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肝癌单细胞转录组文章汇总


    上一期我们对肺癌单细胞转录组测序文章的内容进行了简单总结,本期集中在肝癌上。根据新英格兰医学杂志最新文章显示:在世界范围内,肝癌是癌症相关死亡的第四大常见原因,发病率排名第六,肝细胞癌(HCC)约占所有肝癌发病率的90%。根据世界卫生组织的年度预测,2030年将有100多万患者死于肝癌。肝癌的5年生存率为18%,是仅次于胰腺癌的第二大致死肿瘤。大部分的肝细胞癌发生在有潜在肝病的患者中,主要是乙型或丙型肝炎病毒(HBV或HCV)感染或酒精滥用造成的结果(N Engl J Med, 2019 Apr 11)。
    以liver cancer或hepatocellular carcinoma为例,通过PubMed设置的单细胞转录组相关的多个关键词检索发现,截止到11月14日肝癌单细胞转录组相关的文章共有5篇(单细胞转录组为主线内容)。


    2016年2月首都医科大学附属北京世纪坛医院胃肠肝胆肿瘤外科彭吉润课题组、北京大学生物动态光学成像中心(现北京大学生物医学前沿创新中心,BIOPIC)黄岩谊、汤富酬课题组合作利用单细胞三种组学测序技术揭示了肝细胞癌(HCC)基因组、表观基因组和转录组的异质性
    单细胞基因组、DNA甲基化组和转录组测序方法已经分别被建立起来,然而,为了准确分析转录组、基因组和DNA甲基化组相互调控的机制,有必要将这些组学方法在同一个单细胞中进行。因此,以上科研团队开发出了一种单细胞三组学测序技术——scTrio-seq,用于同时分析单个哺乳动物细胞的基因组拷贝数变异(CNVs)、DNA甲基化组和转录组信息。
 

    其中发现大范围的CNVs会导致获得或丢失的基因组区域内RNA表达的比例变化,而这些CNVs通常不会影响这些区域的DNA甲基化。另外,将scTrio-seq应用于来源于人HCC组织样本的25个单个癌细胞中,基于单个细胞的CNVs、DNA甲基化组和转录组信息发现了两个细胞亚群。这项工作提供了一个新的途径来剖析细胞群中基因组和表观基因组的异质性对转录组异质性的复杂贡献。
 

    2017年6月北京大学生物动态光学成像中心(现北京大学生物医学前沿创新中心,BIOPIC)张泽民课题组、首都医科大学附属北京世纪坛医院胃肠肝胆肿瘤外科彭吉润课题组、美国安进公司欧阳文军团队合作利用单细胞RNA测序技术揭示了肝癌中浸润性T细胞图谱
 

    对肿瘤浸润淋巴细胞的系统性研究是开发免疫疗法和预测其在癌症中的临床反应的关键。本项研究对来源于6例肝细胞癌(HCC)患者的外周血、肿瘤及癌旁正常组织的T细胞进行分离,利用单细胞转录组测序技术(Smart-Seq2等方法)分析了5,063个T细胞信息。结合这些单细胞的转录组特征和组装的TCR序列特征,能够基于其分子和功能特性识别11个T细胞亚群,并且描绘出它们的发展轨迹。在HCC中耗竭的CD8+ T细胞和Tregs细胞等特定亚群优先被富集并且可能出现克隆的扩增,而且发现了每个亚群的特征基因。其中的一个基因LAYN在激活的CD8+ T细胞和Tregs细胞中呈表达上调,在体外实验中也验证其能够抑制CD8+ T细胞功能。因此,这项研究的转录组数据为了解癌症的免疫图谱提供了有价值的见解和丰富的资源。
    为了方便广大研究群体使用这项数据,研究人员开发了一个交互式、基于web的工具用于单个或多个用户输入基因的分析、可视化或下载单细胞数据(http://hcc.cancer-pku.cn)。
 


