首都医科大学北京天坛医院的江涛等对此开展一系列研究，论文发表在2020年8月的《National Science Review》杂志。
——摘自文章章节
【Ref: Yu K, et al. Natl Sci Rev. 2020 Aug;7(8):1306-1318. doi: 10.1093/nsr/nwaa099. Epub 2020 May 30.】
胶质瘤呈侵袭性生长，发病机制复杂，具有高度异质性和耐药性。研究认为，胶质瘤细胞发生基因突变以及肿瘤微环境中多种细胞的相互作用，增加肿瘤异质性，从而导致治疗失败和预后不佳。目前，胶质瘤异质性已经开始进行单细胞测序研究，但是，以前的大多数胶质瘤单细胞RNA测序的研究都不包含对胶质瘤不同空间区域的肿瘤细胞以及肿瘤微环境作分析，而这方面正是反映肿瘤侵袭进展的重要特征之一。首都医科大学北京天坛医院的江涛等对此开展一系列研究，论文发表在2020年8月的《National Science Review》杂志。
该研究将肿瘤多部位活检进行单细胞RNA测序，对13例胶质瘤患者进行单细胞表达谱取样和分析，生成胶质瘤时空分布图，揭示胶质瘤不同区域的侵袭模式。使用单细胞推断的拷贝数变化和拟时间轨迹，为临床辨别肿瘤进展提供参考。研究者首先完全分离样本进行单细胞RNA测序（scRNA seq）文库的制备（图1）。总共产生7928个单细胞转录组，在比对和读取计数后，6148个通过质控。同时纳入1例肺鳞状细胞癌脑转移的患者作为对照。生成的拷贝数矩阵聚集成5个拷贝数编译（CNV）子组。
基于WGS数据使用PCA和t-SNE对整个数据集的肿瘤细胞进行综合分析，解析具有更集中和更清晰边缘的图（图2）。其中的细胞展现不同的分子特征，可将这些亚群分为正常组（MOG+）、免疫细胞组（CD45+）、常规胶质瘤组（PTPRZ1+、OLIG2+或AQP4+）、纤毛性质肿瘤组（HYDIN+）、增殖性肿瘤组（MKI67+）和转移细胞组。
研究者还捕获具有特殊活性的细胞，如干扰素诱导的少突胶质细胞和极化的小胶质细胞/巨噬细胞（图3）。与经典的TCGA亚组分型相比，在经典型、神经元前型与间质型细胞均发现特殊活性的细胞，但研究者没有鉴定出神经元（NL）亚型的细胞，而检测到与纤毛特征相关的细胞，这并不属于已知的TCGA亚组相关的细胞特性。
该研究使用单细胞推断的CNV和伪时间轨迹告知支配肿瘤进展的关键分支。多区域活检分析中的动态细胞成分使研究人员能够以空前的准确性，在空间上分析神经胶质瘤的核心和外周的单个细胞的转录特征。环形图显示每个部位的肿瘤和非肿瘤细胞成分。在GS1患者中，发现五个基于CNV簇（CN-1至CN-5）（图4）。随着肿瘤进展，这些亚克隆细胞首先在chr2上积累CNV，然后在chr5上积累CNV，分别从CN-3转化为CN-4和CN-4转化为CN-5，因此强调该肿瘤的时间进展。结合空间和时间信息表明，CN-3群体仅分布在P5/P6中，而CN-4和CN-5群体均存在于其它肿瘤和瘤周部位。在全局t-SNE分析中，克隆CN-3发展成CN-4和CN-5，胶质瘤细胞也从簇9转化为簇20。相反，良性星形胶质细胞（包括CNR1、CHRNA1、LAMA2、GNG11、GRIA2、GRIA3和GRIA4）和一般内皮细胞分化标记物（ARHGEF26、CLIC4和APOLD1）中表达的基因在转化过程中受到抑制。
图4. 患者GS1在空间和时间分辨率上的胶质瘤克隆进化过程，及随着CNV积累而逐渐发生表达变化的基因作者在GS13患者的三个肿瘤中心和两个肿瘤外围，共取得978个细胞，发现核心部位的细胞由PN和纤毛阳性细胞组成（图5）。此外，随着细胞向CN-3转化，表达谱从全局簇6（PN）变为全局簇10和12（纤毛）。而且在细胞转化为CN-3后，它们形成两个具有不同基因表达谱的分支。相反，增加基因组2和3的表达，分别涉及细胞周期/DNA复制和纤毛调节。分支1仅表达纤毛标记物，如HYDIN、FOXJ1和DNALI1等，而分支2保持神经元前型（PN）的肿瘤性质，但显示出高增殖能力。
图5. GS13患者的空间和时间分辨率上的胶质瘤克隆进化
通过这个丰富、位置详细的数据集，该研究表征和构建不同的肿瘤和非肿瘤细胞之间存在的趋化因子和趋化因子受体相互作用。这项研究提供表征人类神经胶质瘤的细胞状态的第一个空间水平分析。还提供具有单细胞分辨率的神经胶质瘤细胞与周围微环境之间串扰的初始分子图。
综合上述研究发现，作者认为，该研究首次从空间水平分析人脑胶质瘤的细胞学特征，以单细胞分辨率显示胶质瘤细胞与周围微环境之间相互作用的初始分子图，深刻揭示胶质瘤细胞的侵袭进展机制，对以后的基础及临床研究影响深远。
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