研究表明：在美國，大約1/8的女性會患上浸潤性乳腺癌缰盏，這一數字大約是美國女性總數的13%涌萤。而男性也未能幸免：大約833人中就有1人被診斷出患有乳腺癌。根據美國癌癥協(xié)會的論述口猜，乳腺癌最重要的風險因素是女性和變老,而我們卻對這兩項風險因素無能為力负溪。因此，雖然預防是關鍵济炎，但盡可能多地了解疾病進展和治療反應是尤為重要的川抡。
從開始梳理腫瘤微環(huán)境的單細胞基因表達研究，到基于局部空間基因表達的腫瘤細胞類型圖譜——隨著單細胞和空間技術的到來冻辩，乳腺癌研究領域取得了重大進展猖腕。
基于激素受體陽性、HER2陽性和三陰性乳腺癌（TNBC）[1]?相關基因表達恨闪，乳腺癌可以細分為5個分子亞型倘感。然而，相對而言咙咽，科學家們對乳腺癌復雜的腫瘤微環(huán)境（TME）老玛、腫瘤如何與免疫系統(tǒng)和其他周圍細胞和組織相互作用以及這種活動對預后和治療意味著什么知之甚少。隨著單細胞和空間技術的出現，科學家們正在彌合這一知識鴻溝蜡豹。在這里麸粮，我們精選了四篇文章，研究人員在單細胞水平上定義和表征乳腺癌方面取得了重大進展镜廉。通過這些研究能夠讓我們更多地了解不同類型乳腺癌的發(fā)展和轉移背后的機制弄诲，同時也將轉化研究和臨床試驗推向個性化治療，為乳腺癌的治療帶來希望娇唯。
01
創(chuàng)建圖譜：以單細胞塔插、空間分辨率繪制人類乳腺癌
在第一項研究“人類乳腺癌的單細胞和空間解析圖譜”中[2]梗摇，由加文醫(yī)學研究所的Sunny Wu博士帶領的研究人員使用Chromium Single Cell Gene Expression以及Visium Spatial Gene Expression來創(chuàng)建具有空間分辨率的乳腺癌單細胞轉錄組圖譜。對26個原發(fā)腫瘤進行單細胞RNA測序（scRNA-seq）想许，鑒定了所有腫瘤和亞型的所有主要細胞類型伶授。將他們開發(fā)的用于內在分子亞型分型的scRNA-seq兼容方法與從scRNA-seq數據中識別的基因特征相結合，從而能夠對腫瘤進行分類并顯示重復基因模塊（GM）或導致腫瘤內常見的細胞異質性的同期表達基因組流纹。
在六個樣本上使用Visium空間基因表達糜烹，發(fā)現TNBC樣本中GM3（EMT、IFN捧颅、MHC）和GM4（增殖標志物）富集景图，而GM1和GM5（ER较雕，管腔）富集了雌激素受體陽性（ER+）案例碉哑。有趣的是，研究發(fā)現GM3和GM4表型僅出現在其他表型不出現的乳腺癌區(qū)域亮蒋。通過在單細胞和空間水平上進一步描述乳腺腫瘤扣典，它們的圖譜可用于改進乳腺癌的分類。
02
通過跟蹤克隆擴增來表征乳腺癌轉移
在第二項研究“乳腺癌轉移的部位決定了它們的克隆組成和可逆轉錄組學特征”中[3]，由Olivia Newton-John癌癥研究所的Jean Berthelet博士帶領的科學家們采用了光學條形碼技術以及單細胞基因表達譜來研究TNBC轉移過程中克隆細胞的相互作用網絡趁怔，與其他乳腺癌亞型相比湿硝，TNBC與更差的預后和更高的復發(fā)風險相關。
對TNBC乳腺癌細胞系和兩個轉移部位（肺和肝）的條形碼亞克隆進行scRNA-seq润努，發(fā)現轉移在肺中是高度多克隆的关斜，但在肝中沒有。此外铺浇，亞克隆轉錄組變異性表明痢畜，在原發(fā)性腫瘤中占主導地位的亞克隆在發(fā)生轉移的組織中仍然占主導地位。比較不同條形碼亞克隆的基因表達譜，研究確定了1,366個差異表達基因的轉移位點驅動特征丁稀；其中吼拥，與肝轉移相比，腫瘤壞死因子-α通路在肺中強烈上調线衫。這些結果表明TME驅動了轉移灶中的異質性凿可。
03
預測T細胞生物標志物以進行有效的免疫檢查點阻斷免疫療法
在第三項研究“乳腺癌患者抗PD1治療期間腫瘤內變化的單細胞圖譜”中[4]矿酵，VIB-KULeuven中心的博士生Ayse Bassez帶領科學家使用轉錄組和免疫分析構建了腫瘤內變化的單細胞圖譜。免疫檢查點阻斷（ICB）加化療可改善治療反應[5]矗积，但并非所有患者都對新輔助ICB有反應全肮。為了探究原因，他們在化療前用抗PD1（一種常見的ICB抗體療法）治療了40名患者，并跟蹤了腫瘤內的變化。
