Nature子刊：单细胞测序揭示AML患者的克隆多样性

　　

越来越多的证据表明，克隆多样性在治疗耐药和癌症复发中起作用。只有更好地了解癌细胞的异质性，研究人员才能弄清癌症如何发展以及哪种靶向治疗方法的效果更佳。为此，MD安德森癌症中心的研究人员对100多名急性髓系白血病（AML）患者的样本进行单细胞测序。

利用他们生成的单细胞数据，研究人员发现了往往同时存在的驱动突变以及相互排斥的突变，并开始梳理某些突变的进化史。通过一组纵向样本，他们进一步观察了克隆结构如何因不同的治疗方法而改变，表明单细胞分析有望为治疗决策提供依据。这项成果于周三发表在《Nature Communications》杂志上。

共同通讯作者、MD安德森癌症中心白血病科的Koichi Takahashi表示：“到目前为止，AML及其他癌症并没有真正通过单细胞DNA测序平台来很好地鉴定。我们想了解AML的遗传多样性图谱，而不仅仅是分析几个病例，我们希望开展大型的队列分析。”

Takahashi领导的研究团队利用Mission Bio公司的Tapestri单细胞测序平台，分析了123名AML患者的154个骨髓单核细胞样本。他们还通过传统的大量细胞测序（bulk sequencing）来分析所有样本，以便了解应该使用哪种靶向基因检测板来进行单细胞测序分析。

他们总共对超过73万个细胞进行了测序。在31个与癌症相关的基因中，他们发现了543个体细胞突变，其中98%的突变经过了正交验证。他们检测到的最常见突变在NPM1基因中，其次是在DNMT3A和NRAS基因中。

研究人员发现，尽管在同一患者中发现了许多功能上冗余的突变，但这些改变往往是处于互斥克隆中。它们影响了受体酪氨酸激酶（RTK）/Ras GTPase（RAS）/MAP激酶（MAPK）信号通路等。这些结果表明，细胞不需要两个突变，或者当它们一起出现时，这些突变是有毒的，这暗示了潜在的治疗方法。

他们还指出，大约一半AML患者的突变表现出线性的克隆进化（这是经典的癌症发展模型），但另一半却表现出分支克隆进化。Takahashi补充说，他们已经知道分支克隆进化存在于癌症和白血病中，但如今他们能够更自信地重建它。

此外，研究人员还利用Tapestri平台来同时分析十几名患者的单细胞DNA和细胞表面蛋白。他们分析了基因型与表型之间的关联，发现带有NPM1或IDH突变的细胞往往表达较低水平的CD34和HLA-DR，而带有单个TP53突变的细胞具有CD34+CD117+表型，带有两个TP53突变的细胞却具有单核细胞免疫表型。

他们还拿到了十多名患者的纵向样本，这样就能分析其克隆结构如何随着治疗而改变。例如，一名患者在接受FLT3抑制剂治疗期间，出现了与复发相关的带有FLT3突变的亚克隆，表明正在进行克隆选择。同样，另一名患者在接受FLT3抑制剂和IDH2抑制剂治疗期间，也表现出NRAS、PTPN11、FLT2-ITD和IDH1突变的克隆选择。

Takahashi表示：“这些信息在某种程度上也能通过纵向的大量细胞测序而获得，但我认为单细胞数据便于细致地观察每个克隆的动态，而这根本不可能通过大量细胞测序来实现。”他未来打算评估单细胞测序是否可用于残留病的监测。（生物通 薄荷）

原文检索

Morita, K., Wang, F., Jahn, K. et al. Clonal evolution of acute myeloid leukemia revealed by high-throughput single-cell genomics. Nat Commun 11, 5327 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-19119-8