研究揭示了為什么腦癌難以治療
膠質母細胞瘤是一種無法治愈的腦癌,大多數患者在診斷后不到兩年就死亡。這種疾病之所以很難治療,是因為該腫瘤內含有多種類型的細胞。而且該惡心腫瘤在患者之間也存在很大差異,以至于研究人員爭論是否應將膠質母細胞瘤視為單一疾病。一項新的研究可能有助于澄清是什么驅使這種重要的異質性,并使膠質母細胞瘤如此致命。
研究人員分析了來自于20名成人和8名兒童膠質母細胞瘤患者的24,000多個腫瘤細胞中的基因表達,并在實驗室中分析了膠質母細胞瘤模型。他們發現了四種膠質母細胞瘤細胞狀態,每種狀態都有一個獨特的基因表達程序,并共同幫助解釋疾病的巨大變異。然后,科學家利用單細胞數據重新分析來自癌癥基因組圖譜的膠質母細胞瘤數據,并確定了與這四種狀態相關的遺傳改變。
這項研究發表在《Cell》雜志上,其表明,這些細胞非常靈活或具有塑性,就是說,它們可以在四種狀態之間切換。這種狀態轉換能力可以幫助解釋為什么這些癌細胞難以用藥物殺死,并有助于開發更好的膠質母細胞瘤治療方法。
細胞的狀態
先前的研究表明,膠質母細胞瘤樣本至少分為三種亞型:原神經細胞亞型、經典亞型和間充質亞型,這些亞型主要因其表達的基因不同而不同。研究人員還表明,膠質母細胞瘤幾乎總是由一種以上的亞型組成,并且腫瘤中不同亞型的比例可能隨著時間和治療期間的變化而變化。然而,然而,這些研究大多著眼于大量樣本,其中來自許多腫瘤細胞的遺傳物質被組合并測序。這種方法提供了腫瘤中亞型的粗略概念及其相對豐度,但沒有提供更精細的細節。
為了更好地了解細胞水平的膠質母細胞瘤狀態,研究人員使用單細胞RNA測序檢測細胞,這是一套揭示個體細胞基因表達譜的基因組技術。
“我們將個體細胞狀態及其相關的遺傳改變置于其發育背景中,并了解哪些細胞類型正在驅動疾病,”Broad研究所病理學系的MarioSuvà說!斑@項研究是迄今為止最大的膠質母細胞瘤單細胞測序研究。”
研究人員在細胞中發現了四種不同的基因表達程序,代表了四種主要的細胞狀態:神經祖細胞樣,少突膠質細胞樣祖細胞樣,星形細胞樣和間充質樣。所有四種狀態在某種程度上都與正常的腦細胞類型相似,但具有使細胞癌變的重要差異。這些狀態也與先前描述的膠質母細胞瘤亞型相關。這四種狀態在某種程度上類似于正常的腦細胞類型,但它們之間存在著重要的差異,使細胞癌變。這些狀態也與先前描述的膠質母細胞瘤亞型相關。
這四種狀態在成人和兒童腫瘤中都有代表性,大多數腫瘤都含有這四種狀態的細胞,有少數腫瘤具有兩種以上狀態的細胞。然而,不同腫瘤的細胞狀態比例不同。
為了確定這些差異是由于遺傳、還是腫瘤周圍的微環境或是兩者,研究人員尋找與在特定細胞狀態下含有高百分比細胞的腫瘤相關的基因。
他們確定了膠質母細胞瘤的常見遺傳因素(包括EGFR,PDGFRA和CDK4等基因)在膠質母細胞瘤細胞處于何種狀態以及患者樣本中有多少處于這種狀態的細胞中發揮作用。對于其中一個類似間充質的狀態,他們還發現微環境起了重要作用。
越過州界線
雖然大多數細胞似乎能清楚地適應四種狀態之一,但大約15%的細胞同時表達兩種程序。 “在兩個州之間找到很多細胞是有力的證據,證明這些州可以從一個州過渡到另一個州,”Suvà說。
為了測試這一觀察結果,研究人員給小鼠注射了源自人膠質母細胞瘤腫瘤的細胞,每只小鼠接受僅代表一種狀態的細胞。他們發現,由此產生的腫瘤不僅包含細胞狀態,還包含原始腫瘤中存在的所有其他狀態,并且比例大致相同。這表明膠質母細胞瘤細胞可以從一種狀態轉變為任何一種狀態。在使用遺傳條形碼來跟蹤個體細胞如何在小鼠膠質母細胞瘤模型和攜帶人膠質母細胞瘤細胞的小鼠中發展和變化后,該團隊得出了相同的結論。
這些發現提供了為什么現有的癌癥治療無法阻止膠質母細胞瘤生長的線索!叭绻阒肋@是一種多狀態驅動的疾病,每一種狀態都有一個對應的最喜歡的癌癥基因,你就會更好地理解為什么一次瞄準一個基因到目前為止都失敗了,你可以剖析適應和抵抗療法的機制,”Suvà說。
研究人員現在計劃研究當前療法如何影響四種狀態中的每一種,并尋找針對每個州的新方法。
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