在兩個隊列中（一個接受抗PD1蠢终，一個接受化療萤厅，然后接受抗PD1）使用單細胞免疫分析對匹配的治療前和治療后活檢進行scRNA-seq和T細胞受體作圖。9名患者在治療后進行了T細胞克隆型擴增藐石。在選擇T細胞擴增和治療階段時使用scRNA-seq數據，發(fā)現在抗PD1治療后表達PD1的T細胞增加。在處理前擴增的T細胞與未擴增的T細胞之間鑒定出差異表達的基因百匆，發(fā)現T細胞中的表達特征可用于預測T細胞的擴增。繪制的與抗PD1治療后T細胞擴增相關的治療前免疫TME圖可以提供對臨床生物標志物的深入了解呜投。
04
解決原位管癌（乳腺癌的早期階段）的異質性
在第四項研究“基因組分析揭示了乳腺原位導管癌的異質性群體”中[6]加匈，東京大學的Satoi Nagasawa醫(yī)學博士帶領的一組科學家使用Visium空間基因表達來揭示乳腺癌腫瘤內的細胞多樣性。導管原位癌（DCIS）是乳腺癌的早期階段仑荐，可能發(fā)展為浸潤性導管癌雕拼。然而，很難確定誰是高危需要手術的人粘招，因此確定危險因素對評估和治療至關重要啥寇。
在這項研究中，研究人員首先使用傳統(tǒng)方法選擇并驗證了DCIS的基因組風險因素—GATA3和PIK3CA突變洒扎。通過使用三個特定案例對DCIS進行空間轉錄組分析辑甜，結果表明具有GATA3突變的DCIS細胞有時會發(fā)展為浸潤性癌癥。然而袍冷，具有PIK3CA突變的DCIS細胞不會導致癌癥磷醋。總之难裆，使用新標記對DCIS進行更準確的分類對于決定正確的治療至關重要子檀。
05
朝著更好的診斷和治療邁進
很明顯，單細胞和空間技術正在推進我們對乳腺癌發(fā)展匪蝙、進展和治療的理解主籍，超出了使用傳統(tǒng)方法的想象。無論是使用新創(chuàng)建的空間轉錄組圖譜逛球，還是使用基因表達和免疫分析來更好地描述疾病狀態(tài)千元，臨床研究人員越來越多地掌握了更好地診斷、分層和提供針對乳腺癌的個性化治療的方法颤绕。
參考文獻
?https://www.breastcancer.org/symptoms/types/molecular-subtypes
Wu SZ, et al. A single-cell and spatially resolved atlas of human breast cancers. Nat Genet 53: 1334–1347 (2021). doi: 10.1038/s41588-021-00911-1
Berthelet J, et al. The site of breast cancer metastases dictates their clonal composition and reversible transcriptomic profile. Sci Adv 7: eabf4408 (2021). doi: 10.1126/sciadv.abf4408
Bassez A, et al. A single-cell map of intratumoral changes during anti-PD1 treatment of patients with breast cancer. Nat Med 27: 820–832 (2021). doi: 10.1038/s41591-021-01323-8
Schmid P, et al. Atezolizumab plus nab-paclitaxel as first-line treatment for unresectable, locally advanced or metastatic triple-negative breast cancer (IMpassion130): updated efficacy results from a randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 3 trial. Lancet Oncol 21: 44–59 (2020). doi: 10.1016/S1470-2045(19)30689-8
Nagasawa S, et al. Genomic profiling reveals heterogeneous populations of ductal carcinoma in situ of the breast. Commun Biol 4: 438 (2021). doi: 10.1038/s42003-021-01959-9
