《细胞发现》:复旦团队和浙大郭团队利用单细胞测序指导脊索瘤新药临床试验

来源：奇点蛋糕2022-09-29 16:11

本研究首次在单细胞水平上发现了颅底脊索瘤中的干细胞亚群和p-EMT过程，并在实验室中验证了放疗增敏剂和p-EMT抑制剂的治疗效果。

基底脊索瘤(SBC)是一种罕见的恶性骨肿瘤，起源于斜坡或蝶鞍区的脊索残余组织，年发病率约为0.1-1例/百万人。

由于肿瘤位于深部，靠近重要组织和神经，完全切除肿瘤非常困难。即使手术后，约80%的患者仍有肿瘤残留和复发。由于残留肿瘤对常规放疗不敏感，且没有公认的有效药物，也导致颅底脊索瘤患者往往面临多次手术后无药可治——复发的窘境。

因此，迫切需要研究颅底脊索瘤的发病机制，寻找治疗靶点。

近日，国家神经医学中心、复旦大学附属华山医院神经外科教授团队和浙江大学郭教授团队在著名期刊《细胞发现》上在线发表了重要研究成果[1]。

利用单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术，他们首次在颅底脊索瘤的恶性细胞中发现了一种簇状细胞簇，并证明了这种细胞簇与肿瘤对放疗的抵抗密切相关。

此外，本研究还揭示了肿瘤细胞中存在不完全上皮-间充质转化(p-EMT)过程，且该过程与脊索瘤的侵袭密切相关，可作为预后标志物和新的治疗靶点。

更重要的是，在上述研究结果的基础上，研究人员进行了一期临床试验，证明在3例脊索瘤患者中，服用p-EMT抑制剂(YL-13027)可以显著减缓肿瘤生长，并使其保持至少6个月无进展的状态。

报纸首页截图

颅底脊索瘤对放疗不敏感，低剂量常规放疗往往难以控制肿瘤生长。但由于其生长部位靠近脑干，高剂量放疗往往难以用于颅底脊索瘤的治疗。有研究报道质子重离子照射治疗脊索瘤取得了很好的效果，但质子重离子治疗价格昂贵，很多患者负担不起。

因此，研究人员希望发现颅底脊索瘤放疗抵抗的机制，最有可能的是颅底脊索瘤中存在肿瘤干细胞(CSCs)，导致脊索瘤对放疗不敏感。然而，以前的研究没有明确发现干细胞的存在。

同时，颅底脊索瘤表现出很强的侵袭性，但其发病机制并不完全清楚。如果我们能够了解侵袭性机制，它可能为颅底脊索瘤提供一个潜在的治疗靶点。

此外，有病例报道抗PD-1疗法在颅底脊索瘤的治疗中取得了良好的效果，但仅局限于少数病例，且尚不清楚PD-1/PD-L1是否在颅底脊索瘤中表达。

因此，为了阐明SBC中CSCs和PD-1/PD-L1表达亚群的存在，并进一步探索细胞异质性和肿瘤侵袭的机制，研究人员对SBC进行了单细胞转录组分析。

研究人员对6名未接受放疗的患者的12份脊索瘤样本的单细胞转录组进行了测序，获得了90691个细胞的转录组数据。

根据测序数据，研究人员将所有细胞分为17个簇，10个亚型。随后，他们鉴定了约6万种恶性细胞(即肿瘤细胞)和约3万种非恶性细胞(间充质细胞、免疫细胞等。)通过使用推断的CNV和脊索瘤相关标记。

研究过程

鉴定的非恶性细胞主要是免疫细胞和间质细胞。根据经典标记，研究人员将间质细胞分为4个亚群，将免疫细胞分为8种细胞，共15个亚群。研究人员进一步比较了颅底脊索瘤和人类细胞图(HCL)中的免疫细胞，发现PD-L1调节因子(如AXL)的表达在某些类型的免疫细胞中增加，这表明PD-1/PD-L1疗法可能是一种潜在的治疗方法

根据基因表达的不同，肿瘤细胞进一步分为六个亚群。所有六个亚群都表达TBXT (brachyury ),一种脊索瘤的标志，也高度表达VIM，一种间质细胞的标志。此外，研究人员还发现，两个亚群(第5群和第6群)高度表达增殖相关标记。

由于SBC对化疗和放疗的抵抗，研究人员强烈怀疑在SBC中存在CSCs。因此，他们利用以往研究中总结的脊索瘤等恶性骨源性肿瘤的干细胞标志物对颅底脊索瘤肿瘤细胞的干细胞进行评分，发现其中一个亚群(簇3)在恶性细胞中具有较高的干细胞特征。

随后，研究人员分析了每个高表达基因亚群的途径富集，也表明簇3与细胞增殖和分化等干细胞途径显著相关。同时，研究人员也从中受益

SBC的表达异质性

为了进一步探索该干细胞簇与脊索瘤放疗抵抗的相关性，研究人员对颅底脊索瘤细胞系进行X光照射，并将照光前后的肿瘤细胞进行RNA-seq分析，利用差异表达基因，共富集出3个模块，其中模块2富集出的端粒末端组装（packaging of the telomere ends）通路中的组织蛋白酶L（Cathepsin L, CTSL），在前述脊索瘤干细胞簇中也高表达。

后续的体外实验初步验证了CTSL的抑制剂（Z-FY-CHO）可以显著降低脊索瘤细胞系的放疗抵抗性，提示CTSL可作为颅底脊索瘤放疗增敏剂的潜在靶点。

为了进一步探索颅底脊索瘤肿瘤细胞内潜在的生物学过程及其机制，发现潜在的治疗靶点，研究人员利用非负矩阵分解（NMF）对脊索瘤肿瘤细胞进行聚类，发现脊索瘤肿瘤细胞中存在8个模块。随后研究人员根据各个模块的基因表达情况及通路富集情况，分别定义出各个模块所代表的可能的生物学过程，其中之一就是p-EMT过程，这也是首次明确发现脊索瘤中存在p-EMT过程。