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【文章標(biāo)題】Single‐Cell Transcriptome Analysis Uncovers Intratumoral Heterogeneity and Underlying Mechanisms for Drug Resistance in Hepatobiliary Tumor Organoids

【發(fā)表雜志】Adv Sci (Weinh).（IF：15.1）

【發(fā)表時(shí)間】2021年3月

【應(yīng)用技術(shù)】類器官、10x Genomics scRNA-seq

【關(guān)? 鍵? 詞】肝膽腫瘤類器官（Hepatobiliary Tumor Organoids）甫窟、腫瘤耐藥性（Drug Resistance）密浑、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（Single‐cell RNA Sequencing）

閃光點(diǎn)

1、 類器官與單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用粗井，文章使用單細(xì)胞測(cè)序從細(xì)胞尔破、基因和功能層面來(lái)表征患者來(lái)源的肝膽腫瘤類器官街图，揭示與化療耐藥有關(guān)的腫瘤干細(xì)胞在類器官中的生物學(xué)和轉(zhuǎn)錄組的異質(zhì)性。

2懒构、 不同于常規(guī)分析中樣本混合后再對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分群餐济，本文中針對(duì)每個(gè)樣本都分析了其中的差異細(xì)胞群，從而更好地了解腫瘤內(nèi)異質(zhì)性及其對(duì)細(xì)胞惡性影響的潛在機(jī)制胆剧。

3絮姆、 進(jìn)化軌跡分析與擬時(shí)分析結(jié)合，確定了腫瘤內(nèi)異質(zhì)性和獨(dú)特的進(jìn)化軌跡秩霍。

方法與結(jié)論

樣本：4例肝癌滚朵、2例肝內(nèi)膽管癌和1例膽囊腫瘤患者腫瘤組織（未進(jìn)行術(shù)前治療）培養(yǎng)類器官

亮點(diǎn)解析

在Web of Science 數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索“organoid”, 從 2009年Hans Clevers 成功構(gòu)建小腸類器官起，類器官相關(guān)文章從最初的23 篇躍升至今的7019 篇前域，類器官技術(shù)相關(guān)科研文獻(xiàn)逐年上升辕近。從文獻(xiàn)發(fā)表的國(guó)家/地區(qū)看，中國(guó)發(fā)表文獻(xiàn) 1095 篇匿垄，位居第二位移宅，成為類器官領(lǐng)域的重要科研力量。

???圖1（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

類器官（Organoids）定義為：“器官特異性細(xì)胞的集合椿疗，這些細(xì)胞從干細(xì)胞或器官祖細(xì)胞發(fā)育而來(lái)漏峰，并能以與體內(nèi)相似的方式經(jīng)細(xì)胞分序和空間限制性的系別分化而實(shí)現(xiàn)自我組建”。需具備以下特征：1届榄、包含模擬器官中一個(gè)以上的細(xì)胞類型浅乔；2、表現(xiàn)出模擬器官特有的一些功能铝条；3靖苇、細(xì)胞組織方式與模擬器官相似[1]。

圖2

目前類器官可分為兩類：組織來(lái)源類器官（圖3a）和多能干細(xì)胞(iPSC)來(lái)源類器官（圖3d）[2]班缰。組織來(lái)源的類器官需要將原生組織分解成含有干細(xì)胞的功能性亞組織單元贤壁，再進(jìn)一步消化成單個(gè)細(xì)胞并進(jìn)行流式細(xì)胞分選以富集干細(xì)胞；源自胚胎干細(xì)胞(ESC) 和誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞的類器官向所需的胚系進(jìn)行定向分化埠忘；富集的干細(xì)胞/定向分化的細(xì)胞需聚集產(chǎn)生浮動(dòng)的球狀體脾拆，隨后被嵌入細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 開始類器官培養(yǎng)。

介導(dǎo)類器官形成的信號(hào)通路需要與體內(nèi)器官發(fā)育與穩(wěn)態(tài)維持的信號(hào)通路相同莹妒，所以在培養(yǎng)的同時(shí)培養(yǎng)基中需要添加生長(zhǎng)因子和小分子等（圖3f）名船，以激活或者抑制參與類器官形成所依賴的特定信號(hào)通路，從而實(shí)現(xiàn)干細(xì)胞定向分化旨怠，并自組織成功能性 3D 結(jié)構(gòu)的目的渠驼。

圖3

時(shí)至今日，類器官應(yīng)用日趨廣泛运吓，在科研應(yīng)用領(lǐng)域主要集中于疾病模型研究等方向渴邦，那么它與傳統(tǒng)細(xì)胞培養(yǎng)及動(dòng)物模型對(duì)比疯趟，秀在何處拘哨？

1谋梭、與傳統(tǒng)的體外培養(yǎng)不同，類器官在組成和結(jié)構(gòu)上與原代組織相似：包含了少量基因組穩(wěn)定倦青、自我更新的干細(xì)胞瓮床，這些子代的細(xì)胞譜系與活組織的主要細(xì)胞譜系相似；

