研究通過單細(xì)胞基因組測(cè)序揭示肝細(xì)胞癌的雙相拷貝數(shù)演化模型

　　胃腸病學(xué)領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊Gastroenterology以長文形式在線發(fā)表了北京大學(xué)**醫(yī)院腫瘤轉(zhuǎn)化研究中心張寧課題組的研究成果。在題為“Single cell DNA sequencing reveals punctuated and gradual clonal evolution in hepatocellular carcinoma”的研究論文中，研究人員綜合利用單細(xì)胞測(cè)序、模型構(gòu)建和大規(guī)模數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)探究了肝癌單細(xì)胞層面的基因組特征，**提出了肝癌的間斷和漸進(jìn)的雙相演化模式（DPCNE），揭示了肝癌中雙相演化模式與腫瘤內(nèi)內(nèi)異質(zhì)性以及預(yù)后的關(guān)系，**在單細(xì)胞水平證實(shí)多倍體肝癌起源于二倍體細(xì)胞，并發(fā)現(xiàn)了新的預(yù)后標(biāo)志物CAD。這些結(jié)果為肝癌的臨床診斷、預(yù)后和治療提供了關(guān)鍵信息。

　　肝細(xì)胞癌（簡稱肝癌）約占原發(fā)性肝癌的80%，其致死率在所有癌癥中高居第三位。現(xiàn)有靶向治療和免疫治療在肝癌中的響應(yīng)率及治療效果非常有限，而腫瘤異質(zhì)性是其耐藥、復(fù)發(fā)和預(yù)后差的重要原因之一。張寧課題組近年來一直聚焦于肝癌異質(zhì)性探究，通過一系列前期工作揭示了肝癌多發(fā)病灶的異質(zhì)性和表型異質(zhì)性（Gastroenterology，2016；Cancer Cell，2019）。然而，先前的研究多是基于組織水平的探究，這些結(jié)果只反映了不同亞克隆的平均特征，肝癌在單細(xì)胞水平的異質(zhì)性仍不清楚。基因組不穩(wěn)定性引起的拷貝數(shù)變異（CNA）是腫瘤異質(zhì)性產(chǎn)生的主要來源。到目前為止，肝癌的CNA積累遵循漸進(jìn)演化（GCNE）還是間斷演化（PCNE）仍缺乏探究。

　　在近期的研究中，課題組收集新鮮或冰凍的肝癌組織以及相對(duì)應(yīng)的癌旁組織，通過單細(xì)胞DNA測(cè)序完成了10例肝癌患者共1275個(gè)細(xì)胞的低深度全基因組測(cè)序，對(duì)1例患者的356個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了基于倍體分析的低深度全基因組測(cè)序，并對(duì)另外3例患者共27344個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測(cè)序。而后研究人員通過17例肝癌及癌旁組織轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、202例組織免疫組化染色、21例已發(fā)表的單細(xì)胞DNA數(shù)據(jù)和1196例已發(fā)表的RNA數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證（圖2）。

　　研究人員系統(tǒng)分析了10例肝癌病人中單個(gè)細(xì)胞的拷貝數(shù)變異圖譜，發(fā)現(xiàn)三種不同的細(xì)胞亞群：整倍體、假整倍體和異倍體。其次，研究人員通過模型構(gòu)建發(fā)現(xiàn)CNA積累既存在間斷演化，也存在漸進(jìn)演化。進(jìn)一步綜合多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估比較，研究人員發(fā)現(xiàn)間斷和漸進(jìn)的雙相演化模式DPCNE明顯優(yōu)于其他兩種模型。研究人員進(jìn)一步通過3例單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)和其他癌種的單細(xì)胞DNA測(cè)序?qū)PCNE模型進(jìn)行了驗(yàn)證。這些結(jié)果表明DPCNE能更好地解釋肝癌的克隆演化模式，即腫瘤染色體不穩(wěn)定的初始階段，CNA會(huì)高速率累積，短時(shí)間內(nèi)獲得大量CNA，呈現(xiàn)間斷式演化，隨后是一個(gè)明顯的漸進(jìn)演化階段，CNA數(shù)目繼續(xù)積累（圖3）。為了進(jìn)一步探索肝癌中異質(zhì)性與臨床特征的相關(guān)性，研究人員通過計(jì)算兩兩細(xì)胞之間的距離（PWD-CNA）評(píng)估細(xì)胞的異質(zhì)性程度。基于該參數(shù)，研究人員最終發(fā)現(xiàn)，漸進(jìn)演化階段的延長與腫瘤高異質(zhì)性和病人早復(fù)發(fā)密切相關(guān)；進(jìn)而通過綜合分析和研究發(fā)現(xiàn)，CAD蛋白可以作為肝癌潛在的預(yù)后標(biāo)志物。

　　課題組還研究了倍體異質(zhì)性。倍體異質(zhì)性是肝癌異質(zhì)性的一個(gè)重要方面，肝細(xì)胞包含二倍體或多倍體，其中多倍體占人類肝臟肝細(xì)胞的25～50%。研究人員通過流式細(xì)胞分析和單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)，對(duì)1例肝癌病人的356個(gè)細(xì)胞進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在肝癌中非整倍體細(xì)胞首先起源于二倍體亞群，而后通過全基因組倍增演化為多倍體亞群，揭示了二倍體和多倍體中的非整倍體細(xì)胞具有共同的克隆起源。