学术快讯 | 《自然癌症》文章揭示CTC可以反映小细胞肺癌耐药异质性

发布时间： 4 7 月, 2021

文献信息

题目：

Single-cell analyses reveal increased intratumoral heterogeneity after the onset of therapy resistance in small-cell lung cancer

单细胞分析显示小细胞肺癌治疗耐药开始后肿瘤内异质性增加

发表时间：2020年2月

发表期刊：Nature Cancer

摘要
小细胞肺癌（SCLC）会发生从化疗敏感性到化疗耐药性的快速演变，由于复发后组织样本的缺乏，导致这种演变的机制仍不清楚。我们从SCLC患者中产生循环肿瘤细胞（CTC）来源的异种移植体，通过对化疗敏感和化疗耐药的CTC来源异种移植体和患者CTC进行单细胞RNA测序，来研究肿瘤内异质性（ITH）。我们在治疗耐药后的细胞亚群中发现ITH广泛升高，包括治疗靶点的表达以及潜在的耐药通路如上皮间质转化。直接从血液中提取的患者CTC的分析也表明复发后ITH增加。这些发现表明，治疗抵抗的SCLC中存在基因表达异质性的细胞亚群，这些基因表达异质性的细胞导致了多种并发抵抗机制。这些发现强调，临床上SCLC肿瘤在进行初始治疗时，需要关注合理的联合治疗，以对抗ITH和多种耐药机制，最大限度地提高初始反应。
解读
小细胞肺癌（SCLC）具有早期扩散的特点，对一线铂类药物治疗具有快速的反应，但该反应短暂，治疗后很快会出现难治性复发。在复发后，经过批准的治疗只对<20%的患者有效，表明患者很快出现了耐药性，这导致这些患者的中位生存期只有12个月。研究表明，具有不同抗性机制的转录异质性肿瘤细胞亚群的共存，可能是导致SCLC快速从化疗敏感性向化疗耐药性转化的基础。来自SCLC的循环肿瘤细胞（CTC）能反应转移细胞群的特点并能反应疾病负荷。而来源于SLCL CTC的异种移植体（CDX）模型能准确反应原发患者肿瘤的分子信息和临床反应。为了研究异质性对治疗耐药性的影响，来自MD安德森癌症中心的研究人员从SCLC患者中建立了CDX模型，来模拟患者肿瘤基因组学和对化疗的反应，并进行单细胞RNA测序。
研究者从SCLC患者血液中分离出CTC，并皮下注射进小鼠体内形成肿瘤，来建立CDX模型。在基线时研究者对铂敏感和铂耐药的CDX模型进行单细胞RNA测序，在治疗过程中，研究者对CDX模型和患者CTC进行纵向单细胞RNA测序。

对CDX模型进行单细胞RNA测序

研究人员对每个CDX肿瘤计算肿瘤内异质性（ITH）得分来量化异质性，结果发现对铂耐药的CDX中TIH得分更高，另外，在t-SNE图中也发现化疗耐药CDX的基因表达谱中存在更大的分散度。研究人员在铂敏感模型中发现了2-3个不同的细胞亚群，而在铂耐药模型中发现了4-9个细胞亚群。 

铂耐药CDX比铂敏感CDX具有更高的ITH评分

铂耐药CDX比铂敏感CDX基因表达谱分散度更大

铂耐药模型比铂敏感模型具有更多的细胞亚群

接着研究者通过基因集合富集分析（GSEA）来评估每个CDX中与特定细胞亚群相关的基因表达途径。结果发现铂耐药的CDX模型显示出更加复杂的特性，多种与特定细胞亚群相关的独特耐药通路表达上调。研究人员进一步对铂敏感的CDX模型进行了临床最常用的顺铂化疗或DNA损伤反应抑制剂的扩展治疗，观察复发的进程，发现未治疗的肿瘤在分子上是同质的，而复发与ITH升高以及不同细胞亚群间治疗靶点或上皮间质转化（EMT）基因表达差异相关。同时，通过复发过程对患者血液CTC进行纵向单细胞分析进一步验证了复发后ITH升高，且每个特定细胞亚群内具有独特的基因表达模式，这些结果与CDX模型相符。

总结
该研究表明，异质性高的基因突变在共存细胞亚群引发了多重耐药机制，从而使得SCLC患者化疗耐药，而针对单一通路的治疗无法有效杀死所有异质性细胞。总的来说，SCLC的治疗有效窗口很短，在异质性出现导致疾病无法进行靶向之前，需进行多样化联合治疗来最大限度地提高一线治疗反应

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