线粒体RNA高表达细胞的保留揭示癌症单细胞研究中代谢失调恶性细胞群的功能意义

编辑推荐：针对单细胞RNA测序(scRNA-seq)质量控制中过度过滤线粒体RNA高表达(pctMT>15%)细胞的问题，ETH Zürich团队通过分析9个癌种441,445个细胞数据，发现恶性细胞天然具有更高pctMT特征，且与代谢失调、药物耐药相关。该研究挑战现行QC标准，为癌症研究提供新视角，发表于《Genome Biology》。

　　

在单细胞转录组学飞速发展的今天，科学家们已经能够以前所未有的分辨率解析肿瘤微环境的细胞组成。然而，一个长期存在的技术难题始终困扰着研究人员——如何区分真正的低质量细胞和那些看似"异常"却具有重要生物学功能的细胞群体。当前单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据分析中，普遍采用线粒体RNA含量百分比(pctMT)作为细胞质量控制的指标，通常将pctMT>15%的细胞视为应激或濒死细胞而剔除。这种过滤标准主要基于健康组织的研究经验，但越来越多的证据表明，癌细胞可能具有独特的代谢特征，使得传统阈值在肿瘤研究中可能造成重要生物学信息的丢失。

为了验证这一假设，瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zürich)计算机科学系机器学习研究所的Josephine Yates、Agnieszka Kraft和Valentina Boeva团队开展了一项大规模研究。他们系统分析了9个公共scRNA-seq数据集，涵盖肺癌、乳腺癌、肾癌等7种癌症类型，共计441,445个细胞。研究通过创新的质量控制策略和多种生物信息学分析方法，揭示了pctMT高的恶性细胞群体的独特生物学特征和临床意义。这项重要发现发表在《Genome Biology》杂志上，为癌症单细胞研究的数据处理提供了新的指导原则。

研究团队采用了多项关键技术方法：1) 对9个公共scRNA-seq数据集(134例患者)进行无pctMT过滤的严格质量控制；2) 利用空间转录组技术(Visium HD)分析乳腺癌和肺癌组织中pctMT的空间分布；3) 通过bulk与单细胞数据比对评估解离应激影响；4) 使用Cancer Cell Line Encyclopedia(CCLE)数据库分析pctMT与药物敏感性的关联；5) 应用单细胞谱系追踪技术验证药物耐受克隆的pctMT特征。

研究结果部分，"恶性细胞显示出比健康细胞显著更高的线粒体RNA百分比"小标题下的分析表明，在72%的样本中，恶性细胞的pctMT显著高于肿瘤微环境细胞，且10-50%的肿瘤样本中恶性细胞的HighMT比例是微环境的两倍以上。这一现象在空间转录组数据中得到验证，显示HighMT恶性细胞在肿瘤中呈区域性分布。

"高线粒体含量的恶性细胞并不强烈表达解离诱导应激标志物"部分通过meta分析发现，HighMT恶性细胞的解离应激评分与LowMT细胞无显著差异。bulk与单细胞数据比对进一步证实，线粒体基因的高表达并非主要源于解离应激。

"细胞高线粒体含量表达与线粒体转移和分裂相关的基因特征"部分揭示了HighMT细胞中GO:0090140线粒体分裂和T细胞线粒体转移特征显著富集，提示高pctMT可能与线粒体DNA拷贝数增加有关。

"高线粒体含量恶性细胞呈现代谢通路失调"部分发现HighMT细胞在甘油磷酸穿梭、生物素利用、辅酶A代谢和异生物质代谢等通路上调。特别是ABC转运蛋白(phase III)和UGT基因(phase II)的持续高表达，提示其可能参与药物耐药。

"高线粒体含量细胞系显示对代谢药物的抗性和对EGFR靶向治疗的敏感性"部分通过CCLE数据分析发现，pctMT高的细胞系对NAMPT抑制剂Daporinad等代谢靶向药物更具耐药性，但对EGFR抑制剂类药物更敏感。单细胞谱系追踪证实，卡铂和奥拉帕尼耐药克隆具有更高pctMT。

"高线粒体含量恶性细胞与已报道的转录状态和患者临床特征相关"部分显示HighMT细胞与肾癌TP1、小细胞肺癌NE样状态等特定转录程序相关，且在ER+乳腺癌和晚期小细胞肺癌中富集。

在结论与讨论部分，研究强调HighMT恶性细胞是代谢失调的功能性群体，而非技术假象。保留这些细胞对准确解析肿瘤异质性和临床关联至关重要。研究建议在癌症单细胞分析中采用更宽松或数据驱动的pctMT阈值，以避免丢失具有临床意义的细胞群体。这一发现不仅挑战了当前单细胞数据分析的质量控制标准，也为理解肿瘤代谢异质性和开发联合治疗策略提供了新思路。