胶质母细胞瘤研究热点论文

来自加拿大麦克马斯特大学和多伦多大学的研究人员开发出一种很有前景的免疫疗法，可用于治疗一种致命的成人脑癌形式，即胶质母细胞瘤（glioblastoma）。相关研究结果于2020年5月27日在线发表在Cell Stem Cell期刊上。

CAR-T疗法

这种治疗方式是在实验室中改变患者的T细胞（一种血液中的免疫细胞），使其与癌细胞结合并杀死它们。称为嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法。涉及对患者的T细胞进行基因工程改造，以赋予细胞靶向和结合胶质母细胞瘤细胞中称为CD133的特定蛋白质的能力，并消除它们。

当用于人类胶质母细胞瘤小鼠中时，靶向CD133的CAR-T治疗由于降低了肿瘤负担和提高了生存率而被认为是成功的。

CD133在小鼠HSC / HPC上的表达及其对干细胞或祖细胞数量的影响(图源：PNAS )

这项研究的数据促使在加拿大汉密尔顿市成立了一家名为Empirica Therapeutics的脑癌免疫治疗公司。该公司的目标是在2022年之前，针对CD133特异性的CAR-T细胞疗法和其他疗法在复发性胶质母细胞瘤患者中进行临床试验。

该研究的第一作者Parvez Vora表示，胶质母细胞瘤癌症的预后很差，他是麦克马斯特大学教授Sheila Singh的实验室小组成员，Empirica Therapeutics的临床前开发总监。

他说：「在最初确诊后，胶质母细胞瘤患者接受积极的治疗，包括手术切除肿瘤、放疗和化疗。然而，这种癌症在不到7个月内就会复发，从而导致总体中位生存期不到15个月。几乎所有的胶质母细胞瘤都以一种更具侵袭性的复发性肿瘤的形式出现，这种复发性肿瘤没有标准的治疗方法。」

这项研究由麦克马斯特大学的Singh实验室与多伦多大学唐纳利细胞与生物分子研究中心的Jason Moffat实验室合作领导。

Singh辛格实验室已经研究CD133蛋白在脑肿瘤中的作用十多年了。实验室鉴定出该蛋白是癌症干细胞的标志物，具有干胶质母细胞瘤难以治疗的必要特性。

在这项新的研究中，这些研究人员研究了利用前沿的免疫治疗药物对CD133+胶质母细胞瘤进行特异性靶向治疗是否能根除这种肿瘤中最具攻击性的细胞亚群。他们还研究了CD133靶向疗法对正常的、非肿瘤性的人类干细胞—包括造血干细胞和祖细胞—的安全性。

拟定三种治疗方法

研究人员随后设计了三种治疗方法，并在实验室和小鼠中对其进行了测试。

第一种治疗方法是新型人类合成IgG抗体，它可以简单地与胶质母细胞瘤细胞上的CD133蛋白结合并阻止肿瘤的生长。

第二种是双重抗原T细胞接合抗体，它使用患者自身的免疫T细胞消除CD133 +胶质母细胞瘤。

第三种是CAR-T疗法。

Vora表示，团队在研究中发现，与其他两种疗法相比，CAR-T细胞疗法在人类胶质母细胞瘤临床前模型中的活性增强了。与此同时，在人源化小鼠模型中进行的安全性研究解决了对造血的潜在影响，其中造血是人体中导致不同血细胞形成的重要过程。 CD133特异性CAR-T细胞疗法在携带人造血系统的小鼠模型中没有引起任何急性全身毒性。

开发了三种针对CD133 +细胞的免疫疗法(图源：Cell Stem Cell)

实验室未来将积极探索结合CD133特异性CAR-T细胞的组合策略

Rashida Williams是Moffat实验室的一名研究生，他产生了CD133抗体，这种抗体的一部分被用于构建包括CAR-T细胞在内的不同免疫疗法。

Moffat说：「免疫疗法的最新进展为以前无法治疗的癌症患者带来了希望。我们希望我们利用CAR-T细胞疗法特异性地靶向胶质母细胞瘤细胞的方法能给患者带来更好的生活质量，增加他们的生存机会。」

