探索肿瘤微环境
单细胞测序证明在检测肿瘤细胞内通信方面是无价的。
探索肿瘤微环境
介绍
为什么有些癌症会转移到远处的器官和组织？为什么一些转移性肿瘤具有耐药性？对于研究人员来说，这些问题非常难以回答。许多人从肿瘤细胞本身寻找原因。然而，很明显，这些细胞的内部运作并不能完全解释这种行为。研究人员扩大了他们的研究范围，研究肿瘤微环境中的各种因素可能发挥的作用。这包括血管、免疫细胞、成纤维细胞和肿瘤周围的细胞外基质。这项研究对癌细胞如何以及为什么迁移到身体其他部位并产生耐药性产生了深刻的见解。
副教授Alex Swarbrick博士是澳大利亚悉尼Garvan医学研究所肿瘤进展实验室的负责人。他的研究使用单细胞技术，如单细胞RNA测序（scRNA-Seq），来研究乳腺癌和前列腺癌的肿瘤微环境。目的是阐明其中的基因表达模式，并确定未来癌症治疗的潜在靶点。
iccommunity与Swarbrick博士讨论了单细胞下一代测序(NGS)技术的优势，以及了解肿瘤微环境对开发更强大的抗癌治疗武器的重要性。
亚历克斯·斯瓦布里克博士是加文医学研究所肿瘤进展实验室的负责人。
问:你什么时候加入加文学院的?
亚历克斯·斯沃布里克（AS）：我在加文学院待了12年。我之前在加州大学旧金山分校做博士后。我在加文研究所的工作重点是细胞基因组学。我用单细胞的方法来了解人类疾病。细胞基因组学令人兴奋的事情之一是我们可以直接对人类进行基础和转译研究。然后我们使用实验模型来逆向工作，帮助我们识别疾病的机制。
许多实验室意识到，细胞基因组学为疾病提供了新的视角，无论是癌症、自身免疫性疾病、免疫学还是神经生物学。加文研究所的许多实验室正在进行细胞基因组学研究。该研究所最近还与以色列魏茨曼科学研究所建立了伙伴关系，创建了加万-魏茨曼细胞基因组学中心，以专注于这一新领域的研究。
问：怎么可能肿瘤微冲击病？
为:肿瘤微环境包括含有肿瘤的所有细胞，而不仅仅是恶性细胞。肿瘤内的其他细胞不仅仅是乘客，还存在越来越多的验收，而是疾病进展的活跃参与者。本质上，癌症像生态系统一样运作。如果我们了解这一生态系统的所有组成部分，我们希望能够更大的洞察力。这包括其形成新的转移性病变及其对治疗的反应能力。
问：微环境中还有哪些细胞可以在癌症的发生和发展中发挥作用？
为:最明显的是微环境中的免疫细胞。很明显，免疫系统从一开始就在塑造癌症进程中发挥着作用。在我们的一生中，我们都会通过突变过程产生异常的细胞。在很多情况下，免疫系统会识别并消灭这些细胞。在极少数情况下，突变细胞会发展出逃避免疫系统的策略，并发展成癌症。有一些癌症疗法正在开发和临床应用中，以对抗这些策略，例如针对PD1、PDL1和CTLA4的“免疫检查点”药物。
微环境中还有其他细胞成分的证据尚不清楚，但我们怀疑它们发挥着重要作用。我们对基质细胞，包括成纤维细胞感兴趣。这些细胞通常构成肿瘤的很大一部分，并发挥机械作用。例如，成纤维细胞决定肿瘤的僵硬程度或液体程度。但成纤维细胞也会与肿瘤中的其他细胞交流，影响它们的行为。它们与癌症和免疫细胞交流。
问：如何理解成纤维细胞在癌症中的作用促进了新的治疗方法的发展？
为:在过去的二十年中，在实验系统中进行了一些漂亮的工作，表明成纤维细胞在治疗反应中影响肿瘤的行为。在侵袭性三阴性乳腺癌中，我们已经证明成纤维细胞建立了一个促进恶性、耐药癌症行为的生态位。1如果我们能找到一种方法，用小分子抑制剂靶向这些成纤维细胞，我们就可以阻止它们提供支持，并使癌细胞敏感，以更好地对治疗做出反应。我们在实验模型中成功地做到了这一点，并进行了第一阶段的试验，以证明这种策略的可行性。这是早期证据的一个例子，支持以成纤维细胞或基质细胞为目标，创造治疗癌症的新武器。
“基本上，癌症像生态系统一样运作。如果我们了解那个生态系统的所有组成部分，我们都希望能够进入其行为的洞察力。”
问：你是如何开始研究肿瘤微环境？
为:我们使用免疫组化和流式细胞术等方法将细胞从肿瘤中分离出来，这样我们就可以将它们分到不同的试管中。然后我们对细胞池使用RNA-Seq来了解它们的生物学特性。这项工作让我们走了很长一段路，但也很辛苦，试管中仍然留下了异质细胞群。
问:单细胞测序如何使你能够在肿瘤中分离不同类型的细胞?
