中國學(xué)者PNAS：單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于癌癥無創(chuàng)診斷

日期：2013-12-17 09:06:51

2013年12月10日著名學(xué)術(shù)期刊美國《國家科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences USA)在線發(fā)表了北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心謝曉亮、白凡課題組與北大腫瘤醫(yī)院王潔團(tuán)隊(duì)合作的研究結(jié)果。在題為“Reproducible copy number variation patterns among single circulating tumor cells of lung cancer patients”的研究論文中，研究人員通過單細(xì)胞基因測(cè)序手段首次報(bào)道了對(duì)于癌癥病人單個(gè)外周血循環(huán)腫瘤細(xì)胞的全基因組、外顯子組測(cè)序結(jié)果，此項(xiàng)研究對(duì)于揭示癌癥轉(zhuǎn)移的分子機(jī)制具有重要意義，同時(shí)還為無創(chuàng)癌癥診斷提供了一種新的技術(shù)手段。

腫瘤的轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致癌癥病人死亡的主要原因。早在1896年，澳大利亞籍醫(yī)生Ashworth首次在癌癥病人血液樣品中觀察到循環(huán)腫瘤細(xì)胞（Circulating Tumor Cell, CTC）的存在。在腫瘤轉(zhuǎn)移過程中，癌細(xì)胞從原發(fā)腫瘤脫落，進(jìn)入血液或淋巴循環(huán)系統(tǒng)，其中一些具有高度轉(zhuǎn)移潛能的腫瘤細(xì)胞在循環(huán)系統(tǒng)中存活下來，成為循環(huán)腫瘤細(xì)胞，并進(jìn)一步發(fā)展為遠(yuǎn)端器官轉(zhuǎn)移腫瘤。循環(huán)腫瘤細(xì)胞是腫瘤發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的必經(jīng)步驟，因此在外周血中檢測(cè)到腫瘤細(xì)胞預(yù)示著有發(fā)生腫瘤轉(zhuǎn)移的可能。

近些年來，對(duì)于癌癥病人血液中CTCs的計(jì)數(shù)已逐漸用于癌癥治療的療效評(píng)估。如果能對(duì)CTCs進(jìn)行基因組分析將有助于我們更好地了解腫瘤轉(zhuǎn)移的生物學(xué)機(jī)制；同時(shí)，作為一種非侵襲性的檢測(cè)手段，CTCs的基因組分析還可以為療效評(píng)價(jià)、預(yù)后判斷以及個(gè)體化治療提供及時(shí)可靠的依據(jù)。然而，由于循環(huán)腫瘤細(xì)胞在病人外周血中存在的數(shù)量極其稀少，對(duì)其進(jìn)行基因組測(cè)序具有較大難度。

在此項(xiàng)研究中，研究人員使用了哈佛大學(xué)謝曉亮組最新發(fā)明的多重退火和環(huán)化循環(huán)的擴(kuò)增技術(shù)(MALBAC)成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)于來自癌癥病人外周血單個(gè)循環(huán)腫瘤細(xì)胞的全基因組擴(kuò)增和深度測(cè)序。MALBAC技術(shù)具有基因組擴(kuò)增均勻，覆蓋率高等眾多優(yōu)勢(shì)，從而使得研究人員可以在單個(gè)細(xì)胞水平準(zhǔn)確探測(cè)全基因組基因拷貝數(shù)變異(CNVs)和單核苷酸變異(SNVs)。

研究人員重點(diǎn)研究了肺癌患者外周血循環(huán)腫瘤細(xì)胞的分子特性。在來自眾多肺腺癌患者和小細(xì)胞肺癌患者的循環(huán)腫瘤細(xì)胞中，成功檢測(cè)到與癌癥發(fā)生發(fā)展相關(guān)密切的原癌基因和抑癌基因上的重要單核苷酸變異和插入/缺失。單細(xì)胞水平CTCs的基因突變的檢測(cè)避免了反復(fù)穿刺活檢給病人帶來的傷害和痛苦, 并能及時(shí)地提供個(gè)體化治療所需的重要信息，例如導(dǎo)致癌癥轉(zhuǎn)移過程中發(fā)生表型轉(zhuǎn)換的重要突變，以及癌癥治療過程中產(chǎn)生耐藥性的重要突變。

研究過程中研究人員意外地發(fā)現(xiàn)來自同一個(gè)病人的不同CTC都展現(xiàn)出高度一致的全基因組拷貝數(shù)變化模式，和同一病人的轉(zhuǎn)移位腫瘤組織的拷貝數(shù)變化模式一致。這種現(xiàn)象在肺腺癌和小細(xì)胞肺癌的病人中都得到了驗(yàn)證。此外，在不同的肺腺癌病人中，CTC展現(xiàn)的全基因組拷貝數(shù)變化模式具有高度的相似性。腫瘤的異質(zhì)性長期以來被當(dāng)作是惡性腫瘤的重要特征。首次在CTC中觀察到的高度一致的拷貝數(shù)變異模式將會(huì)改變傳統(tǒng)上對(duì)腫瘤異質(zhì)性的理解，揭示了特定的拷貝數(shù)變異在腫瘤形成及轉(zhuǎn)移中發(fā)揮了重要的作用。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，小細(xì)胞肺癌患者的拷貝數(shù)變異模式與那些肺腺癌患者明顯不同，展現(xiàn)出癌種之間一定的特異性。這種特異性可能跟腫瘤發(fā)展、轉(zhuǎn)移所處的微環(huán)境相關(guān)。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為將來基于CTC拷貝數(shù)變異來進(jìn)行癌癥病人分型提供了理論基礎(chǔ)。

北京大學(xué)生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心白凡副研究員、中心主任謝曉亮教授以及腫瘤醫(yī)院王潔教授及為該論文的共同通訊作者。倪曉暉博士和在讀研究生蘇哲、高妍是這篇論文的并列第一作者。該項(xiàng)研究得到了北京大學(xué)985臨床醫(yī)院合作專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)、青年千人計(jì)劃科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)以及國家杰出青年基金的支持。