近日，來自斯坦福大學醫(yī)學院的研究者發(fā)現(xiàn),，從癌性腫瘤上脫落的細胞進入血液中這種方式是一種多樣化的群體遺傳形式,，其中有些細胞中的部分基因處于開啟狀態(tài)，有某種潛能寄居在別的地方,，這樣一來就可以幫助癌細胞在組織間進行擴散,；另外的一些細胞完全具有不同的基因表達樣式，在新的組織中不會惡性變化,，并且趨于死亡,。有一些細胞可能會表達某些基因，而且可以預測它們對于特定治療方法的效應,，甚至是對于一個病人,，腫瘤細胞也可以在血液中不斷循環(huán)，并且劇烈地改變,。
研究者新的研究發(fā)現(xiàn)揭示了多種類型的治療方法將被用拉開治療看似單一的癌癥,，而且研究也揭示了人類癌癥的細胞系模型和癌癥病人身上的癌癥細胞不一樣，需要進一步進行改良,。這項研究于5月7日刊登在了國際著名雜志PLoS One上,，這篇文章是首次來關注游走腫瘤細胞的文章，也是首次闡釋諸如這類細胞在遺傳差異上的廣度,。從單一的病人身上獲取單一的血液,，研究者們可以看到游走腫瘤細胞的非齊性總體,。
近乎一個世紀以來,，科學家們已經(jīng)知道游走腫瘤細胞（CTCs）是從腫瘤上脫落下來，并且隨著血液游走癌癥病人全身,，過去5年里,，研究者們不斷追蹤著CTCs,，但是從血液中分離CTCs相當困難；研究者Jeffrey和其他研究者運用他們2008年發(fā)明的新技術,，稱為MagSweeper來從病人血液中分離出CTCs,，這種技術是基于癌細胞表面蛋白EpCAM的存在所建立的。
Jeffrey表示,，很多研究者是通過在細胞樣品中加入熒光抗體來識別并且研究在某一個時間點上CTCs一系列的基因或者蛋白質的情況,，而他們對乳腺癌病人的CTCs進行研究來檢測來自不同乳腺癌細胞單一細胞中的95個不同基因的表達情況，研究者試圖既測出基因的表達,，而且不將不同細胞混合在一起,，這樣一來研究者將會檢測出單個腫瘤細胞的不同表達差異。因此當Jeffrey和他的同時們分離出了CTCs后,，他們轉向應用了一種新的技術-實時定量PCR微流體芯片技術,，來純化每一個CTC的遺傳物質，并且用高通量技術來測定95個基因的表達水平,。
Jeffrey表示,，在病人中，他們終止了31個主導基因的表達,，通過觀察這些基因的表達水平,，他們看到了游走腫瘤細胞至少兩個不同的特殊類群，研究者將這些CTCs分為5個不同的類群,，每一個類群都是不同基因組合的打開或者關閉,。多樣性意味著腫瘤包含著多種類型的癌細胞，而且可以進入血液中,，來自病人的單一活組織檢測并不一定反應所有的分子改變,，就比如說對于一個乳腺癌患者，有些CTCs標記物HER2陽性,，而有些CTCs則陰性,；研究者對比了乳腺癌病人CTCs不同的基因檔案后發(fā)現(xiàn)，就像細胞系那樣,，沒有一種人類的CTCs有著相同的基因樣式,。
研究者的研究結果對于癌癥病人來說并沒有直接的影響，因為更多的工作需要來進行從而來發(fā)現(xiàn)不同類型的CTCs對于不同的治療方法所產(chǎn)生的效應,，以及是否對于臨床治療有效,，但是研究結果對于我們理解游走腫瘤細胞在血液中的作用尤為重要，當然,，這也是第一次科學家用高通量基因分析技術來學習單一的CTCs,，為將來學習細胞的多樣性研究提供了一些基礎和線索。（生物谷：T.Shen<微博>編譯）
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doi:10.1371/journal.pone.0033788
PMC:
PMID:
Single Cell Profiling of Circulating Tumor Cells: Transcriptional Heterogeneity and Diversity from Breast Cancer Cell Lines
Ashley A. Powell1#¤a, AmirAli H. Talasaz2,3#¤b, Haiyu Zhang1#, Marc A. Coram4, Anupama Reddy5¤c, Glenn Deng1¤d, Melinda L. Telli6, Ranjana H. Advani6, Robert W. Carlson6, Joseph A. Mollick6, Shruti Sheth6, Allison W. Kurian6, James M. Ford6, Frank E. Stockdale6, Stephen R. Quake7, R. Fabian Pease3, Michael N. Mindrinos2, Gyan Bhanot5,8,9, Shanaz H. Dairkee1,10*, Ronald W. Davis2*, Stefanie S. Jeffrey1*
Background To improve cancer therapy, it is critical to target metastasizing cells. Circulating tumor cells (CTCs) are rare cells found in the blood of patients with solid tumors and may play a key role in cancer dissemination. Uncovering CTC phenotypes offers a potential avenue to inform treatment. However, CTC transcriptional profiling is limited by leukocyte contamination; an approach to surmount this problem is single cell analysis. Here we demonstrate feasibility of performing high dimensional single CTC profiling, providing early insight into CTC heterogeneity and allowing comparisons to breast cancer cell lines widely used for drug discovery.
Methodology/Principal Findings We purified CTCs using the MagSweeper, an immunomagnetic enrichment device that isolates live tumor cells from unfractionated blood. CTCs that met stringent criteria for further analysis were obtained from 70% (14/20) of primary and 70% (21/30) of metastatic breast cancer patients; none were captured from patients with non-epithelial cancer (n = 20) or healthy subjects (n = 25). Microfluidic-based single cell transcriptional profiling of 87 cancer-associated and reference genes showed heterogeneity among individual CTCs, separating them into two major subgroups, based on 31 highly expressed genes. In contrast, single cells from seven breast cancer cell lines were tightly clustered together by sample ID and ER status. CTC profiles were distinct from those of cancer cell lines, questioning the suitability of such lines for drug discovery efforts for late stage cancer therapy.
Conclusions/Significance For the first time, we directly measured high dimensional gene expression in individual CTCs without the common practice of pooling such cells. Elevated transcript levels of genes associated with metastasis NPTN, S100A4, S100A9, and with epithelial mesenchymal transition: VIM, TGFß1, ZEB2, FOXC1, CXCR4, were striking compared to cell lines. Our findings demonstrate that profiling CTCs on a cell-by-cell basis is possible and may facilitate the application of ‘liquid biopsies’ to better model drug discovery.
