01

單細胞測序助力伴肝轉移的結直腸癌患者來源的類器官揭示腫瘤異質性

結直腸癌（CRC）已成為全球第三大最常見的惡性腫瘤。大約20%新診斷的CRC患者會有同步的肝轉移（LM），至少一半的術后轉移性疾病患者會有肝轉移。手術切除和全身化療被認為是結直腸癌肝轉移（CRLM）的主要治療手段。目前尚無有效的方法來預測結直腸癌肝轉移患者的化療反應和術后預后。患者衍生的類器官（PDO）已經成為一個重要的臨床前模型。然而克隆異質性是大多數人類癌癥的特征，這可能使CRLM患者最佳輔助治療的選擇變得復雜。

在此項研究中，研究者們成功構建了一個活體生物庫，其中有50個來自原發腫瘤和成對肝轉移病灶的CRLM器官。研究者用組織病理學驗證了CRLM PDO保留了母體腫瘤的組織病理學結構，從而保留了與來源個體的同質性和不同個體之間的異質性。隨后，他們對10個CRLM PDO及其匹配的原始腫瘤進行全外顯子測序，結果發現，CRLM PDO保留了匹配原發腫瘤的突變譜。然后，研究者使用報道的跟蹤克隆進化的算法來研究CRLM PDOs是否可以捕獲腫瘤異質性和腫瘤進化。研究發現CRC類器官和LM類器官積累獨特的驅動突變模式，這反映了患者原發性和轉移性病變的異質性。而且早期驅動突變的模式和腫瘤演變的過程因人而異，這顯示了患者之間的異質性。之后，研究者通過轉錄組測序分析了50個CRLM的基因表達特征。結果表明，雖然來自同一CRLM患者原發病變和轉移病變的PDOs也存在不同程度的異質性，但與不相關的類器官系相比，它們在轉錄上更相似。研究者接下來對2名患者的CRC和LM器官進行了單細胞測序（scRNA-seq）來探究腫瘤內部細胞間的異質性。他們主要發現了干細胞樣細胞群和成熟樣細胞群，并重點對其進行分析。結果顯示了CRC和LM類器官的自發分化存在顯著差異。接下來研究者對來自CRC和LM類器官的同一細胞系進行了分析并發現了異質性，軌跡分析探究干細胞樣細胞和成熟樣細胞之間的譜系關系，這些腫瘤內狀態的詳細分析強調了CRLM類器官之間的差異。研究者接下來用5-FU、CPT11或奧沙利鉑分別對50個CRLM PDO進行體外治療來探究患者的對藥物的敏感性。隨后，23名CRLM患者接受了FOLFOX或FOLFIRI方案化療，包括13名CRLM患者接受了FOLFOX方案化療，10名患者接受了FOLFIRI方案化療，這也產生了化療的異質性反應。體外的化療敏感性數據揭示了PDO在預測CRLM患者的化療反應和臨床預后方面的臨床應用價值。

綜上所述，CRLM PDO可以對個性化醫療提供潛在的應用。

02

單細胞及多組學聯合助力發現膀胱癌獲得性化療耐藥機制

膀胱癌是我國泌尿外科臨床上最常見的腫瘤之一，按照浸潤深度可分為非肌層浸潤性膀胱癌（NMIBC）和肌層浸潤性膀胱癌（MIBC），MIBC是最常見和最致命的膀胱癌類型，以順鉑為主的化療是不可手術和轉移性MIBC的主要治療方案。然而，不幸的是大多數患者遲早會產生化學抗性，那么抗藥性是如何演變的呢？

在該項研究中，首先構建了具有基因工程膀胱類器官的原位和原位MIBC小鼠模型，采用臨床化療方案處理，這個模型能精準呈現與臨床相似的反應到復發耐藥的全過程，為了解析MIBC化療耐藥的分子機制，利用單細胞轉錄組對耐藥和敏感腫瘤進行測序，發現兩者在腫瘤細胞分群中差異較大的細胞群是T1和T2，對這兩群細胞進行軌跡分析，發現敏感性T1經過敏感性T2細胞向耐藥型T2細胞轉化，而在譜系轉變過程相關的基因模塊主要富集在角質形成細胞分化途徑，barcode標記實驗和譜系跟蹤實驗也證實了獲得性耐藥組織種敏感性T1細胞向耐藥性T2細胞的轉變，因此表明了腫瘤細胞譜系的可塑性是MIBC獲得性耐藥的主要途徑，在耐藥過程半鱗狀化部分的鱗狀分化與小鼠和人類MIBC的獲得性化學抗性有關，結合ATAC-seq和蛋白質組等多組學分析表明，組織蛋白酶H（CTSH）與化療耐藥和半鱗狀化相關，其抑制劑E64能夠激活了腫瘤壞死因子，誘導完全的鱗狀細胞分化和細胞焦亡，從而特異性地抑制化學抗性MIBC。

