单细胞衍生而来的耐药肿瘤细胞仍具有异质性

撰文 | 雪月

每个细胞对信号和压力的反应都各不相同，通常是因为内在的或者非遗传方面的差异。肿瘤细胞的耐药性也恰恰证明了这一点。抗肿瘤药物杀死了大部分的肿瘤细胞和部分耐药细胞，一小部分耐药细胞亚群残留下来，影响治疗效果。一旦接触到抗肿瘤药物，耐药亚群就会克隆、存活并增殖，形成耐药群。以前的观点认为耐药细胞在分子特征和行为方面相一致，但是在群体内的克隆结构是否存在变异性还不清楚。尽管关于耐药机制已经有诸多描述，但是不同的耐药细胞是否是从同质的初始群体中产生还未知。

近日，来自宾夕法尼亚大学的Arjun Raj和Yogesh Goyal团队在Nature上发表题为Diverse clonal fates emerge upon drug treatment of homogeneous cancer cells的文章。本文通过新开发的FateMap系统发现在耐药细胞中，单细胞衍生而来的耐药细胞仍然存在异质性。

作者首先想要探索耐药细胞是否是单个细胞来源的，耐药细胞是否会衍生出不同的适应策略。作者分离了维罗非尼治疗的BRAFV600E突变的黑色素瘤细胞，细胞增殖形成抗性菌落。用单细胞转录组分析单个细胞衍生来的抗性菌落，作者发现了多种亚群，并且表达不同的标记基因，并分为特定的细胞类型，包括平滑肌、神经嵴、黑色素细胞、富集干扰素信号细胞等。这表明经过靶向治疗后，单细胞来源的肿瘤细胞可以产生多种耐药细胞类型，其多样性比未经治疗的非耐药细胞转录谱多样性要高。

接下来，作者开始研究单细胞衍生来的克隆类型是否具有单一抗性。克隆内多样性表明耐药细胞类型可以转换，而克隆间多样性是指抗性克隆转录谱稳定。为了可以同时分析每个细胞的转录谱和克隆起源，作者开发了FateMap系统，该系统使用转录DNA条形码（编码在GFP 3’非翻译区），可以对数千个细胞标记独特的条形码，结合单细胞转录组可以建立克隆条形码的cDNA文库。利用FateMap，作者发现同一个细胞来源的不同克隆之间存在转录多样性。而不同的抗性克隆具有不同的表型特征，存在功能多样性，功能差异主要表现在增殖、形态和侵袭力方面。

作者检测了其他的黑色素瘤细胞系，发现也存在这一现象。接下来作者改变了药物剂量，因为耐药性跟药物浓度的相关性较高。作者发现用高剂量和低剂量进行药物处理时耐药细胞的表型存在差异。而不同的MAPK抑制剂也会对耐药细胞的表型也会具有差异。

本文通过新开发的FateMap系统发现了即使在单克隆细胞而来的耐药细胞在分子、形态和功能上仍然存在异质性。这一新系统新发现为将来开发新药物以及战胜耐药抵抗提供了工具。

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06342-8

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