小细胞肺癌（SCLC）是一种高级别神经内分泌癌，是一种侵袭性恶性肿瘤，具有病因复杂、分化程度低、恶性程度高、生长速度快、侵袭性强、转移早、患者普遍预后较差等特点。由于难以获取复发样本，小细胞肺癌从化疗敏感向化疗耐药转变背后的机制仍不清楚。

　　2020年2月17日，德克萨斯大学安德森癌症中心的研究团队在Nature Cancer上发表题为Single-cell analyses reveal increased intratumoral heterogeneity after the onset of therapy resistance in small-cell lung cancer的文章，通过单细胞转录组技术，对化疗敏感和耐药的CDX(circulating tumor cell(CTC)-derived xenografts)进行分析，在治疗中对患者CTC和CDX模型进行纵向分析，研究瘤内异质性(ITH)，发现复发CDX模型的ITH增加，特定细胞群存在独特的基因表达模式，潜在的耐药通路被激活。

 

　　01不同CDX的基因表达差异

　　在该研究中，研究人员首先取不同治疗阶段的SCLC患者的循环肿瘤细胞（CTC）构建了CDX模型，对CDX模型和患者CTC进行单细胞测序。基因表达分析发现所有CDX均含有广泛表达神经内分泌特异性基因（NCAM1、SYP、CHGA）的细胞。进一步对在肿瘤耐药中发挥作用的MYC家族（MYC、MYCL和MYCN）进行表征，结果表明MYC在MDA-SC39s和MDA-SC49r中表达，MYCL在MDA-SC4s、MDA-SC49r、MDA-SC55r中表达，而MYCN仅在MDA-SC68s中大范围表达。上皮—间质转化(epithelial-mesenchymal-transition，EMT)评分发现单个肿瘤内不同细胞的EMT评分不同，这表明存在更复杂的转录程序，也证明了存在肿瘤内异质性(intra-tumor-heterogeneity,ITH)。

　　

　　02细胞亚群的转录多样性

　　为了进一步评估其瘤内异质性，研究者计算了每个CDX的ITH评分，发现与其余CDX相比，对铂类药物耐药的CDX的ITH得分更高。进一步计算每个肿瘤t-SNE图中细胞之间的离散度发现，铂耐药的CDX基因表达谱的离散度更大，铂类药物敏感模型分为2-3个亚群，铂类药物耐药模型分为4-9个亚群。基因集富集分析（GSEA）发现，耐药模型中特定细胞亚群的多个耐药相关的通路（DNA修复、E2F1、EMT等）发生上调。进一步表征各CDX模型细胞亚群的特定治疗靶标、EMT相关基因表达发现，铂耐药的CDX在clusters间治疗靶点或EMT表达存在显著差异。

　　

　　03CDX产生的治疗耐药性

　　为了确定来自不同患者的CDX中观察到的复发SCLC特征，如增加的ITH评分和clusters间的转录多样性是否可以通过顺铂治疗铂敏感的CDX模型来重现，研究者对铂敏感的CDX进行了顺铂化疗直至复发，然后收集这些样本进行单细胞测序，发现与载体处理的肿瘤相比，顺铂处理的肿瘤中具有更高的ITH，ITH评分显著升高。对CTC测序数据进行分析发现，复发后ITH评分升高，特定clusters也存在独特的基因表达模式，与CDX模型结果一致。

　　

　　结论和意义

　　总的来说，该研究通过对小细胞肺癌患者CTC、CDX模型异质性的全面表征发现，耐药和复发后ITH升高，特定细胞亚群存在独特的基因表达模式，同时潜在耐药途径被激活。这些发现对于开发新的治疗策略具有重要意义。该研究团队也提出临床工作中需重点关注针对初治SCLC患者的可行性联合疗法，以最大限度地避免耐药机制的产生。

 

　　参考文献：

　　Stewart CA,Gay CM,Xi Y,Sivajothi S,Sivakamasundari V,Fujimoto J,Bolisetty M,Hartsfield PM,Balasubramaniyan V,Chalishazar MD,Moran C,Kalhor N,Stewart J,Tran H,Swisher SG,Roth JA,Zhang J,de Groot J,Glisson B,Oliver TG,Heymach JV,Wistuba I,Robson P,Wang J,Byers LA.Single-cell analyses reveal increased intratumoral heterogeneity after the onset of therapy resistance in small-cell lung cancer.Nat Cancer.2020 Apr;1:423-436.doi:10.1038/s43018-019-0020-z.Epub 2020 Feb 17.PMID:33521652;PMCID:PMC7842382.

　　供稿人：生物信息部技术支持

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