麦克马斯特大学生物化学与生物医学科学副教授Kristin Hope因她构建用于毒性测试的人源化模型的工作而受到赞誉。

这些研究人员接下来正在探索结合CD133特异性CAR-T细胞的组合策略，以完全阻断胶质母细胞瘤的复发。这些研究人员表示，这种类型的治疗方法可能会被证明对其他具有CD133肿瘤起始细胞群体的治疗抵抗性癌症患者有效。

Singh说：「我们希望我们的工作现在能够推动针对这些患者的真正新的和有希望的治疗选择的开发。」

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Broad研究所和麻省总医院(MGH)于2014年6月12日发表在Science上： Single-cell RNA-seq highlights intratumoral heterogeneity in primary glioblastoma

目前将胶质母细胞瘤分为4个亚型，在单细胞水平对不同分型的脑胶质瘤细胞进行瘤内异质性检测是本文的重点。

这是第一次对获取胶质母细胞瘤中的单个细胞展开大规模的研究 ，当时单细胞转录组还是相对较新的办法。利用流式细胞术的方法，对来自5位患者的脑胶质瘤细胞进行分选，检测了430个细胞的基因表达模式，揭示了：每个胶质母细胞瘤都包含来自多种癌症亚型的细胞，肿瘤之间这些细胞的分布各不相同。

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Broad研究所于2016年4月8日在Science上发表： Dissecting the multicellular ecosystem of metastatic melanoma by single-cell RNA-seq

对19名黑色素瘤病人的单细胞样本进行测序，共计4645个不同的肿瘤细胞；类型包括了恶性肿瘤细胞，免疫细胞，间质细胞和内皮细胞。发现：在同种肿瘤中的恶性细胞，其转录的异质性与细胞周期，空间分布和抗药性相关。单细胞转录组表达矩阵：GSE72056

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2017年12月发表在CELL杂志上，题目是： Single-Cell Transcriptomic Analysis of Primary and Metastatic Tumor Ecosystems in Head and Neck Cancer 。通讯作者为Itay Tirosh 、Derrick T. Lin 、 Aviv Regev 、Bradley E. Bernstein

HNSCC 头颈部鳞状细胞癌是最常见的十大癌症之一，是一种与酒精和烟草暴露密切相关的具有异质性的上皮肿瘤，患者往往在晚期出现的淋巴结转移（LN)。实验使用 Smart-seq2 方法得到了：研究者对 18个头颈部鳞癌（HNSCC）患者（ 其中包含5对原发性肿瘤和淋巴结节转移配对样本）中分离得到的 6000个单细胞 进行大规模scRNA-seq分析【数据公布在 GSE103322】。实验验证用的是细胞系 Oral cavity HNSCC cell lines (Cal-27, SCC9, SCC4, SCC25, and JHU-006; all derived from male patients) 做了RNA-seq 数据。 创造了头颈部肿瘤的第一个细胞图谱，揭示了头颈部肿瘤及其转移的许多不同类型的细胞。

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美国麻省总院和Broad研究所合作，于2017年3月31日发表在Science上： Decoupling genetics, lineages, and microenvironment in IDH-mutant gliomas by single-cell RNA-seq

对 10例星形胶质瘤 样本中的9800个细胞和 6例少突胶质瘤 样本中的4300个细胞进行了单细胞RNA测序。再结合癌症基因组Atlas中的165例转录组数据。两种肿瘤都含有3种癌症细胞：非增殖性细胞（nonproliferating cells）、类神经干细胞（resemble neural stem）和祖细胞（progenitor cells）。结果表明两种脑肿瘤亚型起源于神经祖细胞的相同类型，由基因突变模式和其微环境的组成分而区分开。结果重新定义了两种密切相关胶质瘤的细胞组成，它们是以IDH基因突变为特征的星形细胞瘤和少突胶质细胞瘤。

