Nature子刊：单细胞测序新技术准确鉴定癌症干细胞

　　

癌症干细胞驱动了许多癌症的进展和复发。不过，这种干细胞丰度低，并与其他干细胞相似，因此很难分离和研究。为此，欧洲科学家开发出一种新方法，可根据遗传学和基因表达来区分癌症干细胞、成熟癌细胞及其他健康干细胞。

这项成果于3月1日发表《Nature Communications》杂志上，为癌症研究和个性化医疗开辟了新途径。

大多数癌组织由快速分裂的细胞组成，其自我更新能力有限，这意味着大部分细胞在经过一定次数的分裂后就会停止增殖。然而，癌症干细胞可以无限期地增殖，从而促进了肿瘤的不断生长，并推动了癌症的复发。

癌症干细胞能够设法躲过化疗等常规治疗，这是患者最初病情缓解但不久后复发的原因之一。急性髓系白血病（AML）是一种血液癌症，复发率高，意味着只有不到15%的老年患者能存活5年以上。

然而，癌症干细胞（cancer stem cells）的丰度低，与其他干细胞相似，因此很难分离和研究，这也阻碍了研究人员开发精准的癌症疗法。他们的本意是在消除恶性细胞的同时保留健康细胞。

来自西班牙基因组调控中心（CRG）和欧洲分子生物学实验室（EMBL）的研究人员近日开发出两种工具（MutaSeq和mitoClone）来克服这一问题。MutaSeq可以根据细胞遗传学和基因表达来区分癌症干细胞、成熟癌细胞及其他健康的干细胞。

共同第一作者、基因组调控中心的负责人Lars Velten解释说：“RNA为人类健康提供了至关重要的信息。例如，冠状病毒的PCR检测可以检测其RNA，以此来诊断COVID-19。随后的测序可以确定病毒的变种。MutaSeq的原理类似于冠状病毒的PCR检测，但是要复杂得多，并且以单个细胞作为起始材料。”

为了确定单个细胞是否为干细胞，研究人员利用MutaSeq同时测定数千条RNA。为了确定细胞是癌变的还是健康的，他们开展了额外的测序并寻找突变。这些数据可帮助他们判断是癌症干细胞还是健康干细胞，并进一步确定癌症干细胞的不同之处。

斯坦福大学教授、EMBL海德堡研究小组组长Lars Steinmetz表示：“目前有大量的小分子药物被证明是安全的，但要决定这些药物适合哪些癌症，更确切地说是哪些患者，这是一项艰巨的任务。我们的方法能够鉴定出那些尚未在适当背景下进行测试的药物靶点。这些测试需要在对照临床研究中进行，但首先要知道去尝试什么。”

MutaSeq方法是基于Smart-seq2单细胞测序技术。研究人员通过单细胞基因表达谱来鉴定具有干细胞特征的细胞，然后通过基因组和线粒体突变进行克隆追踪，以区分健康克隆和癌变克隆。单细胞测序技术如今被广泛应用，可帮助研究人员从数千个单细胞中收集全基因组信息。

通过这种方法，研究人员区分了白血病干细胞（LSC）、造血干细胞（HSC）及其前体细胞、健康的祖细胞和母细胞。他们认为这种方法适用于急性髓系白血病，应该也适用于其他类型的癌症。

Lars Velten在解释下一步工作时表示：“我们已经召集了德国和西班牙的临床研究人员，将这种方法应用于更大规模的临床研究。我们也在设法将这种方法简化。我们的目标是以个性化的方式确定癌症干细胞特有的药物靶点，最终让医生能够像检测冠状病毒一样轻松寻找治疗方法。”

原文检索：

Velten, L., Story, B.A., Hernández-Malmierca, P. et al. Identification of leukemic and pre-leukemic stem cells by clonal tracking from single-cell transcriptomics. Nat Commun 12, 1366 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-21650-1