Sci Adv | 陈亮/刘宝辉/顾颖利用单细胞多组学探秘胶质瘤的空间异质性

文摘   2024-12-09 16:23   上海  

肿瘤的复杂性让人望而生畏,但科学家正通过技术创新,逐步揭开它的秘密。

胶质母细胞瘤(GBM)是成人中最致命的脑肿瘤,其复杂性不仅体现在肿瘤核心区域,还涉及其扩散至周围正常组织的细胞。然而,肿瘤扩散区域的研究一直面临挑战:这些区域的肿瘤细胞数量较少,并与大量正常细胞混杂,使得精准剖析变得困难重重。
近日,华大陈亮、顾颖与武汉大学刘宝辉合作,采用华大平台的单细胞多组学技术,对GBM的核心区(TC)与肿瘤周围脑组织区(PTB)进行高分辨率分析,为揭示肿瘤的空间异质性提供了全新视角。相关研究成果已于2024年11月22日在国际期刊《Science Advances》上发表:Single-cell multi-omics sequencing uncovers region-specific plasticity of glioblastoma for complementary therapeutic targeting。
相关研究数据已上传至CNGB网站:

https://db.cngb.org/cnsa/; CNP0003766

研究团队提供了交互式在线网页,方便探索:

https://db.cngb.org/cdcp/visualization?project=CNP0003766


单细胞多组学的“显微镜”

单细胞多组学技术是什么?简单来说,它可以被比喻为一台“超级显微镜”,能够同时观察到单个细胞的转录组信息(基因表达)和表观遗传信息(染色质开放状态)。该研究中,研究团队结合单核RNA测序(snRNA-seq)和单核ATAC测序(snATAC-seq),绘制了GBM肿瘤核心区和周围区域的多维“分子地图”。

通过单细胞测序技术,科学家能够“看清”肿瘤细胞的分子特征,精准识别肿瘤细胞与正常细胞的区别,并解析这些细胞在不同区域的动态变化。

图1 胶质母细胞瘤双组学图谱

区域异质性:核心与周围的“分界线”

研究揭示了GBM核心区和周围脑组织区域在肿瘤细胞构成上的显著差异。

核心区域(TC):以星形胶质细胞样(AC-like)肿瘤细胞为主,这些细胞倾向于具有较强的增殖能力,是肿瘤主要的生长“引擎”。

周围区域(PTB):以少突胶质细胞前体样(OPC-like)细胞为主,这些细胞更具神经前体特征,能够与周围的正常细胞相互作用,表现出较高的扩散性和侵袭性。

这一发现表明,GBM肿瘤细胞在扩散过程中发生了显著的状态变化。这种状态的动态转换可能通过适应周围环境来提高肿瘤细胞的存活率和扩散能力,也提示了肿瘤细胞的高度适应性。

图2 区域细胞状态异质性

关键分子:AP-1与BACH1的区域调控

进一步的分析显示,肿瘤核心和周围区域的肿瘤细胞不仅在构成上存在差异,在分子调控机制上也各具特征。

激活蛋白1(AP-1):在核心区域的肿瘤细胞中,AP-1转录因子的活性显著增强,推动了细胞增殖和存活。

BACH1:在周围区域的侵袭性肿瘤细胞中,BACH1的活性则显著上调,与核心区域形成鲜明对比。

这一发现提示,单一靶点治疗可能无法同时针对核心区域和周围区域的肿瘤细胞,而双靶点联合治疗或许可以实现更全面的控制。

图3 区域分子调控异质性

单细胞技术的未来潜力

研究团队表示,单细胞多组学技术的优势不仅在于高分辨率,更在于其能够同时获取细胞的多维数据。这种技术为研究肿瘤的异质性提供了前所未有的精准视角,也为探索肿瘤扩散机制和开发个性化治疗策略提供了宝贵的工具。

图4 单细胞多组学的多维信息

精准治疗的“新地图

研究为GBM的精准治疗打开了新思路。通过详细解析核心与周围区域肿瘤细胞的分子特征,研究为双靶点治疗提供了理论支持。未来,通过结合空间转录组学技术,研究团队将进一步揭示肿瘤细胞的时空动态变化,绘制出更完整的“分子地图”,为GBM及其他复杂肿瘤的治疗奠定坚实基础。

图5 联合靶标新方案

来源:测序中国

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