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美国国家癌症中心Zheng H, Pomyen Y, Hernandez M O等于2018年7月发表在Hepatology上： Single‐cell analysis reveals cancer stem cell heterogeneity in hepatocellular carcinoma

肝细胞癌（HCC，hepatocellularcarcinoma）的肿瘤内分子异质性部分归因于肝癌干细胞（CSC，hepatic cancer stem cells）的存在。研究人员在 单细胞水平 （10X Chromium、SMART-seq）上 整合转录组学和功能分析 用以评估CSC的异质性程度。结果表明， CSC在单细胞水平上的表型、功能和转录均存在异质性，不同的CSC亚群具有不同的分子特征 。而且不同CSC亚群内的不同基因与HCC预后相关，并且彼此相互独立，表明 CSC异质性影响肿瘤内异质性和肿瘤进展 。

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2018年8月英国剑桥大学、桑格研究所等在Science上发表： Single-cell transcriptomes from human kidneys reveal the cellular identity of renal tumors

探究了来自胎儿、儿童和成人肾脏的 72,501 个人肾肿瘤和正常组织的单细胞转录组，将儿童期Wilms肿瘤与特定的胎儿细胞类型相匹配，从而为Wilms肿瘤细胞是异常胎儿细胞的假设提供证据。在成人肾细胞癌中，对肿瘤组成的分析定义了癌症相关的正常细胞，并描绘了复杂的血管内皮生长因子（VEGF）信号转导通路。结果揭示了人类肾脏肿瘤的确切细胞特征和组成。

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2019年8月发表在nature上： A human liver cell atlas reveals heterogeneity and epithelial progenitors.

对来自9个人类捐赠者的正常肝脏组织内约10,000个单细胞进行了RNA测序,并构建了人类肝细胞图谱。首次揭示了未知的内皮细胞、Kupffer细胞和肝细胞的亚型，并对其中一些群体进行了转录区划分。证实了EPCAM+ 种群是异质的。EPCAM+ 种群包括肝细胞偏置种群、胆囊素种群以及具有强大双能性肝脏类器官转化潜力的TROP2int 祖细胞群体。单细胞转录组表达矩阵，数据公布在 GSE124395

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哈佛医学院、博得研究所2019年8月8日 发表在cell上，题目是： An Integrative Model of Cellular States, Plasticity, and Genetics for Glioblastoma.

采用了包括 28个肿瘤的单细胞RNA测序 、 401个肿瘤基因组图谱(TCGA) 标本的大量遗传和表达分析、功能方法和单细胞谱系追踪的整合方法获得了胶质母细胞瘤细胞状态和遗传多样性的统一模型。发现胶质母细胞瘤中的恶性细胞 以四种主要的细胞状态存在 ，这些细胞状态概括了不同的神经细胞类型，受肿瘤微环境的影响。胶质母细胞瘤不同状态下细胞的相对频率不同，受CDK 4、EGFR和PDGFRA基因拷贝数扩增和NF1位点突变的影响。作者整合了胶质母细胞瘤恶性细胞程序，其可塑性以及其通过遗传驱动因素的调节，为胶质母细胞瘤研究提供了一个模型。

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2019年7月13日冷泉港实验室发表在Cancer Discov： Cross-species single-cell analysis of pancreatic ductal adenocarcinoma reveals antigen-presenting cancer-associated fibroblasts

