Cell 8月20日上线了来自加州大学的Trever G. Bivona、Collin M. Blakely和Chan Zuckerberg Biohub研究中心的Spyros Darmanis团队合作发表的题为"Therapy-Induced Evolution of Human Lung Cancer Revealed by Single-Cell RNA Sequencing"的文章。

　　通过对转移性肺癌患者靶向治疗前后的单细胞测序研究，揭示了癌细胞的分子多样性、治疗诱导的免疫微环境可塑性，该研究结果有助于改善肺癌治疗的临床疗效。

　　作者收集了来自30位患者的组织样本。经质控保留下来的样本包含15个未接受靶向治疗的样本(TN)、14个对靶向治疗有响应的样本(RD)以及20个获得性耐药的样本(PD)。总共采集到23261个单细胞(图1)。

　　图1 样本采集以及实验整体设计思路

　　分析样本中携带的基因突变发现，单细胞测序数据可以鉴定到新的突变(图2)。例如，在经过多线治疗的样本LTS47中，新鉴定到KRAS基因上发生G13D以及G12C的突变。而先前经bulk DNA测序发现该患者携带的EML4-ALK的基因重组变异并没有出现在这些KRAS突变的细胞中。值得注意的，肿瘤驱动突变的丢失是一种可能的耐药机制(Lovly et al., 2017; Xu et al., 2018a)。这或许可用于解析LTS47样本上突变变化。

图2 单细胞RNA测序数据鉴定出新的突变位点

　　在转录组上，RD样本较TN样本上调了参与细胞损伤修复过程的基因，包括二型肺泡(alveolar type 2， AT2)相关基因以及WNT/β-catenin信号通路关键蛋白(CTNNB1)和下游靶标(SUSD2)。AT2细胞参与肺部损伤修复(Wang et al., 2018)，而WNT/β-catenin信号通路是调控该过程的关键信号通路 (Huch et al., 2013; Tammela et al.,2017)。TCGA的肺腺癌患者的数据显示高表达肺泡基因信号的患者有更好的生存。另外，通过早期联合用药同时抑制WNT/β-catenin信号通路以及EGFR(或ALK)能提高药物响应的程度。

　　PD较TN显著上调参与kynurenine通路的基因。TCGA的肺腺癌数据显示高表达kynurenine通路的患者生存较差。PD较RD高表达了浸润(invasion)、细胞间交流以及免疫调控相关的基因，其中包括参与血纤维蛋白溶酶原通路的基因(ANXA2, PLAT, PLAUR, PLAU和SERPINE1)。而高表达该信号通路基因的TCGA肺腺癌患者有较差的生存(图3)。另外，通过对比来自同一个患者的TN-RD-PD三配对样本。作者发现PD中高表达鳞状细胞分化相关的基因(KRT16, KRT14, KRT6A, KRT5等)，说明PD样本表现出部分鳞癌特征。组织病理学上由肺腺癌向鳞癌的转化也是一种可能的耐药机制。

图3 RD以及PD样本的单细胞表达谱特征

　　最后作者系统地研究了肿瘤浸润的免疫细胞。在8种鉴定到的免疫细胞中，T细胞及macrophage是浸润丰度最高的两类细胞。有意思的是，作者发现T细胞在RD样本中比例升高(27% TN, 46% RD, 31% PD)，而macrophage则是在RD中比例降低(37% TN, 21% RD, 37% PD)。另外，它们在RD及PD中浸润的细胞亚型有很大不同。RD中浸润着较多的细胞毒性的T细胞，而PD主要浸润的是 IDO1阳性的macrophage以及免疫抑制作用的T细胞(如：Treg细胞)(图4)。

图4 不同阶段样本中肿瘤免疫浸润情况

　　总结全文，作者利用单细胞测序技术系统地研究了靶向治疗前(TN)，药物响应(RD)以及获得性耐药(PD)三个不同阶段的非小细胞肺癌样本，解析了不同阶段肿瘤细胞的特征以及肿瘤浸润免疫细胞的组成。这对我们理解转移性NSCLC的肿瘤微环境组成以及它们在耐药构成中的复杂变化提供了新的认知(图五)。同时，基于这些特征，作者提供了新的用药思路，如：早期联合抑制EGFR(或ALK)和WNT/β-catenin信号通路等，这对临床用药有极大的提示意义。