多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(Glioblastoma multiforme ，GBM)是星形細(xì)胞腫瘤中惡性程度最高的膠質(zhì)瘤，目前我們還未找到有效的治愈手段。通常患者在確診斷后兩年的時(shí)間內(nèi)便會(huì)與死亡相逢。這種疾病之所以難以治療，很大程度上是因?yàn)槟[瘤中含有多種不同的細(xì)胞，并且其侵襲性在患者之間也存在很大差異。

為什么膠質(zhì)母細(xì)胞瘤如此難以治療？為什么傳統(tǒng)療法對(duì)其不起作用？它還是一個(gè)單一性的疾病嗎？這些問(wèn)題不僅深深的困惑著科學(xué)家們，還讓臨床醫(yī)師對(duì)著患者無(wú)能為力。

刊登在最新一期《cell》雜志封面上的一項(xiàng)研究或?qū)⒔o出答案。。由馬薩諸塞州綜合醫(yī)院（MGH）和Broad研究所的Cyril Neftel博士所領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過(guò)單細(xì)胞測(cè)序的方法了解膠質(zhì)母細(xì)胞的四種亞型之間可以隨意切換，也正是如此才導(dǎo)致癌細(xì)胞難以用藥物殺死。這一發(fā)現(xiàn)將有助于開(kāi)發(fā)更好的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤治療方法。

DOI：https ：//doi.org/10.1016/j.cell.2019.06.024

確定：腫瘤的四種亞型

2010年，美國(guó)杰克遜基因組醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Roel Verhaak教授在《Cancer Cell》雜志上發(fā)表了一篇里程碑式的論文，首次基于患者腫瘤的分子標(biāo)準(zhǔn)將膠質(zhì)母細(xì)胞瘤分為四種亞型：神經(jīng)祖細(xì)胞，少突膠質(zhì)細(xì)胞祖細(xì)胞，星形膠質(zhì)細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞，這為研究膠質(zhì)母細(xì)胞瘤提供了全新的視角。

DOI:https://doi.org/10.1016/j.ccr.2010.03.017

之后的研究進(jìn)一步表明，每一種亞型不僅擁有自己獨(dú)特的基因表達(dá)，而且膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的組成也總是由一個(gè)以上的亞型組成，并且其中組合亞型的比例也可能隨著時(shí)間和治療不斷發(fā)生變化。

這些研究對(duì)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的研究繪制了一個(gè)大致的框架，但由于這些研究都著眼于大量來(lái)自腫瘤細(xì)胞中被組合和測(cè)序的遺傳物質(zhì)樣本，仍然沒(méi)有提供更詳細(xì)的細(xì)節(jié)作為臨床醫(yī)學(xué)參考。

測(cè)定：四種亞型的基因表達(dá)

因此，為了更好地了解腫瘤細(xì)胞中這四種亞型的比例變化與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤狀態(tài)的關(guān)系，研究人員決定使用單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)來(lái)揭示個(gè)體細(xì)胞的基因表達(dá)。

Broad’s Epigenomics Program的研究所成員，是MGH病理學(xué)系的分子病理學(xué)家Suvà表示到：“這是迄今為止最大的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤單細(xì)胞測(cè)序研究。我們將個(gè)體細(xì)胞狀態(tài)及其相關(guān)的遺傳改變置于其發(fā)育背景中，試圖了解哪些細(xì)胞類(lèi)型正在驅(qū)動(dòng)疾病。”

研究人員挑選了20個(gè)成人和8個(gè)兒童的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者的共24,131個(gè)腫瘤細(xì)胞來(lái)進(jìn)行的測(cè)序，并在癌癥基因組圖譜（TCGA）的背景下對(duì)401個(gè)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞描繪了啟動(dòng)子DNA甲基化改變。

四種膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞狀態(tài)：從左下方順時(shí)針?lè)较颍盒切文z質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞，少突膠質(zhì)細(xì)胞樣祖細(xì)胞樣細(xì)胞，神經(jīng)祖細(xì)胞樣細(xì)胞和間充質(zhì)樣細(xì)胞。較亮/較暗的色調(diào)表示每個(gè)狀態(tài)的強(qiáng)度，中間顯示中間狀態(tài)。顯示間充質(zhì)樣細(xì)胞與巨噬細(xì)胞相互作用，表明它們與免疫系統(tǒng)“對(duì)話(huà)”。圖片來(lái)源：Leslie Gaffney，Regev實(shí)驗(yàn)室/哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院