總的來說該研究利用新型精準膀胱癌小鼠模型，確定了腫瘤譜系可塑性和膀胱癌化學抗性的關系，并提出靶向CTSH促進其終末鱗狀分化的分化治療新策略。

03

ZFP281驅動早期播散性乳腺癌細胞進入間充質細胞樣休眠

轉移復發是癌癥病人的主要死因，由處于休眠狀態的播散性癌細胞引起，癌細胞如何在處于靜息狀態的同時還保持轉移活性的分子機制，仍舊不甚清晰。并且通常認為癌細胞只有在病理進程晚期才會播散轉移，但是諸多臨床病例以及小鼠模型均證實，在罹患腫瘤早期，播散性癌細胞就開始并長時間潛伏在各組織器官之中，但調控早期播散性癌細胞轉化為癌轉移的機制仍舊不得而知。

本文作者之前的研究中發現組織駐留巨噬細胞可以部分活化上皮間質轉化程序，從而導致早期癌細胞播散，在二級器官中的早期HER2+播散癌細胞通常具有TWIST1+和長時程休眠的表型，小鼠模型早期病變和原發腫瘤的RNA-seq結果表明早期病變細胞啟動間充質細胞樣程序，使得原發腫瘤細胞具有上皮細胞樣性狀。為了探究肺播散性癌細胞中，間充質細胞樣和上皮細胞樣細胞亞群的具體特征，作者采用單細胞轉錄組測序對小鼠癌癥不同時期組織進行研究，發現晚期的小鼠上皮樣播散性癌細胞較多，而早期則間充質細胞樣亞群較多。并且，早期的間充質細胞樣潛伏期表型的播散性癌細胞亞群向晚期的上皮細胞樣細胞亞群轉化，也就是說，間充質細胞樣/上皮細胞樣細胞亞群比例反應了靜息狀態/增殖狀態播散性癌細胞的比例。進一步對播散性癌細胞轉錄組分析發現，轉錄因子ZFP281調控了癌細胞的上皮細胞樣-間充質細胞樣轉化以及生長停滯程序。下調ZFP281可以促使播散性腫瘤細胞丟失這類間充質細胞樣休眠性狀，從而轉向轉移性生長。作者還確定，FGF2可以誘導ZFP281表達，進而調節下游的CDH11水平。ZFP281不僅可以調控癌細胞的早期播散性狀，還可以將其鎖定于休眠狀態，從而抑制其獲得上皮細胞樣性狀和進入轉移性增殖。

04

單細胞水平詳細刻畫早期肺癌中的B細胞和漿細胞圖譜

肺腺癌（LUAD）是最常見的肺癌組織亞型，發生遠端轉移的腫瘤，5年生存率將下降到7%，而早期合理的治療方案需要深入了解腫瘤免疫微環境，腫瘤浸潤的B細胞和漿細胞（TIBs）能夠影響化療和免疫治療的反應及預后。

本研究根據距離腫瘤位置的距離收集了16名早期LUAD患者的47例樣本的癌和癌旁用于scRNA-seq和scBCR-seq，繪制了LUAD最大的TIBs圖譜，發現LUAD患者TIB善良豐富，并且異質性較強，隨著與腫瘤組織距離越近，Naïve B細胞豐度降低，而Memory B細胞和漿細胞豐度變高，在抽煙患者中更加顯著，在LUAD中TIBs都定位在淋巴細胞聚集部位，可能是潛在的三級淋巴結構，并且在腫瘤免疫微環境中發現CXCL13+T細胞增加可能促進B細胞的招募，進而導致腫瘤組織TIBs的異質性，進一步對B細胞的分化狀態進行探究，發現抽煙患者的腫瘤樣本中漿細胞存活時間長，并且腫瘤中的Memory B細胞的IgA與IgG基因相比于癌旁組織有顯著高的表達，表明其可能來自于生發中心的晚期階段，BCR分析發現在吸煙患者中，腫瘤特有克隆型擴張程度較低，克隆多樣性較高，并且B細胞SHM發生的頻率隨著離腫瘤的距離逐漸發生變化，離腫瘤位置越近越容易突變。對TIBs的免疫調節進行探究，TGFB1在癌癥相關成纖維細胞空間區域的顯著高表達可能與LUADs中IgA+PCs含量較高有關可能具有抑制免疫的功能，但仍需進一步研究確認。

這項工作深入探究了TIBs的表型異質性在早期肺腺癌進展和免疫病理中的作用，并為開發新型免疫治療策略提供了寶貴的思路。

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