癌症相关的成纤维细胞(CAFs)是胰腺导管腺癌(PDAC)进展和耐药的主要因素。文章对人和小鼠使用单细胞RNA测序（scRNA-seq）将CAFs分为三个不同的亚群（myCAFs、iCAFs、apCAFs），确定每个亚群的特定功能和特征。证实了肌纤维母细胞CAFs(myCAFs)和炎症性CAFs(iCAFs)的存在，并定义了它们在体内的独特基因特征。描述了一种表达MHCⅡ类基因和CD 74基因、但不表达经典的共刺激分子的新的CAFs（抗原呈递CAFs），在模型系统中以抗原特异性方式激活CD4 + T细胞，证实了它们被推测的免疫调节能力。

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Chinese Academy of Medical Science & Peking Union Medical College于2019年7月4日发表在Cell Research： Single-cell RNA-seq highlights intra-tumoral heterogeneity and malignant progression in pancreatic ductal adenocarcinoma

使用10× scRNA技术测序：【Case】 24例胰腺导管腺癌 （PDAC）（41986个细胞）；【Control】 胆管肿瘤和十二指肠肿瘤共3例，8例非恶性胰腺肿瘤患者 （15444个细胞），揭示了导管腺癌肿瘤微环境图谱特征；比较了实验组和对照组之间以及不同细胞类型之间细胞CNV水平的差异，发现相对于1型导管来说，2型导管是恶化程度较高的导管细胞；另外对两种导管细胞的marker进行免疫组化，发现通过单细胞测序鉴定出的marker基因可以作为临床中导管腺癌进程的分子标志物；伴随着导管的恶性化进程，导管高表达细胞增殖和细胞迁移相关的基因；基于上述挖掘到的恶性导管细胞的marker基因，作者进行TCGA数据挖掘，将178个PAAD病人分为4种类型；通过不同的靶点抑制剂作用实验发现CDK1可以作为一个比较好的潜在治疗靶点；增殖性导管细胞伴随着T细胞活化的缺失预示着较差的预后

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美国圣犹大儿童研究医院和麻省总医院于2019年7月25日在Nature上发表： Resolving medulloblastoma cellular architechture by single-cell genomics 。

髓母细胞瘤是最为常见的恶性儿童脑瘤。2012年，国际上将髓母细胞瘤分为4种分子亚型：WNT型、SHH型、三型和四型。WNT和SHH的肿瘤也有较为确定的细胞起源，但是三型和四型的细胞起源却仍是个未知之谜。从目前的存活率来看，WNT亚型患者存活期较长，而三型和四型的存活期却明显偏短。通过将肿瘤细胞和发表的成熟脑细胞单细胞图谱进行比较，作者发现SHH型肿瘤和其已知的起源细胞，小脑颗粒神经祖细胞（GNP ）最为类似，而四型肿瘤和单极刷细胞（UBC）最为类似。

单细胞转录组测序技术检测了25个儿童髓母细胞瘤样品。 发现三型和四型的主要差异在于不同类型的细胞比例，并通过计算推测出三型和四型肿瘤的可能起源和致癌通路。

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美国杜克大学医学院的Jason W. Locasale、Ziwei Dai和Zhengtao Xiao于2019年8月21日发表在Nature Communications上： Metabolic landscape of the tumor microenvironment at single cell resolution

分析了来自两种代表性人类肿瘤的 9000多个单细胞 的代谢基因表达谱，包括 黑色素瘤和头颈癌 ，然后为评估该研究中单个肿瘤细胞的转录组图谱是否与常用组织样本的转录组图谱一致，研究人员将测序数据 与来自TCGA的RNA-seq数据进行了比较 。研究发现，该单细胞RNA-seq研究中的肿瘤样本与TCGA中的肿瘤样本大致相当。

首次在单细胞水平解析了肿瘤微环境中的细胞代谢基因表达谱，揭示了肿瘤代谢异质性在单细胞和组织水平上的显著差异 。在肿瘤微环境中， 不同患者来源的肿瘤细胞拥有不同的代谢基因表达特征，但不同类型非肿瘤细胞的代谢基因表达并不受患者来源的影响 ，且不同细胞类型具有各自独特的基因表达特征。