如何构建一幅完整的癌症图像

无论是破译肿瘤微环境的细胞特征，还是研究治疗反应的基础，癌症研究人员在全面了解复杂的异质性疾病时都面临挑战。不过，通过合作和技术创新共享，一幅更加完整的癌症生物学图像将会慢慢浮现。

本着这种精神，10x Genomics在前不久邀请了世界各地的研究人员举办了癌症网络峰会周，这是为期一周的科学演讲，由全球领先的研究人员参与，这些研究人员利用单细胞和空间基因表达技术来增进我们对癌症的了解。您可以通过下面一些精选文献来回顾他们的研究项目，并为自己的研究找到灵感。也可以通过扫描文末的二维码或点击阅读原文回顾癌症网络峰会周的精彩内容。

截止2020年4月，研究人员已采用10x Genomics的解决方案发表了155项癌症相关的研究成果，并且这一数字每年都在继续增长。我们为这一开创性的产品能够推动癌症研究而感到自豪。

使用10x Genomics解决方案的癌症研究人员正不断在顶级期刊上发表他们的成果。

表观基因组学和免疫组库分析揭示了驻留于肿瘤的T细胞生物学

斯坦福大学的助理教授Ansuman Satpathy博士长期致力于T细胞的研究。他与斯坦福大学、帕克癌症免疫疗法研究所及其他合作机构的同事近期合作发表了4篇论文，这些论文关注了驻留于肿瘤的T细胞耗竭，以及免疫检查点阻断疗法如何让这些细胞恢复活力。利用单细胞ATAC-seq和单细胞免疫分析技术，Satpathy及其合作者在抗PD-1治疗前后，对多个组织的T细胞进行分析，包括人体血液、部位匹配的肿瘤以及一系列肿瘤活检。通过研究对治疗有反应的T细胞亚群的染色质调控因子，以及对T细胞克隆的追踪，他们能够获得一些出乎意料的发现。最重要的是，PD-1阻断不能使耗竭的T细胞恢复活力。相反，驻留于肿瘤的T细胞受到表观遗传学调控，锁定在耗竭状态，而发起抗肿瘤反应的T细胞实际上是在外周扩增的新的T细胞。

深入了解这些研究：

A Satpathy et al., Massively Parallel Single-Cell Chromatin Landscapes of Human Immune Cell Development and Intratumoral T Cell Exhaustion. Nat. Biotechnol. (2019).

K Yost et al., Clonal Replacement of Tumor-Specific T Cells Following PD-1 Blockade. Nat. Med. (2019).

T细胞耗竭为开发有效且持续的癌症免疫疗法带来了重大挑战。考虑到这一挑战，Satpathy及其同事还探索了各种模式的T细胞改造在缓解耗竭上的效果。在首个此类的人类1期临床试验中，一个研究小组评估了经CRISPR编辑的T细胞疗法在难治性癌症中的效果。考虑到PD-1阻断能够让耗竭的T细胞恢复活力，他们敲除了三个编码T细胞受体的基因，包括PDCD1。利用5'单细胞RNA测序（scRNA-seq）文库的数据，他们能够监控随时间变化的T细胞稳定性和循环丰度。基于先前研究的成果，他们发现，PD-1缺陷型改造细胞的循环丰度随时间减少，表明这些细胞建立记忆的能力较弱。这些成果将继续指导未来的研究，旨在发现T细胞改造的正确靶点。

了解更多文献：

R Lynn et al., c-Jun Overexpression in CAR T Cells Induces Exhaustion Resistance. Nature. (2019).

EA Stadtmauer et al., CRISPR-Engineered T Cells in Patients with Refractory Cancer. Science. (2020).