为:细胞是生命和疾病的基本单位。就像数以百万计人的流行病学研究使我们了解一个群体的行为，这也是重要的在细胞水平上研究生物系统，以获得新的见解。
通过使用单细胞测序，我们不再以在癌症微环境中发现什么作为先验假设开始。我们可以简单地观察和强调我们所发现的。这导致了我们在其他情况下无法获得的惊人的新见解。例如，在我们的乳腺癌研究中，我们发现了一群基质细胞，称为平滑肌细胞，我们没有意识到在乳腺癌中存在这种状态(未发表)。在过去的20年里，这些细胞被认为是成纤维细胞，因为它们表达一些相同的标记。我们从未意识到它们是不同的细胞类型。
因为我们正在进行临床研究，我们使用有限的组织。通常，我们有足够的样品仅执行一个测定。所以，我们花了很多时间从一个样本中尽可能多地学习。yobet亚洲我们已经投入了来自单个样本提供多个数据维度的多组方法。例如，我们在Novaseq 6000系统上进行SCRNA-SEQ以获得每种样品数千个细胞的完整转录om和靶细胞表面蛋白质。通过测序（RACE-SEQ）开发了一种称为ReptoIre和基因表达的方法，该方法使我们能够同时进行全长，单分子测序，用于该信息至关重要的分子，例如淋巴细胞受体。2此外，我们还将通过其他实验室，如通过测序（CITE-SEQ）转录和表位的细胞索引开发的方法，使我们能够在同一时间scRNA-SEQ进行蛋白质测量。使用CITE-SEQ和NextSeq 500系统，我们可以数千单个细胞的表面上获得150种不同的蛋白质的数据。
“我们投入了多组学方法，从单个样本中提供多个维度的数据。例如，在NovaSeq 6000系统中，我们通过scRNA-Seq获得每个样本数千个细胞的完整转录组和靶向细胞表面蛋白质组。”
问：你是如何识别不同类型的基质细胞及其在细胞内信号传递的作用？
为:我们使用单细胞NGS技术来识别是癌症中存在的不同的基质状态。我们确定了四种不同的间质人群，包括所谓的肌纤维母细胞，炎性成纤维细胞和两种形式平滑肌细胞（未发表）的。基于它们的基因表达特征，我们可以识别它们的细胞类型，预测它们表达分子的类型，并识别与它们的信号到相邻的单元中的分子。
我们目前正在寻求一个假设是，在乳腺癌病人可能基质微环境的性质，部分免疫系统听写是否有能力消灭肿瘤细胞。我们此前曾发现，成纤维细胞信号传导到癌细胞，使他们更积极的证据。我们还发现成纤维细胞信令给CD8 + T细胞，免疫系统的杀伤细胞，肿瘤微环境中和分泌的分子，使这些T细胞在杀死癌细胞（未发表）不太有效的证据。该信令可以部分解释为什么目前这一代的乳腺癌免疫疗法往往是无效的。
我们现在正在使用实验系统来测试阻断这种信号是否可以增强乳腺癌患者的抗肿瘤免疫能力。我可以想象这样一个场景，病人可能有一天会接受免疫治疗，除了一种药剂，它可以阻止基质微环境的抑制信息。
问：转录特性如何揭示肿瘤内异质性？
为:肿瘤内的所有细胞类型都有多样性，包括癌细胞。然而，这种异质性的驱动因素仍然难以捉摸。我们已经开始使用scRNA-Seq来研究这种异质性。内分泌疗法，如三苯氧胺和芳香化酶抑制剂，已经取得了极大的成功，挽救了数十万人的生命。然而，许多妇女在接受这些药物治疗后仍会复发。我们不了解每个病例复发的本质。有时，它是由雌激素受体的突变驱动的，有很多研究人员在研究这一领域。在其他情况下，它可能是由治疗的细胞群的异质性驱动的。可能有一些细胞不是内分泌依赖的，这可能解释了内分泌疗法在有效治疗这些女性方面的失败。