2产镐、原發(fā)組織來(lái)源的類器官缺乏間充質(zhì)/間質(zhì)隘庄，為研究感興趣的組織類型提供了一種簡(jiǎn)化的途徑，而不受局部微環(huán)境的干擾癣亚；

3丑掺、類器官是傳統(tǒng) 2D 培養(yǎng)和體內(nèi)小鼠模型之間的重要橋梁，因?yàn)樗鼈儽葐螌优囵B(yǎng)模型更具有生理相關(guān)性述雾，而且比體內(nèi)模型更易于操縱生態(tài)位成分街州、信號(hào)通路和基因組編輯。

圖4[3]

單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)也是近年來(lái)受到青睞的明星技術(shù)玻孟，在 2018 年 Science 公布的十大科學(xué)突破中 唆缴，單細(xì)胞技術(shù)位列十大突破之首。2019 年黍翎，單細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)被 Nature Methods 評(píng)為年度技術(shù)面徽。高通量單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)通過對(duì)每個(gè)細(xì)胞遺傳物質(zhì)的分析，在單細(xì)胞分辨率下研究細(xì)胞的發(fā)育匣掸、分化趟紊，成為探索組織發(fā)育、腫瘤異質(zhì)性等生物問題的重要方法碰酝。

圖5

最近织阳，類器官已應(yīng)用于模擬各種癌癥，包括前列腺癌砰粹、胰腺癌唧躲、乳腺癌、肝癌碱璃、膀胱癌和胃腸道癌弄痹，并有助于對(duì)腫瘤內(nèi)的表型和分子異質(zhì)性的描述。類器官不僅可以保留原始腫瘤的基因變化和基因表達(dá)嵌器，而且在體內(nèi)具有轉(zhuǎn)移潛力肛真，這些特性都使類器官能全面地反映原始腫瘤的特征，包括腫瘤內(nèi)異質(zhì)性爽航。為了探索肝膽腫瘤的細(xì)胞多樣性及耐藥性機(jī)制蚓让，研究團(tuán)隊(duì)建立了患者來(lái)源的肝膽腫瘤類器官乾忱，并進(jìn)行了scRNA-seq。但是與常規(guī)分析不同的是历极，文章將所有樣本的單細(xì)胞進(jìn)行降維聚類后發(fā)現(xiàn)每個(gè)樣本都有其獨(dú)特的細(xì)胞亞群窄瘟，那這時(shí)候怎么辦呢？

圖6

本文給我們提供了一個(gè)非常好的思路趟卸，就是我們可以單獨(dú)分析每個(gè)樣本中的差異細(xì)胞群的轉(zhuǎn)錄情況蹄葱，焦點(diǎn)從常規(guī)細(xì)胞分類轉(zhuǎn)移至樣本間基因轉(zhuǎn)錄異質(zhì)性。使用相同的PCA比率和分辨率锄列，將7個(gè)類器官樣本分成不同數(shù)量的細(xì)胞亞群图云，之后基于群體細(xì)胞的表達(dá)數(shù)據(jù)，篩選出10個(gè)共表達(dá)基因（圖7B）邻邮，分析這些基因在不同亞群中表達(dá)情況竣况，從而更好地了解腫瘤內(nèi)異質(zhì)性及其對(duì)細(xì)胞惡性影響的潛在機(jī)制。

?圖7

雖說(shuō)本文跳過了常規(guī)細(xì)胞分類分析筒严，但是擬時(shí)分析是不會(huì)缺席噠丹泉。下面我們一起來(lái)看看這篇文章是怎樣用擬時(shí)分析玩出花樣的（圖8）。由于前面單獨(dú)分析了每個(gè)樣本中差異細(xì)胞群的轉(zhuǎn)錄情況萝风，所以我們通過樣本中基因集表達(dá)情況繪制各樣本對(duì)應(yīng)的細(xì)胞分化軌跡圖嘀掸，本文將擬時(shí)分析與進(jìn)化軌跡分析聯(lián)合起來(lái)，將各類器官樣本進(jìn)行了分類：增殖優(yōu)勢(shì)類器官规惰、代謝優(yōu)勢(shì)類器官睬塌、其他類型類器官。從而直觀獲得每個(gè)類器官樣本中細(xì)胞分化發(fā)育軌跡歇万，對(duì)比分析不同類型類器官中優(yōu)勢(shì)細(xì)胞群揩晴。

圖8

參考文獻(xiàn)

[1] Lancaster, Madeline A, and Juergen A Knoblich. “Organogenesis in a dish: modeling development and disease using organoid technologies.”?Science (New York, N.Y.)?vol. 345,6194 (2014): 1247125. doi:10.1126/science.1247125 IF: 56.9 Q1 B1 IF: 56.9 Q1 B1 IF: 56.9 Q1?

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