研究人員發(fā)現(xiàn)，與先前描述的四種膠質(zhì)母細(xì)胞瘤亞型相關(guān)，細(xì)胞中存在四種不同的基因表達(dá)程序，代表了四種不同的細(xì)胞狀態(tài)：神經(jīng)祖細(xì)胞樣，少突膠質(zhì)細(xì)胞樣祖細(xì)胞樣，類(lèi)星體細(xì)胞樣和間充質(zhì)樣。盡管表達(dá)這四種狀態(tài)的細(xì)胞在某種程度上都與正常的腦細(xì)胞類(lèi)型相似，但其實(shí)質(zhì)具有使細(xì)胞癌變的重要差異。

究竟是什么原因?qū)е逻@些細(xì)胞發(fā)生癌變呢？在進(jìn)一步的研究中，研究人員們從遺傳基因、腫瘤微環(huán)境入手，尋找在特定細(xì)胞狀態(tài)下能夠?qū)е录?xì)胞癌變的相關(guān)的基因。他們發(fā)現(xiàn)，CDK4， EGFR和 PDGFRA基因座以及NF1基因座中的突變是膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的常見(jiàn)遺傳驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)腫瘤細(xì)胞的狀態(tài)表達(dá)以及決定多少細(xì)胞處于這種狀態(tài)具有關(guān)鍵作用，而在間充質(zhì)樣狀態(tài)的表達(dá)上，腫瘤微環(huán)境也發(fā)揮重要作用。

突破：四種狀態(tài)隨意切換

研究人員們觀察發(fā)現(xiàn)，雖然大多數(shù)細(xì)胞都明確自己是四個(gè)亞型中的一個(gè)，但仍有約15％的細(xì)胞同時(shí)表達(dá)了兩個(gè)亞型的細(xì)胞狀態(tài)。為了測(cè)試這一觀察結(jié)果，研究人員給小鼠注射僅表達(dá)一種來(lái)源與人體的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞，來(lái)觀察小鼠體內(nèi)腫瘤狀態(tài)的變化。

研究人員從含有四種細(xì)胞狀態(tài)的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中提取出單一的星形膠質(zhì)細(xì)胞樣細(xì)胞，注入到小鼠體內(nèi)，而隨著時(shí)間進(jìn)展，腫瘤逐漸長(zhǎng)大，觀察發(fā)現(xiàn)此時(shí)小鼠體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞不僅僅含有星形膠質(zhì)細(xì)胞樣狀態(tài)，還存在其他三種細(xì)胞狀態(tài)，且比例與提取前細(xì)胞的比例大致相同。這也就表明膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞可以從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿魏我环N狀態(tài)。

之后在使用基因測(cè)序來(lái)跟蹤個(gè)體細(xì)胞如何在小鼠膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型和攜帶人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的小鼠中發(fā)展和變化后，該團(tuán)隊(duì)得出了相同的結(jié)論。

Mariella G. Filbin 圖片來(lái)源：波士頓兒童醫(yī)院

Mariella G. Filbin博士表示：腫瘤可以十分容易地隨意成為其他東西來(lái)逃避我們的藥物治療，這也可以解釋為什么在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的治療上單靶藥物會(huì)失敗！

聯(lián)合治療：未來(lái)治療方向

MarioL.Suvà（中間） 圖片來(lái)源：馬薩諸塞州綜合醫(yī)院癌癥研究中心

Suvà博士對(duì)這些研究結(jié)果同樣評(píng)價(jià)到：如果您了解這是一種多種狀態(tài)驅(qū)動(dòng)它的疾病，每種疾病都有相應(yīng)的癌癥基因，您就會(huì)更清楚為什么到目前為止一次針對(duì)一種基因失敗，這些發(fā)現(xiàn)提供了為什么現(xiàn)有的癌癥治療無(wú)法阻止膠質(zhì)母細(xì)胞瘤生長(zhǎng)的線(xiàn)索。

研究人員們目前正在研發(fā)同時(shí)針對(duì)所有四種腫瘤狀態(tài)的聯(lián)合療法。Filbin博士及其同事正在計(jì)劃嘗試使用基因編輯的方法和藥物組合的方法來(lái)改變細(xì)胞狀態(tài)。他們希望這些藥物可以阻斷讓腫瘤細(xì)胞處于不成熟狀態(tài)的分子通路，或者將DNA包裝成染色質(zhì)，從而確定RNA的轉(zhuǎn)錄。

Filbin博士表示：“將新技術(shù)應(yīng)用于這些惡性腫瘤，讓我們有機(jī)會(huì)從幾年前難以想象的全新水平了解它們的驅(qū)動(dòng)力?，F(xiàn)在是時(shí)候采取這些研究結(jié)果并將它們轉(zhuǎn)化為新療法了?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1] An Integrative Model of Cellular States, Plasticity, and Genetics for Glioblastoma

[2] Single-cell sequencing reveals glioblastoma’s shape-shifting nature

[3] Study hints at why an aggressive form of brain cancer is hard to treat

來(lái)源：生物探索