外周T细胞扩增如何影响临床结果

有关免疫检查点疗法与肿瘤内T细胞耗竭之间相互作用的最新成果具有临床意义，而大型制药公司的研究团队目前正在评估这种意义，并涉及到更多类型的癌症。Genentech的首席科学家Thomas Wu博士领导了一项研究，是分析PD-1治疗后从患者体内切除的肺、结肠和肾肿瘤以及邻近正常组织和外周血中的T细胞克隆扩增。

利用scRNA-seq和T细胞受体（TCR）测序，他们在肿瘤、邻近正常组织和外周血样本中发现了扩增的T细胞克隆型。最关键的是，外周血T细胞数量增加的患者对PD-1阻断疗法的反应最佳，从机理上来说，这表明免疫检查点阻断是从肿瘤外部招募新的未耗竭克隆，而不是让肿瘤内耗竭的克隆恢复活力。这些成果不仅证明了Satpathy博士及其同事的工作，还指出了外周血克隆扩增在预测免疫检查点阻断的临床反应上的潜在诊断价值。

深入了解这项研究：

T Wu et al., Peripheral T cell expansion predicts tumour infiltration and clinical response. Nature. (2020).

癌症研究人员正使用单细胞和空间基因表达技术研究的各种肿瘤类型。图中的百分比根据每种肿瘤类型的论文数占总论文数的比例计算。

揭示肿瘤内异质性在治疗耐药中的作用

除了T细胞耗竭，肿瘤的某些先天特征也会影响治疗反应。问题在于，如何从异质性的癌细胞中大海捞针，发现这些特定的分子特征？

德克萨斯大学MD安德森癌症中心的胸腔/头颈部医学肿瘤系的科学家Allison Stewart博士和助理教授Carl Gay博士就试图在小细胞肺癌（SCLC）研究中寻找这一问题的答案。SCLC的特点是最初对化学疗法高度敏感，但在疾病复发后大多快速出现耐药性。研究小组利用scRNA-seq来研究循环肿瘤细胞衍生的鼠类异种移植物，包括来自化疗应答性和化疗耐药性的患者肿瘤的模型，发现多个细胞亚群的同时存在，这些亚群在治疗靶点和潜在的耐药途径上有着异质性的基因表达。这一结果表明，多种耐药机制同时发展，甚至可能归因于单一疗法诱导的选择性压力。在这种情况下，从治疗一开始就采用多样化的联合治疗策略，有望在转录异质性出现之前让疗效最大化。

解析乳腺癌的化疗耐药性

这种发现化学耐药性背后的细胞特异性转录程序的能力，也让其他一些癌症研究受益。悉尼新南威尔士大学的副教授Alexander Swarbrick博士及其团队利用三阴乳腺癌（TNBC）患者来源的鼠类异种移植模型，采用大量细胞和单细胞RNA测序技术，确定了由肿瘤细胞分泌的Hedgehog配体对癌症相关的成纤维细胞（CAF）进行重编程，为化疗耐药性的癌症干细胞表型的获得提供了支持环境。相反，他们观察到用smoothened抑制剂（SMOi）来处理CAF可逆转Hh信号诱导的CAF基因表达改变。他们的发现凸显了单细胞测序方法的力量，这种方法能够揭示肿瘤微环境中基质细胞与癌细胞之间的关键相互作用，鉴定出驱动化疗耐药性的细胞和分子特征，并带来了新的治疗机会。

深入了解这项研究：

A Cazet et al., Targeting stromal remodeling and cancer stem cell plasticity overcomes chemoresistance in triple negative breast cancer. Nat. Comm. (2018).

在前人工作的基础上，新发现不断涌现，而我们对癌症的理解也在不断发展和加深。对于癌症研究的未来，我们认为合作和共享的成功案例都会加速进一步的探索，无论是与样本制备和组织分离的最佳实践有关，还是与单细胞和空间基因表达技术的新颖实验应用有关。欢迎扫描下方二维码或点击阅读原文回顾本次癌症网络峰会周，与全球同行和10x Genomics的科学家一起，为您的癌症研究找到所需的支持。

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