    2018年7月美国国家癌症研究所的科研团队利用单细胞转录组分析揭示了肝细胞癌中的干细胞异质性(详见Hepatology--单细胞转录组测序:仅1个组织样本+2种细胞系)。
    肝细胞癌(HCC)的异质性对于其治疗是个巨大的阻碍,然而在单细胞水平上揭示HCC瘤内异质性的报道还十分有限。肿瘤干细胞(CSCs)在肿瘤异质性中扮演重要角色,同时助长了治疗抗性、肿瘤复发和转移。
    研究人员首先对肝CSCs表型和异质性进行验证,发现HuH1和HuH7细胞系无论在单分子层或球状的状态下,CSC亚群的异质性均比较显著。利用单个细胞表面marker能够发现明显的CSC亚群,它们具有高度的自我更新的能力。然后为了确定单个marker表达的CSC中生物学差异是否与不同的分子特征相关,利用SMART-seq技术对单细胞转录组进行表征,发现无论是HCC细胞系还是新鲜分离的肿瘤样本,每个细胞群下的单个细胞其转录组是不同的,但是这样的不同在10个或100个细胞的pool中会消失,这表明转录组的异质性确实在单细胞水平上存在,而在pool样本中显著降低。最后为了确定整体细胞群的多样性,利用10x Genomics技术对HuH1, HuH7和P1(患者)中的3847个细胞进行单细胞转录组测序,发现与明确的marker状态下单细胞测序数据一致,出现明显不同的细胞类型,进而验证了细胞间的异质性存在。
 
 

    2019年7月德国和法国科研团队合作利用单细胞RNA测序技术构建了正常肝脏组织的细胞图谱,揭示了其中的异质性和上皮祖细胞,同时将该图谱应用在HCC细胞的表型变化的解释中,相关成果发表在Nature上。
    人的肝脏是一个必不可少的多功能器官。肝脏疾病的发病率正在上升,治疗方法也很有限。然而,对肝脏的细胞组成仍然知之甚少。因此这项研究对来自9个人供体的正常肝组织中的大约10,000个细胞进行了单细胞RNA测序(mCEL-Seq2方法),以构建一个人体的肝细胞图谱。分析发现了以前未知的内皮细胞、Kupffer细胞和肝细胞亚型,其中一些细胞群具有转录组范围内的成带(zonation)。
 

    数据显示EPCAM+细胞群是异质性的,包括ASGR1+肝细胞偏倚的细胞群和胆管细胞群,以及一类TROP2int祖细胞群,其具有很强的潜能形成双能肝类器官。作为验证,使用上述构建的肝脏细胞图谱来阐明发生在HCC细胞、移植到小鼠肝脏的人肝细胞和肝内皮细胞中的表型变化。在HCC的验证工作中,对来源于3例患者的HCC组织进行CD45+和CD45-细胞进行分离和单细胞测序,从肿瘤中恢复了一些细胞类型,包括肿瘤细胞、内皮细胞、Kupffer细胞、NKT细胞和NK细胞,并将其与正常的肝细胞图谱进行比较。从中能够总结出,通过比较HCC细胞群和肝细胞图谱之间的scRNA-seq数据,可以推断出细胞类型间受干扰的基因表达特征、生物标志物和调节的功能。这项人类肝细胞图谱提供了一个强大的资源,使我们能够在正常和病变的肝脏中发现一些以前未知的细胞类型。
 
 



    2019年10月北京大学BIOPIC张泽民课题组、任仙文课题组、首都医科大学附属北京世纪坛医院胃肠肝胆肿瘤外科彭吉润课题组、勃林格殷格翰公司刘康团队合作利用单细胞转录组测序揭示了HCC中单个免疫细胞图谱和动态变化
    HCC免疫微环境很少被研究。这项研究联合了两种单细胞RNA测序技术——10x Genomics和SMART-seq2,对来源于16例无治疗肝癌患者的肿瘤和四个免疫相关位点(癌旁、肝淋巴结、血液和腹水)的CD45+细胞进行分析(超过75,000个细胞)。10x Genomics和SMART-seq2数据的整合分析可以发现不同HCC组织中多种免疫细胞亚群。
 

    一类LAMP3+树突细胞(DCs)似乎是常规DCs的成熟形式,而且具有从肿瘤向淋巴转移的潜能。LAMP3+ DCs还表达多种免疫相关配体,并显示出调节多种亚型淋巴细胞的潜力。在肿瘤中表现出独特转录状态的巨噬细胞中,肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)与预后不良相关,而且确定了SLC40A1和GPNMB在这些细胞中的炎症作用。此外,腹水中的骨髓细胞和淋巴细胞主要分别与肿瘤和血液的起源有关。本研究揭示了不同CD45+细胞类型的动态特性,为HCC的免疫图谱提供了新的视角。与2017年的文章类似,基于这项研究结果研究人员也开发了交互式、基于web的工具(http://cancer-pku.cn:3838/HCC/)。
 

 
 
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