2021年9月1日，胃腸病學領域學術期刊《Gastroenterology》（IF:22.682）以長文形式在線發表了意昂2平台第一醫院腫瘤轉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胞測序🧛🏼、模型構建和大規模數據及實驗驗證，系統探究了肝癌單細胞層面的基因組特征，首次提出了肝癌的間斷和漸進的雙相演化模式（DPCNE），揭示了肝癌中雙相演化模式與腫瘤內內異質性以及預後的關系，首次在單細胞水平證實多倍體肝癌起源於二倍體細胞，並發現了新的預後標誌物CAD。這些結果為肝癌的臨床診斷👨🏻‍🦱、預後和治療提供了關鍵信息👌🏻🧑🏼‍✈️。

圖1 本研究網頁截圖

肝細胞癌（簡稱肝癌）約占原發性肝癌的80%，其致死率在所有癌症中高居第三位😑。現有靶向治療和免疫治療在肝癌中的響應率及治療效果非常有限，而腫瘤異質性是其耐藥🤷🏻‍♀️、復發和預後差的重要原因之一👩🏼‍💻。張寧課題組近年來一直聚焦於肝癌異質性探究，通過一系列前期工作揭示了肝癌多發病竈的異質性和表型異質性（Gastroenterology，2016；Cancer Cell，2019）✨。然而，先前的研究多是基於組織水平的探究，這些結果只反映了不同亞克隆的平均特征，肝癌在單細胞水平的異質性仍不清楚。基因組不穩定性引起的拷貝數變異（CNA）是腫瘤異質性產生的主要來源。到目前為止，肝癌的CNA積累遵循漸進演化（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應的癌旁組織，通過單細胞DNA測序完成了10例肝癌患者共1275個細胞的低深度全基因組測序，對1例患者的356個細胞進行了基於倍體分析的低深度全基因組測序，並對另外3例患者共27344個細胞進行了單細胞RNA測序。而後研究人員通過17例肝癌及癌旁組織轉錄組測序、202例組織免疫組化染色、21例已發表的單細胞DNA數據和1196例已發表的RNA數據進行驗證（圖2）。

圖2研究路線示意圖

首先，研究人員系統分析了10例肝癌病人中單個細胞的拷貝數變異圖譜，發現三種不同的細胞亞群：整倍體、假整倍體和異倍體🥱。其次，研究人員通過模型構建發現CNA積累既存在間斷演化，也存在漸進演化。進一步綜合多個指標進行評估比較，研究人員發現間斷和漸進的雙相演化模式DPCNE明顯優於其他兩種模型🧑🏽‍🦲。研究人員進一步通過3例單細胞RNA測序數據和其他癌種的單細胞DNA測序對DPCNE模型進行了驗證。這些結果表明DPCNE能更好地解釋肝癌的克隆演化模式，即腫瘤染色體不穩定的初始階段，CNA會高速率累積，短時間內獲得大量CNA，呈現間斷式演化，隨後是一個明顯的漸進演化階段，CNA數目繼續積累（圖3）。為了進一步探索肝癌中異質性與臨床特征的相關性，研究人員通過計算兩兩細胞之間的距離（PWD-CNA）評估細胞的異質性程度💁。基於該參數，研究人員最終發現，漸進演化階段的延長與腫瘤高異質性和病人早復發密切相關；進而通過綜合分析和研究發現，CAD蛋白可以作為肝癌潛在的預後標誌物🌒。

圖3拷貝數演化的三種模型

最後，課題組研究了倍體異質性🐤。倍體異質性是肝癌異質性的一個重要方面，肝細胞包含二倍體或多倍體，其中多倍體占人類肝臟肝細胞的25～50%🧑🏿‍🦱。研究人員通過流式細胞分析和單細胞測序技術，對1例肝癌病人的356個細胞進行了分析，發現在肝癌中非整倍體細胞首先起源於二倍體亞群，而後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胞具有共同的克隆起源。

天津醫科大學郭琳博士🧑‍🧑‍🧒‍🧒🧖🏻、伊現富博士，天津腫瘤醫院肝膽外科陳璐博士和張倜教授是該論文的並列第一作者✹。意昂2平台第一醫院腫瘤轉化中心🏒、天津腫瘤醫院腫瘤細胞生物學實驗室張寧教授和意昂2平台第一醫院腫瘤轉化中心薛瑞棟副研究員為共同通訊作者。這項研究得到國家科技重大專項和多項國家自然科學基金支持🥎🕵🏿。

（意昂2官网醫院腫瘤轉化研究中心）

編輯：玉潔