shù)百個(gè)結(jié)腸癌細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞基因表達(dá)分析，由此獲得了人類結(jié)腸癌異質(zhì)性圖譜,。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然—生物技術(shù)》（Nature Biotechnology）雜志上,。
腫瘤異質(zhì)性是惡性腫瘤重要特征之一。腫瘤異質(zhì)性可以表現(xiàn)在腫瘤分化水平及腫瘤功能水平上,，出現(xiàn)異質(zhì)性的抗原表達(dá)或出現(xiàn)不同生物特性細(xì)胞亞群,。這種腫瘤異質(zhì)性特性往往給腫瘤的研究和治療帶來(lái)極大的困難。
“在過(guò)去的數(shù)年里,，我們一直致力于開(kāi)發(fā)出一種單細(xì)胞基因組分析技術(shù),，”文章的資深作者、斯坦福大學(xué)工程學(xué)院及生物工程和應(yīng)用物理系教授Stephen Quake說(shuō)：“在新研究中我們利用開(kāi)發(fā)的新技術(shù)獲得了可喜的具有重要生物學(xué)意義的成果,。”
研究人員利用這項(xiàng)新技術(shù)逐個(gè)地對(duì)細(xì)胞中的基因表達(dá)情況進(jìn)行了分析,，從中鑒別出了47種差異性表達(dá)的基因，并基于這些結(jié)果對(duì)結(jié)腸癌組織的細(xì)胞進(jìn)行了亞型分類,。
“在一次實(shí)驗(yàn)中,，我們獲得了特定組織細(xì)胞組成的‘快照’，鑒別出了不同的細(xì)胞亞型,，并找到了識(shí)別這些細(xì)胞的新型標(biāo)記物,，”文章的第一作者Tomer Kalisky說(shuō)。
新研究的重要發(fā)現(xiàn)之一就是揭示了腫瘤異質(zhì)性產(chǎn)生的根源,。長(zhǎng)久以來(lái)科學(xué)家們認(rèn)為腫瘤是在演進(jìn)的過(guò)程中失去了基因組穩(wěn)定,，發(fā)生隨機(jī)變化而生成了不同生物特性細(xì)胞亞群。新研究發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌細(xì)胞形成遵循了正常結(jié)腸細(xì)胞的分化過(guò)程,。打個(gè)比喻,，就如同漫畫肖像,，繪制的是同一張臉譜，只是某些特征被充分夸大了,。癌細(xì)胞形成機(jī)制與正常細(xì)胞完全相同,，只是小部分的細(xì)胞類型發(fā)生了不正常的擴(kuò)大或減少。
“我們觀察到結(jié)腸癌組織顯示了與正常結(jié)腸上皮相似的譜系多樣性,，其中包括了不成熟組細(xì)胞樣細(xì)胞和成熟的特化細(xì)胞,，”Dalerba說(shuō)。
此外,，分析結(jié)果還顯示在腫瘤組織中基因表達(dá)上越是接近不成熟細(xì)胞的細(xì)胞越是呈現(xiàn)惡性特征,。基于這些結(jié)果,，研究人員開(kāi)發(fā)出了一種兩基因分類系統(tǒng),，并證實(shí)相比于常規(guī)的病理學(xué)分級(jí)，這一簡(jiǎn)單的分析系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地確定疾病的預(yù)后,。
研究人員期望在未來(lái)能將這些技術(shù)廣泛地應(yīng)用到癌癥的診療和預(yù)后分析中,。(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1038/nbt.2038
PMC:
PMID:
Single-cell dissection of transcriptional heterogeneity in human colon tumors
Piero Dalerba, Tomer Kalisky, Debashis Sahoo, Pradeep S Rajendran, Michael E Rothenberg, Anne A Leyrat, Sopheak Sim, Jennifer Okamoto, Darius M Johnston, Dalong Qian, Maider Zabala, Janet Bueno,et al.
Cancer is often viewed as a caricature of normal developmental processes, but the extent to which its cellular heterogeneity truly recapitulates multilineage differentiation processes of normal tissues remains unknown. Here we implement single-cell PCR gene-expression analysis to dissect the cellular composition of primary human normal colon and colon cancer epithelia. We show that human colon cancer tissues contain distinct cell populations whose transcriptional identities mirror those of the different cellular lineages of normal colon. By creating monoclonal tumor xenografts from injection of a single (n = 1) cell, we demonstrate that the transcriptional diversity of cancer tissues is largely explained by in vivo multilineage differentiation and not only by clonal genetic heterogeneity. Finally, we show that the different gene-expression programs linked to multilineage differentiation are strongly associated with patient survival. We develop two-gene classifier systems (KRT20 versus CA1, MS4A12, CD177, SLC26A3) that predict clinical outcomes with hazard ratios superior to those of pathological grade and comparable to those of microarray-derived multigene expression signatures.