“在某种程度上，我们的Illumina系统对我们来说是看不见的。我们得到了我们的数据，我们知道它是好的，我们继续前进。Illumina系统表现得很好。”
由于它是一个转录因子，雌激素受体的活性可以很容易地用单细胞基因组技术测量，如scRNA-Seq，以评估不同的细胞群体和识别内分泌耐药细胞群体。我们希望有一天我们能找出一个弱点来消灭这些人口。这项研究可能最终推动联合疗法的发展，以治疗复发风险更高的女性。
问：在您的研究已经进行的Illumina NGS系统？
为:我们使用Illumina NGS系统来满足我们所有的高通量测序需求。我们正在进行转化研究，使用宝贵的临床样本，所以我们需要试剂可靠、一致和高质量的技术平台。在某些方面，我们的Illumina系统对我们来说是不可见的。我们得到数据，我们知道它是好的，然后我们继续前进。Illumina系统的表现非常好。在早期，我们使用NextSeq 500 System。我们的单细胞测序合作伙伴，新南威尔士大学Ramaciotti基因组学中心，收购了NovaSeq 6000系统，因为它的高容量测序，我们在2019年初开始使用它。我们与我们的同事合作批处理我们的样品，以填补测序运行，使我们能够受益于规模经济。它降低了我们的测序成本，我们的数据也和以前一样好。
问:你下一步的研究是什么?
为:我们将进行更多的细胞基因组学研究，以填补我们对一些常见癌症理解的空白。在前列腺癌中，我们正在进行早期局部疾病和转移性疾病的研究。前列腺癌有一定的异质性。研究前列腺癌的病理学家通常需要专门研究这种疾病，因为它的组织病理学很复杂。前列腺内通常存在不止一个癌灶，这些癌被动态间质重塑所包围。这是一个令人兴奋的研究领域，我们将从纯粹的形态学研究转向更深入的遗传学研究，从中学到很多东西。yobet亚洲我们投入了大量精力去寻找过滤NGS点击率的正确方法，并将其带回实验系统中去测试其相关性。使用这种方法，我们可以从一个现象的观察到一些机械上或治疗上重要的东西。
问：即将到来的趋势，你在癌症研究中使用NGS测序看到了什么？
为:一个趋势是空间RNA分析和相关技术。目前，大多数单细胞基因组学研究都是从制造细胞悬浮开始的。因此，我们失去了这些细胞中的空间、形态和位置信息。
新技术使我们能够在组织中进行细胞分辨率测序研究。以这种方式，我们可以保持细胞的形态和关于它们与其他小区的空间关系的信息，这对于识别和说明细胞之间的信号传导至关重要。这是令人兴奋的，我很期待我们从这些新技术中学到的内容。yobet亚洲
阅读更多关于Garvan研究所的测序信息:
yobet亚洲亚博官网人口了解本文中提到的系统的更多信息:
NovaSeq 6000系统，www.169o.com/systems/sequencing-platforms/novaseq.html
NextSeq 500系统,www.169o.com/systems/sequencing-platforms/nextseq.html
参考文献
- Cazet AS，惠MN，Elsworth BL等。靶向间质重塑和癌症干细胞可塑性克服三阴性乳腺癌的化疗耐药性．NAT CANCE．2018; 9:2897。doi: 1038 / s41467 - 05220 - 6。
- 等。高通量靶向长读单细胞测序揭示淋巴细胞的克隆和转录景观．NAT CANCE．2019; 10(1): 3120。doi: 10.1038 / s41467 - 019 - 11049 - 4。